Transformatoriai druskingų vandenų valymo įrenginiams: SWRO siurblių apkrovų matmenys, harmonikos ir korozijos apsauga

 

EPC rangovės įmonė, kuri vykdo darbus jūros vandens atvirkštinio osmoso gamykloje šalia Džebel Ali, kovo mėnesį mums išsiuntė vienos linijos schemą su pridėtu paaiškinimu, kuriame elektros dalis buvo pavadinta „esminiu būdu galutine“. Brėžinyje buvo parodytas vienas 20 MVA transformatorius 33/11 kV įtampa, projektuota aplinkos temperatūra – 45 °C, taip pat – vienuolika aukšto slėgio siurblių variklių, kurie maitinami iš bendros 11 kV magistralės. Du klausimai pakeitė specifikaciją dar prieš tai, kai buvo užsakyta bet kokia įranga: kokia yra tikroji gamyklos aplinkos temperatūra liepos mėnesį ir kiek iš tų siurblių paleidžiama per tuos pačius dešimt minučių. Abiejų klausimų atsakymai lemia transformatoriaus dydį desalinavimo gamykloje desalinavimo gamyklos transformatorius tikrai viršija tai, ką rekomenduoja apkrovos sąrašas.

Popieriuje desalinizacijos transformatorius atrodo kaip paprastas bazinės apkrovos įrenginys – vienas skaičius kVA. Eksploatacijoje jis veikia nuolat aukštoje aplinkos temperatūroje, maitina variklius, kurių galia yra didelė lyginant su elektrinės jungiamąja apkrova, sugeria harmonikas iš kintamosios srovės dažnio valdymo įtaisų membranų tiekimo siurbluose ir stovi druskingame ore, kuris puola visus objekte esančius korpusus, izoliacines atramas ir tvirtinimo elementus. Šiame vadove aptariamos keturios sprendimo priėmimo sritys, kurios lemia, ar įrenginys tarnaus numatytą jo projektinį laiką.

 

Kodėl desalinizacijos apkrovos neatitinka standartinių transformatorių techninių reikalavimų

Jūros vandens atvirkštinės osmozės procesas yra bazinės apkrovos procesas. Gamykla savaitgaliais nedirba; desalinizacijos linija – dirba. Jos didžiausi elektros energijos vartotojai yra aukšto slėgio siurbliai, kurie daugumą dienos veikia pastoviu našumo režimu. Paskelbtos jūros vandens atvirkštinės osmozės energijos tyrimų ataskaitos nurodo specifinę energijos sąnaudą apytiksliai 2,5–3,5 kWh kubiniame metre po to, kai įmontuojami energijos atgavimo įtaisai, o be optimaliai suprojektuotų atgavimo sistemų ji pakyla iki 3,5–5,5 kWh/m³ .

Pritaikykite šiuos skaičiavimus prie 300 000 m³/paros gamykla o elektros energijos poreikis stabilizuojasi apie 30–40 MW nuolatinės apkrovos lygyje — dar neįskaičius pirminio valymo, perpumpavimo ir pagalbinių sistemų. Tokios programos kaip JAV Reklamacijos biuro Desalinizacijos ir vandens valymo tyrimų programa yra sukurtos būtent tam, kad sumažintų šį energijos suvartojimą, kas rodo, kur yra pinigai: produktas yra vanduo, o elektros energija – didžiausia vienkartė eksploatacinė sąnauda.

 

Jūros vandens atgaminamosios osmozės (SWRO) gamyklos elektros apkrovos žemėlapis

Prieš nustatant įrangos matmenis, gamyklą reikia padalyti į apkrovos grupes. Jos veikia skirtingai, o didelėse gamyklose paprastai maitinamos iš skirtingų magistralių.

 

Apkrovos grupė	Tipiškas reitingas	Darbo charakteris
Didelės slėgio atgaminamosios osmozės siurbliai	po 3–8 MW kiekvienas, 11 kV arba 6,6 kV	Nuolatinė bazinė apkrova; kintamos dažnio variklių valdymo įrenginiai (VFD) arba minkšto paleidimo sistemos
Energijos atgavimo įrenginiai	0,5–2 MW	Tolydus, stebi aukšto slėgio siurblio apkrovą
Papildomi ir perduodamieji siurbliai	200 kW–2 MW	Tolydus su dažnais paleidimais
Pirminė apdorojimo (filtrai, dozavimas)	100–800 kW	Periodinė
Pagalbinės (VVK, apšvietimas, valdymas)	300–1500 kW	Stabilus, žemos harmonikų turinys

 

Aukštojo slėgio siurblių grupė valdo viską kitą. Didelėje SWRO gamykloje su aštuoniomis eilėmis vien tik aukštojo slėgio siurbliai gali sudaryti 40–50 MW jungtinės apkrovos. Likusios grupės svarbios pagalbinei magistralei, tačiau būtent siurblių grupė nulemia pagrindinio transformatoriaus galios dydį, aušinimo schemą ir trumpojo jungimo apkrovas, kurioms vienetas turi atlaikyti.

 

Transformatoriaus parinkimas desalinizacijos gamyklai

Adesalinavimo gamyklos transformatorius aptarnavimas vienu metu įvertinamas pagal tris dalykus: nuolatinę apkrovą, didžiausio variklio paleidimo apkrovą ir variklių valdymo įrenginių harmonikų turinį. Per maži vienetai beveik visada nepavyksta tik dėl pirmojo punkto.

Pradėkite nuo nuolatinės apkrovos. Sudėkite variklių technines charakteristikas, taikykite realistišką apkrovos koeficientą – 0,85–0,95 gamykloje, veikiančioje projektinėmis galimybėmis, – tada pridėkite pagalbinę magistralę. Toliau patikrinkite variklių paleidimą: 6 MW aukštojo slėgio siurblys pradėjus tiesioginį paleidimą, srovė gali būti penkis–šešis kartus didesnė už nominaliąją srovę kelias sekundes, o dėl to susidarančio įtampos kritimo prie variklio galų reikia laikytis tiek technologinio proceso, tiek elektros tiekėjo leistinų ribų. Minkštieji paleidikliai ir kintamos dažnio variklių valdymo įrenginiai sumažina paleidimo srovę, tačiau jie nešalina reikalavimo, kad transformatorius turi ją tiekti.

 

Matmenų patikrinimas	Ką tikrinti	Tipiškas projektavimo tikslas
Nuolatinis naudojimo režimas	Nuolatinė apkrova su taikytu poreikio koeficientu po aplinkos temperatūros deratinimo	Neleidžiama ilgalaikė veikla virš vardinės kVA reikšmės
Variklio paleidimas	Didžiausio siurblio paleidimas, kai veikia visa kita apkrova	Įtampos kritimas gamykloje ir elektros tiekėjo ribose
Harmonikų apkrova	Valdymo įrenginio impulsų skaičius ir harmoninės srovės spektras	Deratingas apskaičiuotas pagal IEEE C57.110
Atsarginė galia	Būsimiems traukiniams arba membranų keitimui	15–25 % atsarginių kVA
Avarinė apkrova	Vietos avarinė srovė iš tiekėjo	Patvirtinta trumpojo jungimo atlaikymo geba
Nuostolių įvertinimas	Tuščiosios eigos ir apkrovos nuostoliai kapitalizuoti visam naudojimo laikotarpiui	Žemiausios bendrosios savininkystės sąnaudos, o ne žemiausia kaina

 

Harmoninė apkrova iš kintamos dažnio valdomų aukšto slėgio siurblių

Beveik kiekvienas naujas SWRO gamykloje valdo savo aukšto slėgio siurblius naudodamas kintamos dažnio variklių valdymo įrenginius, nes 6 MW siurblio srauto reguliavimas klapių atverčiu sunaudoja daugiau energijos nei paties valdymo įrenginio kaina. Šis valdymo įrenginys taip pat yra gamyklos pagrindinis srovės iškraipymo šaltinis. Šešių impulsų valdymo įrenginys sukuria charakteringąsias harmonines 5-ajame, 7-ajame, 11-ajame ir 13-ajame eilėse; dvylikos impulsų konfigūracija panaikina 5-ąją ir 7-ąją harmonines transformatoriuje; aštuoniolikos impulsų išdėstymas dar labiau padidina pirmosios reikšmingos harmoninės eilę.

Transformatorius už šias harmonines moka dvigubai. Papildomos sūkurių srovės ir šalinės nuostolios įkaitina apvijas virš to, ką sukeltų tik apkrova, todėl harmoninėmis apkrovomis veikiamam transformatoriui reikia K-faktoriaus vertės arba ekvivalenčios apkrovos sumažinimo vertės, apskaičiuotos pagal IEEE C57.110 vietoj kVA vertės, nukopijuotos iš katalogo. Tada bendrojo jungimosi taško bendroji iškraipymo norma turi likti ribose, kurias nustato tiekėjas – tikrinama paleidžiant sistemą, o ne projektavimo etape. Šis IEEE Standards Association skelbia harmonikų ribas, kurias naudoja Šiaurės Amerikos energijos tiekėjai, ir jas verta perskaityti prieš pasirenkant variklio valdymo įrenginio gamintoją, o ne po to.

Viena techninės specifikacijos praktika pašalina daugumą šio rizikos veiksnių: paprašykite variklio valdymo įrenginio gamintojo pateikti harmonikų srovės spektrą tikruoju eksploatacijos tašku, o ne tik bendrąjį THD skaičių, nurodytą techniniuose duomenyse esant pilnai apkrovai. Membraninėse gamyklose retai ilgą laiką veikiamas pilna apkrova, o iškraipymas dažniausiai būna stipriausias dalinės apkrovos diapazone, kuriame gamykla iš tikrųjų veikia.

 

Korozija, aplinkos temperatūra ir galios sumažinimas Golfo pakrantėje

Desalinizacijos gamykla yra sunkiausia elektros aplinka, kurioje transformatorius turi dirbti. Druskos aerosolis, didelė drėgmė ir vietovės aplinkos temperatūra, kuri Golfo regione gali viršyti 45 °C kelis mėnesius, vienu metu puola įrangą ir sumažina jos nominaliąsias charakteristikas.

Korozijos apsauga prasideda nuo korpuso techninės specifikacijos. ISO 12944-8 , ISO 12944 serijos dalis, kuri nustato, kaip apsauginės dažų sistemos turi būti nurodytos naujiems darbams, yra nuoroda, kurią dažniausiai Europos ir Vidurio Rytų rangovai paminėja specifikacijoje. Praktikoje tai reiškia dokumentuotą sistemą, skirtą C5-M jūriniam korozijos intensyvumui , karštojo švinimo cinkuotoms plieninėms konstrukcijoms arba lygiavertei dengimo sluoksnių sudėčiai, visur naudojami nerūdijančiojo plieno tvirtinamieji elementai ir sandarios įvorės sąsajos.

Aplinkos temperatūra yra antrasis spąstai, kurie tyliai sumažina galios našumą. Pagal aplinkos temperatūros korekcijos taisykles, nustatytas IEC 60076-2 ir IEEE C57.12.00 standartuose, leistinas vidutinis vijų temperatūros kilimas mažėja, kai vietovės aplinkos temperatūra viršija nuorodinę vertę. Įrenginys, kurio aplinkos temperatūra yra 10 °C aukštesnė už nuorodinę, negali būti tiesiog geriau izoliuojamas – vienetas arba priima žemesnį temperatūros kilimą, arba praranda kVA. Tai pastebime nuolat perspektyvų pasiūlymų iš Golph regiono atvejuose, kai techninėje užduotyje nurodyta projektinė aplinkos temperatūra yra „45 °C“, o faktiškai vietovėje ji pasiekia 50 °C.

Aušinimas reikalauja tokios pat dėmesio. Nekilusioje, karštoje, drėgnoje pakrantės oro aplinkoje ONAN radiatorių grupė veikia žemiau savo vardinės galios, todėl pakrantės elektrinėse dažnai nurodoma ONAF aušinimo sistema ir našumas nustatomas pagal vietos projektinę aplinkos temperatūrą, o ne pagal standartinę referencinę temperatūrą. aliejumi apdengtas transformatorius tai taip pat priežastis, kodėl mažų nuostolių šerdies kūrimo ir didesnio aušinimo rezervo siekis turi būti aptariami viename ir tame pačiame pokalbyje.

 

 

Ką Ryan Electric suteikia desalinacijos projektams

Kiekvieną įrenginį, kurį mes kainuojame desalinavimo gamyklos transformatorius mūsų inžinerinis vertinimas yra standartizuotas, o ne improvizuotas. Abi problemos dalis gaminame savo 120 000 m² gamykloje Dziansu provincijoje, Kinijoje. Mūsų aliejumi apdengtas transformatorius galia nuo 10 kV iki 200 MVA su ONAN/ONAF radiatorių bankais ir apkrova veikiančiais įtampos reguliatoriais; liejamosios dėžės ir VPI sausosios transformatoriai skirti vidiniams jungtukų patalpoms ir pagalbiniams autobusams. Ryan Electric gamina transformatorius nuo 2007 m., turi 37 patentus, turi daugiau kaip 180 gamybos ir bandymų įrangos rinkinių ir nuo 2023 m. dirba kaip Eaton bendradarbiavimo partneris.

Pakrantės projektams įprasta apimtis apima dokumentuotą C5-M dengimo sistemą, 1000 valandų druskos purškimo bandymą dengimo sluoksniui ir kliento stebėjimo bandymus mūsų DEKRA ir CNAS akredituotoje laboratorijoje pagal IEC 60076-1 ir IEEE C57.12.90 prieš išsiuntimą.

Kaip paprastai nepavyksta paklausti apie desalinizacijos transformatorių

Ši nesėkmės schema kartojasi pakankamai dažnai, kad būtų galima ją apibūdinti bendruoju būdu. Vidurio Rytų EPC įmonė pateikia specifikaciją 25 MVA, 33/11 kV transformatoriui aliejumi apdengtas transformatorius 45 °C projektinėje aplinkos temperatūroje, matmenys nustatyti pagal variklio techninės plokštelės bendrąją galia. Vėliau gauti variklio gamintojo harmonikų spektras ir sausio mėnesio aplinkos temperatūros duomenys iš vietos. Būtina galia padidėja, aušinimo schema keičiama nuo ONAN į ONAF, o reguliuojamojo įtampos transformatoriaus (tap) diapazonas privalo būti išplėstas. Jei gamybos laiko langas buvo rezervuotas pagal pradinę galios reikšmę, šis pakeitimas įvyksta per pristatymo terminą, o ne prieš jį.

 

Patikrinti	Ką rodo patikimas tiekėjas
Matavimo pagrindas	Galių sąrašas su apkrovos koeficientu ir prie jo pridėtas variklio harmonikų spektras
Apimtinis	Galios sumažinimo skaičiavimas remiantis savininko patvirtinta vietos aplinkos temperatūra, raštu
Korozija	Dokumentuota C5-M dengimo sistema ir druskos purškimo bandymo įrodymai
Šaldymas	ONAF našumo charakteristikos nurodytos vietos projektinėje aplinkos temperatūroje, o ne standartinėje etaloninėje temperatūroje
Sertifikavimas	Bandymų ataskaitos pagal IEC 60076-1 / IEEE C57.12.90 tiksliai cituotai galiai
Grafikas	Gamybos laiko langas rezervuotas gamyklos paleidimo datą, raštu nurodyta

 

Joks iš šių punktų nėra netipiškas. Tai klausimai, kuriuos būtina išspręsti prieš užfiksuojant brėžinius, o vėluojantis jų sprendimas verčia paprastą užsakymą tapti pakartotinai kainuojamu.

 

Pateikite mums krovinio sąrašą prieš galutinai patvirtindami technines sąlygas

Jei nurodote desalinavimo gamyklos transformatorius paslaugą, pateikite mums keturis dalykus: gamyklos nominaliąją našumą m³/parai, aukštojo slėgio siurblių grafiką su paleidikliu arba variklio tipu, vietos projektavimo aplinkos sąlygas, patvirtintas užsakovo, ir komunalinės įmonės trumpojo jungimo srovę bei įtampos intervalą. Mūsų inžinieriai grąžins matmenų rekomendaciją su aušinimo schema, harmonikų apkrovos skaičiavimu, korozijos apsaugos sistema ir realistišku gamybos laiko intervalu.

Susisiekite su komanda per ryantransformers.com ir įtraukite vienos linijos schemą — net pažymėtas PDF failas tinka pradėti darbą. Piešinio peržiūra yra greitesnė nei krovinio sąrašo išvedimas iš techninių sąlygų lentelės, o pakrantės projektuose aplinkos sąlygos ir variklių spektras yra du dažniausiai keičiantys sprendimą parametrai.

Apie autorių: Šį straipsnį parašė Ryan Electric inžinerijos komanda (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.), nuo 2023 m. bendradarbiaujanti su Eaton bendrojoje įmonėje ir gaminanti alyvoje panardinamus, dėžutėse montuojamus bei lietuvintus transformatorius Džiangsu provincijoje, Kinijoje. Ryan Electric aptarnauja komunalines įmones, EPC rangovus bei infrastruktūros kūrėjus Šiaurės Amerikoje, Pietryčių Azijoje, Artimuosiuose Rytuose ir Afrikoje.