Трансформатори за опреснителни заводи: Оразмеряване на товарите на помпите за SWRO, хармоници и корозионна защита

 

Подизпълнител на инженерни, доставки и строителни работи, който извършва проектиране и строителство на обръщане на морска вода чрез обратен осмозис край Джебел Али, ни изпрати през март еднолинейна схема заедно с писмено съпровождащо писмо, в което електрическият обхват е описан като „по същество окончателен“. На чертежа е показан един трансформатор от 20 МВА при 33/11 кВ, проектна околна температура от 45 °C и единадесет двигателя за високонапорни помпи, захранвани от обща 11-киловолтова шина. Две въпроса промениха спецификацията, преди да бъде поръчано каквото и да било: каква е действителната околна температура през юли за тази централа и колко от тези помпи стартират в рамките на едно и също десетминутно време. Отговорите на двата въпроса изискват увеличаване на мощността на трансформатора далеч над това, което сочи списъкът на натоварвания. трансформатор за централа за опресняване на вода за обслужване.

На хартия трансформаторът за десалация изглежда като прост агрегат за основно натоварване — едно число в кВА. В експлоатация той работи непрекъснато при висока температура на околната среда, захранва електродвигатели, които са големи спрямо свързаното натоварване на инсталацията, поглъща хармоници от честотно регулируемите задвижвания на помпите за подаване към мембраните и е разположен във въздух, наситен със сол, който атакува всяко корпусно устройство, всеки изолационен промеждутък и всеки винт на обекта. Това ръководство охватва четирите решения, които определят дали агрегатът ще просъществува целия си проектен срок.

 

Защо натоварванията при десалация не отговарят на стандартните спецификации за трансформатори

Обратната осмоза с морска вода е процес с основно натоварване. Една фабрика почива през уикенда; един десалационен блок — не. Най-големите му електрически потребители са високонапорните помпи, които работят при постоянно работно състояние по-голямата част от деня. Публикуваните проучвания за енергийната ефективност при ООСМ сочат специфичното енергийно потребление на около 2,5 до 3,5 кВт·ч на кубичен метър след монтиране на устройства за рекуперация на енергия, като стойността се повишава до 3,5 до 5,5 кВт·ч/м³ при по-малко оптимизирана рекуперация.

Приложете тези изчисления върху една 300 000 м³/ден инсталация а електрическата консумация стабилизира на около 30–40 MW непрекъснато натоварване — преди да се включат предварителната обработка, преносните помпи и допълнителните системи. Програми като тази на Американското бюро по възстановяване „ Програма за изследвания в областта на десалцинацията и почистването на водата са създадени специално, за да намалят този енергиен показател, което показва къде са парите: водата е продуктът, а електричеството е най-голямата отделна операционна разходна статия.

 

Картографиране на електрическото натоварване на инсталация за обратно осмотично опресняване на морска вода

Преди да се определят размерите на каквото и да било, разделете инсталацията на групи натоварване. Те се държат по различен начин и при големи инсталации обикновено се захранват от различни разпределителни шини.

 

Група натоварвания	Обичайна класация	Характер на работа
Високонапреженни обратноосмотични помпи	по 3–8 MW всяка, 11 kV или 6,6 kV	Непрекъснато основно натоварване; честотен преобразувател или плавно стартиране
Устройства за възстановяване на енергия	0,5–2 MW	Непрекъснато, следи работата на ВН помпата
Бустерни и прехвърлящи помпи	200 kW–2 MW	Непрекъснато с чести старти
Предварителна обработка (филтри, дозиране)	100–800 kW	Преривисто
Вспомагателни системи (отопление, вентилация и климатизация, осветление, управление)	300–1 500 kW	Стабилен, с ниско хармонично съдържание

 

Групата високонапреженни помпи управлява всичко останало. В голяма SWRO инсталация с осем трейна самите високонапреженни помпи могат да имат общ свързан товар от 40 до 50 MW. Останалите групи имат значение за помощната шина, но именно помпената група определя номиналната мощност на главния трансформатор, схемата за охлаждане и аварийната товарна способност, която единицата трябва да издържи.

 

Размер на трансформатора за нуждите на десалинизираща инсталация

Aтрансформатор за централа за опресняване на вода услугата се изчислява едновременно по три критерия: постоянното натоварване, пусковото натоварване на най-големия двигател и хармоничното съдържание на преобразователите. Единиците, които пристигат с недостатъчни размери, почти винаги са провалили проверката само по първия критерий.

Започнете с постоянното натоварване. Съберете номиналните данни на двигателите, приложете реалистичен коефициент на спрос — от 0,85 до 0,95 за инсталация, която работи при проектна производителност — след това добавете помощната шина. След това проверете пускането на двигателите: 6 MW високонапреженна помпа пускането направо в мрежата води до ток, който е пет до шест пъти по-голям от номиналния в продължение на няколко секунди, а резултатното намаляване на напрежението в клемите на двигателя трябва да остава в рамките, които са приемливи както за технологичния процес, така и за електроснабдителя. Меките стартери и честотните преобразуватели намаляват този пусков ток, но не отстраняват необходимостта трансформаторът да го осигурява.

 

Проверка на размерите	Какво да се проверява	Типична проектна цел
Непрекъснато номинално значение	Непрекъснат товар с приложен коефициент на спроса след корекция за температура на околната среда	Липса на продължителна работа над номиналната kVA стойност
Стартиране на мотор	Пускане на най-големия помпа при работещи всички останали товари	Намаляване на напрежението в рамките на ограниченията за предприятието и електроснабдителя
Хармонично натоварване	Брой импулси на преобразувателя и спектър на хармоничните токове	Корекция на номиналната мощност, изчислена според IEEE C57.110
Резервна мощност	Бъдещи влакове или подмяна на мембраната	резерв от 15–25 % kVA
Ток при повреда	Ток при повреда на обекта от електроснабдителя	Потвърдена устойчивост при късо съединение
Оценка на загубите	Загуби при празен ход и под натоварване, капитализирани през целия експлоатационен живот	Най-ниска обща собственическа стойност, а не най-ниска цена

 

Хармонична товарна способност от високонапрежението помпи с регулиране чрез преобразувател на честотата

Почти всеки нов SWRO инсталация управлява своите високонапрежението помпи чрез честотни преобразуватели, тъй като дроселирането на помпа с мощност 6 MW губи повече енергия, отколкото струва самият преобразувател. Преобразувателят също е основният източник на изкривяване на тока в централата. Шестоимпулсният преобразувател поражда характерни хармоници на 5-та, 7-ма, 11-та и 13-та редове; дванадесетимпулсната конфигурация компенсира 5-тата и 7-мата редове в трансформатора; осемнадесетимпулсната конфигурация измества първия значим хармоник още по-нагоре.

Трансформаторът плаща за тези хармоници два пъти. Допълнителните вихрови токове и разпръснатите загуби нагряват намотките повече от това, което би предизвикал само товарният ток, затова един трансформатор, натоварен с хармоници, изисква класификация по K-фактор или еквивалентно намаляване на номинала, изчислено според IEEE C57.110 а не според kVA стойност, която е просто превзета от каталог. След това общото изкривяване в точката на обща връзка трябва да остава в рамките на ограниченията, наложени от електроснабдителя — проверка се извършва при пускане в експлоатация, а не на етапа на проектиране. Асоциацията по стандарти на IEEE публикува хармоничните граници, които са референтни за северноамериканските електроснабдителни компании, и те заслужават да бъдат прочетени преди избора на доставчика на преобразователи, а не след него.

Един спецификационен навик премахва по-голямата част от този риск: помолете доставчика на преобразователи за спектъра на хармоничните токове при действителната работна точка, а не за стойността на общото хармонично изкривяване (THD) от техническата документация при пълна товарна мощност. Мембранните инсталации рядко работят дълго време при пълна товарна мощност, а изкривяването обикновено е най-силно в частичния товарен диапазон, в който инсталацията всъщност функционира.

 

Корозия, температура на околната среда и намаляване на номиналната мощност по брега на залива

Десалинизиращата инсталация е най-тежката електрическа среда, в която се изисква работа на трансформатор. Солената аерозолна смес, високата влажност и температурата на околната среда на обекта – която по брега на залива може да надвишава 45°C в продължение на месеци – едновременно атакуват оборудването и неговите номинални характеристики.

Защитата срещу корозия започва със спецификацията на корпуса. ISO 12944-8 , частта от серията ISO 12944, която регулира начина, по който се определят защитните боядисвани системи за нови проекти, е референтният стандарт, който повечето европейски и близкоизточни изпълнители посочват в техническата документация. На практика това означава документирана система за Морска корозивност C5-M , стоманени конструкции с горещо потапяне в цинк или еквивалентно нанасяне на покритие, неръждаеми стоманени фурнири навсякъде и запечатани интерфейси на бушони.

Амбиентната температура е втората клопка и тя тихо намалява капацитета. Според правилата за корекция при амбиентна температура в IEC 60076-2 и IEEE C57.12.00 допустимото средно повишаване на температурата на намотките намалява, когато амбиентната температура на обекта надвишава референтната стойност. Инсталация, разположена при температура с 10°C по-висока от референтната, не може просто да се изолира по-добре — устройството или приема по-ниско повишаване на температурата, или губи kVA. Това наблюдаваме постоянно при поръчки от Персийския залив, където проектната амбиентна температура в търговата документация е посочена като „45°C“, но на място се оказва 50°C.

Охлаждането заслужава същата внимателност. При неподвижния, горещ и влажен крайбрежен въздух радиаторната банка с охлаждане ONAN работи по-лошо от номиналната си мощност, поради което крайбрежните електроцентрали често изискват охлаждане ONAF и декларират производителността спрямо проектната температура на околната среда на мястото, а не спрямо стандартната референтна температура. маслен трансформатор това също е причината защо стремежът към ядра с ниски загуби и стремежът към по-голям запас по охлаждане трябва да се решават в един и същи разговор.

 

 

Какво предлага Ryan Electric за проекти по опресняване на морска вода

Четири въпроса решават всеки трансформатор за централа за опресняване на вода предлагаме, така че техническата проверка е стандартизирана, а не импровизирана. Ние произвеждаме и двете части на проблема в нашата фабрика с площ 120 000 m² в Цзянсу, Китай. Нашите маслен трансформатор обхватът варира от 10 kV до 200 MVA с радиаторни блокове ONAN/ONAF и превключватели под товар; литите смолени и VPI сухи трансформатори покриват вътрешните разпределителни помещения и допълнителните шини. Ryan Electric произвежда трансформатори от 2007 г., притежава 37 патента, управлява повече от 180 комплекта производствено и изпитателно оборудване и работи като съвместно предприятие с Eaton от 2023 г.

За крайбрежните проекти обичайният обхват включва документирана система за покритие C5-M, една тест със солен разпръскван за 1000 часа по нанасянето на покритието и изпитания с присъствието на клиента в нашата акредитирана от DEKRA и CNAS лаборатория според IEC 60076-1 и IEEE C57.12.90 преди изпращане.

Как обикновено се проваля заявката за десалционационен трансформатор

Шаблонът на неуспех се повтаря достатъчно често, за да бъде описан обобщено. Един базиран в Залива EPC издава спецификация за 25 MVA, 33/11 kV маслен трансформатор при проектна околна температура от 45 °C, размерът се определя въз основа на общата стойност от табелката на двигателя. По-късно постъпват хармоничният спектър на производителя на преобразователя и записаната през юли околна температура на обекта. Изискваната номинална мощност се увеличава, охладителната схема се променя от ONAN на ONAF, а диапазонът на регулиране чрез превключватели трябва да се разшири. Ако производственият слот е бил резервиран според първоначалната номинална мощност, тази промяна се осъществява в рамките на водещото време, а не преди него.

 

Проверка	Какво показва надежден доставчик
Основа за определяне на размерите	Списък на натоварванията с коефициент на спрос, заедно с приложен хармоничен спектър на преобразователя
Ambient	Изчисление на намаляване на мощността при потвърдената от собственика околна температура на обекта, документирано писмено
Корозия	Документирана система за покритие C5-M и доказателства за изпитание с морска сол
Хладна	Производителната характеристика ONAF е посочена при проектната околна температура на обекта, а не при стандартната референтна температура
Сертификация	Изпитателни доклади според IEC 60076-1 / IEEE C57.12.90 за точно цитираната номинална мощност
График	Резервиран производствен слот спрямо датата на пускане в експлоатация на завода, посочена писмено

 

Нито един от тези елементи не е екзотичен. Това са въпросите, които трябва да бъдат отговорени, преди чертежите да бъдат окончателно утвърдени; закъснелите отговори превръщат рутинна поръчка в ново цитиране.

 

Изпратете ни списъка с натоварването, преди да финализирате спецификацията

Ако проектирате трансформатор за централа за опресняване на вода услуга, изпратете ни четири неща: номиналната мощност на завода в м³/ден, графика на високонапреженния помпен агрегат заедно с типа стартер или двигател, потвърдената от собственика проектна околна температура на обекта и тока при късо съединение и напрежението на електроенергийната мрежа. Нашият инженерен екип ще ви изпрати препоръчително размерно решение, включващо охладителната схема, изчислението на хармоничното натоварване, системата за корозионна защита и реалистичен производствен интервал.

Свържете се с екипа чрез ryantransformers.com и приложете еднолинейната схема — дори маркиран PDF файл е достатъчен, за да започнем. Прегледът на чертеж е по-бърз от повторното извличане на списъка с натоварването от таблица с технически характеристики, а при крайбрежни проекти околният температурен параметър и спектърът на двигателите са двата фактора, които най-често променят крайния отговор.

За автора: Тази статия е написана от инженерния екип на Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.), партньор в съвместно предприятие с Eaton от 2023 г. и производител на трансформатори с маслено охлаждане, с лито смолно изолиране и монтирани на платформа в провинция Цзянсу, Китай. Ryan Electric обслужва електроенергийни компании, изпълнителни подемни контрагенти (EPC) и разработчици на инфраструктура в Северна Америка, Югоизточна Азия, Близкия изток и Африка.