Transformatori desalinācijas stacijām: SWRO sūkņu slodžu izmērošana, harmonikas un korozijas aizsardzība

 

EPC uzņēmums, kas strādāja par jūras ūdens apgrieztās osmozes elektrostaciju pie Džebel Ali, mums martā nosūtīja vienas līnijas shēmu ar pievienotu piezīmi, kurā elektriskās iekārtas apjoms tika dēvēts par „būtiski galīgo“. Zīmējumā bija redzams viens 20 MVA transformators 33/11 kV, projektētais apkārtējās vides temperatūras režīms — 45 °C un vienpadsmit augsspiediena sūkņu elektrodzinēji, kas baroti no kopīgās 11 kV barošanas līnijas. Divi jautājumi pirms kāda produkta pasūtīšanas izmainīja specifikāciju: kāda ir patiesā jūlija apkārtējās vides temperatūra un cik daudzi no šiem sūkņiem ieslēdzas vienlaicīgi tajā pašā desmit minūšu laika posmā. Abi atbildes liek palielināt desalinācijas elektrostacijas transformatora izmērus tālu aiz tā, ko ieteic izmēru saraksts. transformators desalinācijas elektrostacijai pakalpojums tālu aiz tā, ko ieteic izmēru saraksts.

Papīrā desalinācijas transformators izskatās kā vienkārša pamatnoslodzes ierīce — viens skaitlis kVA vienībās. Darbībā tas darbojas nepārtraukti augstā apkārtējā temperatūrā, baro elektrodzinējus, kuru jauda ir liela salīdzinājumā ar elektrostacijas pieslēgto slodzi, absorbē harmonikas no mainīgās frekvences piedziņām membrānu barošanas sūkņos un atrodas sāls piesātinātā gaisā, kas ietekmē katru korpusu, izolatoru un stiprinājuma elementu objektā. Šajā rokasgrāmatā aprakstītas četras lēmumu pieņemšanas situācijas, kas nosaka, vai ierīce kalpos visu paredzēto kalpošanas laiku.

 

Kāpēc desalinācijas slodzes pārkāpj standarta transformatoru specifikācijas

Jūras ūdens apgrieztās osmozes process ir pamatnoslodzes process. Rūpnīca nedēļas nogalēs atpūšas; desalinācijas līnija — nē. Tās lielākie elektroenerģijas patērētāji ir augsspiediena sūkņi, un tie darbojas stabili lielāko dienas daļu. Publicētās JAO enerģijas pētniecības atskaites norāda specifisko enerģijas patēriņu aptuveni 2,5–3,5 kWh uz kubikmetru pēc tam, kad ir uzstādīti enerģijas atgūšanas ierīču, un līdz 3,5–5,5 kWh/m³ tad, kad enerģijas atgūšana ir mazāk optimizēta.

Izveidojiet šo aprēķinu par 300 000 m³/dienā rūpnīca un elektriskās slodzes vērtība stabilizējas apmēram 30–40 MW nepārtrauktas slodzes apjomā — pirms tiek ņemti vērā priekšapstrāde, pārsūknēšana un palīgsistēmas. Programmas, piemēram, ASV Reklamācijas biroja Destaļinācijas un ūdens attīrīšanas pētniecības programma ir izveidotas tieši, lai samazinātu šo enerģijas patēriņu, kas norāda, kur atrodas nauda: ūdens ir produkts, bet elektroenerģija ir lielākā vienreizējā ekspluatācijas izmaksu pozīcija.

 

Jūras ūdens apgrieztās osmozes rūpnīcas elektriskās slodzes kartēšana

Pirms jebkādas izmēru noteikšanas rūpnīcu sadala slodzes grupās. Tās darbojas atšķirīgi, un lielās rūpnīcās tās parasti tiek barotas no dažādām barošanas līnijām.

 

Slodzes grupa	Tipiskais reitings	Darbības raksturs
Augsspiediena apgrieztās osmozes sūkņi	katrs 3–8 MW, 11 kV vai 6,6 kV	Nepārtraukta pamatslode; VFD vai mīksta ieslēgšana
Enerģijas atgūšanas ierīces	0,5–2 MW	Nepārtraukta, seko augstspiediena sūkņa slodzei
Paaugstinātāja un pārvades sūkņi	200 kW–2 MW	Nepārtraukta ar biežiem ieslēgumiem
Priekšapstrāde (filtri, dozēšana)	100–800 kW	Periodisks
Palīgdarbinieki (HVAC, apgaismojums, vadības sistēmas)	300–1500 kW	Stabils, zems harmonisko komponentu saturs

 

Augsspiediena sūkņu grupa regulē visu pārējo. Lielā SWRO rūpnīcā ar astoņām rindām vienīgi augsspiediena sūkņi var veidot 40–50 MW kopējo pieslēgto slodzi. Pārējās grupas ir svarīgas palīgdarbības barošanas līnijai, taču tieši sūkņu grupa nosaka galvenā transformatora jaudas parametrus, dzesēšanas shēmu un avārijas strāvas slodzi, kuru iekārta spēj izturēt.

 

Transformatora izmēru noteikšana apsāļotā ūdens attīrīšanas rūpnīcas ekspluatācijai

Atransformators desalinācijas elektrostacijai pakalpojumu izmēro vienlaicīgi pēc trim lietām: nepārtrauktās slodzes, lielākā motora starta slodzes un piedziņu harmonisko komponentu satura. Vienības, kas piegādātas pārāk mazas, gandrīz vienmēr neiztur pirmo no šīm lietām.

Sāciet ar nepārtraukto slodzi. Saskaitiet motoru uzlīmes, piemērojiet reālistisku slodzes koeficientu — 0,85–0,95 rūpnīcai, kas darbojas projektētajā jaudā — un tad pievienojiet palīgdarbības barošanas līniju. Tālāk pārbaudiet motora startu: 6 MW augsspiediena sūknis tiešā ieslēgšanā sākot darboties, strāva var būt pieci līdz sešas reizes lielāka par nominālo strāvu vairākas sekundes, un rezultējošais sprieguma kritums pie motora kontaktiem jāpaliek ietvaros, kurus pieļauj gan tehnoloģiskais process, gan elektroenerģijas sniedzējs. Mīkstie ieslēdzēji un mainīgās frekvences pārveidotāji samazina šo ieslēgšanas strāvu, taču tie neeliminē nepieciešamību, lai transformators to nodrošinātu.

 

Izmēru pārbaude	Ko pārbaudīt	Tipisks projektēšanas mērķis
Nepārtraukta ekspluatācijas jauda	Nepārtraukta slodze ar pielietotu slodzes koeficientu pēc vides temperatūras korekcijas	Ilgtspējīga ekspluatācija virs plāksnītes norādītās kVA vērtības nav atļauta
Motora ieslēgšana	Lielākā sūkņa ieslēgšana, kad darbojas visa pārējā slodze	Sprieguma kritums rūpnīcā un elektroenerģijas sniedzēja noteiktajos ietvaros
Harmonisko slodze	Pārveidotāja impulsu skaits un harmonisko strāvu spektrs	Derating aprēķināts saskaņā ar IEEE C57.110
Rezerves jauda	Nākotnes vilcieni vai membrānu nomaiņa	15–25 % rezerves kVA
Avārijas slodze	Vietējās elektrotīkla avārijas strāva	Apstiprināta īssavienojuma izturība
Zaudējumu novērtējums	Tukšgaitas un slodzes zaudējumi kapitalizēti ekspluatācijas laikā	Zemākā kopējā īpašnieka izmaksu summa, nevis zemākā cena

 

Harmonisko komponentu slodze no VFD vadītām augsspiediena sūknēm

Gandrīz katrs jauns SWRO rūpnīcā piedriva savus augssprieguma sūkņus, izmantojot mainīgās frekvences piedziņas, jo 6 MW sūkņa plūsmas regulēšana izraisa lielāku enerģijas zudumu nekā piedziņas iegāde. Piedziņa ir arī elektrostacijas galvenais strāvas izkropļojumu avots. Sešu impulsu piedziņa rada raksturīgos harmonikas svārstījumus 5., 7., 11. un 13. kārtā; divpadsmit impulsu konfigurācija transformatorā novērš 5. un 7. kārtas harmonikas; astoņpadsmit impulsu izkārtojums pārnes pirmo būtisko harmoniku vēl augstāk.

Transformators maksā par šīm harmonikām divreiz. Papildu virpuļstrāvas un izkliedētās zudumu siltums silda tinumus vairāk, nekā to izraisītu tikai slodzes strāva, tāpēc harmonikām slodzes vienībai nepieciešams K-faktora reitings vai līdzvērtīgs jaudas samazinājums, kas aprēķināts saskaņā ar IEEE C57.110 vietā tam, lai kVA vērtība tiktu vienkārši pārņemta no kataloga. Tad kopējais izkropļojums kopīgajā pieslēguma punktā ir jāpaliek iekšā robežās, ko noteicis elektroenerģijas piegādātājs — pārbaude notiek ekspluatācijā, nevis projektēšanas stadijā. The IEEE Standartu asociācija publicē harmonisko ierobežojumu standartus, kurus izmanto Ziemeļamerikas elektroenerģijas uzņēmumi, un tos vajadzētu izlasīt pirms tiek izvēlēts piedziņas ražotājs, nevis pēc tam.

Viens specifikāciju paradums novērš lielāko šīs riska daļu: jautājiet piedziņas ražotājam par harmonisko strāvu spektru reālajā darba punktā, nevis par datu lapā norādīto kopējo harmonisko izkropļojumu (THD) skaitli pilnas slodzes apstākļos. Membrānu rūpnīcas reti ilgu laiku darbojas pie pilnas slodzes, un izkropļojumi parasti ir vislielākie daļējas slodzes diapazonā, kur rūpnīca faktiski darbojas.

 

Korozija, apkārtējā temperatūra un jaudas samazināšana Ziemeļjūras krastā

Destaļķināšanas rūpnīca ir visgrūtākā elektriskā vide, kurā transformators tiek izmantots. Sāls aerosols, augsta mitruma līmeņa un vietnes apkārtējā temperatūra, kas Ziemeļjūras reģionā var ilgstoši pārsniegt 45 °C, vienlaicīgi ietekmē aprīkojumu un tā tehniskos parametrus.

Korozijas aizsardzība sākas ar korpusa specifikāciju. ISO 12944-8 , daļa no ISO 12944 sērijas, kas regulē aizsargkrāsu sistēmu noteikšanu jaunajiem darbiem, ir atsauce, ko vairums Eiropas un Vidusjūras reģiona uzņēmumu norāda specifikācijās. Praksē tas nozīmē dokumentētu sistēmu, kas paredzēta C5-M jūras korozivitātes kategorijai , karstās imersijas cinkota tērauda konstrukcijām vai līdzvērtīgai pārklājuma biezuma veidošanai, visur nerūsējošā tērauda skrūvēm un noslēgtām bukšu savienojumu vietām.

Vidējā temperatūra ir otrais slazds, un tas klusi samazina jaudu. Saskaņā ar vidējās temperatūras korekcijas noteikumiem IEC 60076-2 un IEEE C57.12.00 pieļaujamais vidējais tinumu temperatūras pieaugums samazinās, kad objekta vidējā temperatūra pārsniedz atsauces vērtību. Iekārta, kas atrodas 10 °C augstāk par atsauces vērtību, nevar vienkārši tikt labāk izolēta — ierīce vai nu pieņem zemāku temperatūras pieaugumu, vai zaudē kVA. Mēs to redzam pastāvīgi pie Gulf reģiona pieprasījumiem, kur projektētā vidējā temperatūra tendera dokumentā tiek norādīta kā "45 °C", bet faktiski objektā tā izrādās 50 °C.

Dzesēšanai jāpiešķir tāda pati uzmanība. Klusā, karstā un mitrā piejūras gaisā ONAN radiatoru bloks darbojas zem savas nominālās jaudas, tāpēc piejūras elektrostacijās parasti norāda eļļas Pildītais Transformators ar ONAF dzesēšanu un veiktspēju, kas norādīta projektētajā vietnes apkārtējā temperatūrā, nevis standarta atsauces temperatūrā. Tas arī ir iemesls, kāpēc zemu zudumu kodolu un lielāku dzesēšanas rezervi jāapsver vienā un tajā pašā diskusijā.

 

 

Ko Ryan Electric piedāvā desalinācijas projektos

Tie paši četri jautājumi nosaka katru transformators desalinācijas elektrostacijai mēs piedāvājam, tāpēc inženieru pārskats ir standartizēts, nevis improvizēts. Mēs ražojam abas problēmas daļas savā 120 000 m² lielajā rūpnīcā Dzjansu provincē, Ķīnā. Mūsu eļļas Pildītais Transformators jaudas diapazons ir no 10 kV līdz 200 MVA ar ONAN/ONAF radiatoru blokiem un slodzes laikā regulējamām tapmaiņām; lietās rezinā un VPI sausās tipa transformatoru vienības paredzētas iekštelpu slēdžu telpām un palīgdzīslām. Ryan Electric ražo transformatorus kopš 2007. gada, tai pieder 37 patenti, tai darbojas vairāk nekā 180 ražošanas un testēšanas iekārtu komplekti, un kopš 2023. gada tā darbojas kā Eaton kopuzņēmuma partneris.

Jūras krasta projektu ietvaros parastais darba apjoms ietver dokumentētu C5-M pārklājuma sistēmu, 1000 stundu sāls miglas tests pārklājuma biezumam un klienta klātbūtnē notiekošiem testiem mūsu DEKRA un CNAS akreditētajā laboratorijā saskaņā ar IEC 60076-1 un IEEE C57.12.90 standartiem pirms izsūtīšanas.

Kā parasti kļūdās jūras ūdens apstrādes transformatora pieprasījums

Kļūdu modelis atkārtojas pietiekami bieži, lai to varētu aprakstīt vispārīgi. EPC uzņēmums, kas darbojas Ziemeļu un Vidusjūras reģionā, izdod specifikāciju 25 MVA, 33/11 kV eļļas Pildītais Transformators 45 °C projektētajā apkārtējā temperatūrā, izmērs noteikts pēc motora uzlīmes kopējās jaudas. Vēlāk piegādātājs nodrošina piedziņas harmonisko spektru un vietnes reģistrēto jūlija apkārtējo temperatūru. Nepieciešamā jaudas klase palielinās, dzesēšanas shēma mainās no ONAN uz ONAF, un tapu diapazons jāpaplašina. Ja ražošanas slots bija rezervēts saskaņā ar sākotnējo jaudas klasi, šī izmaiņa notiek piegādes laikā, nevis pirms tā.

 

Check	Ko parāda uzticams piegādātājs
Izmērošanas pamats	Slodzes saraksts ar slodzes koeficientu un pievienots piedziņas harmonisko spektrs
Apkārtējā vide	Jaudas samazināšanas aprēķins pie īpašnieka apstiprinātās vietnes apkārtējās temperatūras, rakstiski dokumentēts
Korozija	Dokumentēta C5-M pārklājuma sistēma un pierādījumi par sāls miglas testu
Dzesēšana	ONAF veiktspēja norādīta vietnes projektētajā apkārtējā temperatūrā, nevis standarta atsauces temperatūrā
Sertifikācija	Testu ziņojumi atbilstoši IEC 60076-1 / IEEE C57.12.90 precīzai norādītajai jaudas klasei
Plānots darbs	Ražošanas slots rezervēts rūpnīcas nodošanai ekspluatācijā paredzētajai datumam, rakstiski norādīts

 

Ne viens no šiem punktiem nav eksotisks. Tie ir jautājumi, kas jāatbild pirms zīmējumu bloķēšanas, un vēlu atbildes pārvērš ikdienišķu pasūtījumu par jaunu cenu piedāvājumu.

 

Nosūtiet mums slodzes sarakstu, pirms pabeidzat specifikāciju

Ja jūs norādāt transformators desalinācijas elektrostacijai pakalpojumu, nosūtiet mums četrus lielumus: rūpnīcas nominālo jaudu m³/dienā, augssprieguma sūkņa grafiku ar starteri vai piedziņas veidu, vietnes projektēto apkājējo temperatūru, ko apstiprinājis īpašnieks, un elektroenerģijas piegādātāja avārijas strāvas un sprieguma diapazonu. Mūsu inženieri atgriezīs izmēru ieteikumu ar dzesēšanas shēmu, harmonisko slodžu aprēķinu, korozijas aizsardzības sistēmu un realistisku ražošanas logu.

Sazinieties ar komandu caur ryantransformers.com un iekļaujiet vienas līnijas diagrammu — pat atzīmēts PDF fails ir pietiekams, lai sāktu. Zīmējuma pārskatīšana ir ātrāka nekā slodzes saraksta atkārtota izveide no specifikācijas tabulas, un krasta projektiem apkājējā temperatūra un piedziņas spektrs ir divi lielumi, kas visbiežāk maina atbildi.

Par autoru: Šo rakstu sagatavoja inženieru komanda uzņēmumā Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.), kas kopš 2023. gada ir Eaton sadarbības partners un ražo eļļā iegremdētus, lietus rezināta un pamatnes uzstādītus transformatorus Dzjansu provincē, Ķīnā. Ryan Electric sniedz pakalpojumus komunālajiem uzņēmumiem, EPC uzņēmumiem un infrastruktūras izstrādātājiem visā Ziemeļamerikā, Dienvidaustrumu Āzijā, Vidusrietumu reģionā un Āfrikā.