Применение элегазового оборудования в нефтехимическом производстве.. Применение элегазового оборудования в нефтехимическом производст. Применение элегазового оборудования в нефтехимическом производстве
 Скачать 242.75 Kb.
|
|
Применение элегазового оборудования в нефтехимическом производстве Научный руководитель: Вафин Данил Билалович, д.т.н, профессор; Ахмедшин Рустам Анварович, студент, Нижнекамский химико-технологический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет» Аннотация: Высоковольтное элегазовое электрооборудование нашло широкое применение промышленности, в частности в нефтехимии. Важное значение имеет бесперебойное, качественное, надёжное электроснабжение предприятий нефтехимической отрасли, которые другие отрасли промышленности обеспечивают необходимым сырьем. Кроме того, попутно развиваются новые направления. В данной статье рассматриваются некоторые свойства элегаза и его применение в высоковольтном оборудовании электроснабжения нефтехимического предприятия. Одной из крупнейших нефтехимических компаний Европы, занимающей лидирующие позиции по производству синтетических каучуков и пластиков в Российской Федерации является ПАО «Нижнекамскнефтехим». Основные производственные мощности расположены в г. Нижнекамске. Компания основана в 1967 году. На предприятии производятся синтетический каучук, продукты основного органического синтеза – этилен, полиэтилен, полистирол, полипропилен и АБС-пластик, мономеры – являющиеся исходным сырьем для производства каучуков и пластиков, а также другая нефтехимическая продукция (окись этилена, окись пропилена, альфа-олефины, поверхностно-активные вещества и т.п.). Нефтехимическая производство связано с непрерывным циклом. Любое нарушение или отклонение в работе приводит к браку продукции и большим убыткам. Так же это может привести к выходу из строя дорогостоящего оборудования вплоть до полной замены технологических элементов и угрозе жизни человека. При нарушении нормального цикла, происходит аварийный сброс продукта из технологической установки. Это приводит к ухудшению экологической обстановки как на самом предприятии, так и прилегающих населённых пунктах. Поэтому важнейшую роль в поддержании нормального технологического режима на предприятии играет надёжное электроснабжение всех объектов производства. С начала основания на предприятии были построены главные понизительные подстанции (далее ГПП) на которых преобразовывалась и распределялась электроэнергия по всем объектам объединения. Для надёжного электроснабжения потребителей первой и второй категории ГПП были запитаны от двух независимых источников генерации электроэнергии, это ТЭЦ и подстанции Нижнекамской. На всех ГПП на момент запуска производства были установлены масляные трансформаторы типа ТРДН, масляные выключатели типа ВМПЭ, на высокой стороне 110 кВ установлены связки отделитель-короткозамыкатель. С ростом предприятия увеличивались нагрузки и требования к коммутационному оборудованию подстанций. У связки отделитель-короткозамыкатель есть существенный недостаток, который на данный момент привёл их к полному вытеснению воздушными, масляными, вакуумными и элегазовыми выключателями. При срабатывании защит ГПП на отключение трансформатора, возникало искусственное короткое замыкание на стороне 110 кВ короткозамыкателем. Срабатывала защита на объектах электроснабжения (ТЭЦ или подстанции Нижнекамской), линия отключалась. Необходимость отключения линии обуславливалась тем, что отделители не могли отключать токи нагрузок и короткого замыкания. После отключения отделителей на объектах электроснабжения срабатывало АПВ (автоматическое повторное включение) и на линию подавалось напряжение. Во время работы этой связки могли пострадать другие ГПП предприятия, так как несколько ГПП запитаны от одной линии и на момент срабатывания на ГПП с нормальным режимом работы обесточивался один из трансформаторов. Возникала вероятность не успешного АПВ и АВР (автоматического включения резерва). На данный момент на предприятии ПАО «Нижнекамскнефтехим» все отделители и короткозамыкатели заменены на элегазовые выключатели типа LTB145 с пружинным приводом BLK-222 и выносными трансформаторами тока, типа TG145. Прежде чем описать преимущества элегазовых выключателей, стоит упомянуть о самом элегазе (гексафторид серы - SF6). SF6 - один из самых тяжелых известных газов. Его плотность при 20°C и 0,1 МПа (т.е. при давлении, равном одной атмосфере) равна 6,139 кг/м3, почти в пять раз выше, чем у воздуха. Его молекулярная масса составляет 146,06 г/моль. Он бесцветный и не имеет запаха. SF6 может находиться в жидком состоянии только при повышенном давлении. Объемная удельная теплоёмкость SF6 в 3,7 раз больше, чем у воздуха. Это имеет важные последствия для уменьшения эффектов нагрева в электрическом оборудовании. Теплопроводность SF6 ниже, чем у воздуха, но его полная теплоотдача, в особенности, если учитывается конвекция, очень хорошая, как водорода и гелия, и выше, чем у воздуха.    Рис. 1 Кривая теплопроводности SF6 и N2. При высоких температурах кривая теплопроводности SF6 (см. рис. 1) демонстрирует одно из исключительных качеств этого газа, которое позволяет использовать его для гашения дуги путем теплопередачи. Пик теплопроводности соответствует температуре распада молекулы SF6 при 2100 - 2500 K. В процессе распада поглощается значительное количество теплоты, испускаемой при преобразовании молекул на периферии дуги, ускоряя теплообмен между горячими и более прохладными областями. Синтез гексафторида серы впервые был произведен в лабораториях Facufe de Pharmacie в Париже в 1900 г. учеными Муасаном и Лебо. Фтор, полученный электролизом, вступал во взаимодействие с серой, и в результате сильной экзотермической реакции получался достаточно устойчивый газ. В 1939 Томсон-Хьюстон запатентовал принцип применения элегаза для изоляции кабелей и конденсаторов. Выключатель типа LTB145 с пружинным приводом BLK-222относится к электрическим коммутационным аппаратам высокого напряжения, в которых дугогасительной и изоляционной средой является элегаз или газовая смесь. Выключатель предназначен для эксплуатации на открытом воздухе в районах с умеренным и холодным климатом. Выключатели исполнения У1 заполняются элегазом (шестифтористая сера - SF6). Выключатели исполнения ХЛ1, заполняются смесями газов «элегаз-тетрафторметан» (SF6/CF4) или «элегаз-азот» (SF6/N2) в соответствии указаниями руководства по эксплуатации. При этом рабочие значения температуры окружающего воздуха при эксплуатации принимаются равными: - при заполнении выключателя элегазом нижняя t – минус 45°С; - при заполнении выключателя смесью «элегаз-азот» или «элегаз-тетрафторметан» нижняя t– минус 60°С; - верхняя t– плюс 40°С.  Рис. 2. Внешний вид элегазового выключателя. В состав выключателя входят (рис.2) три полюсные колонки 2,3,4 опорная балка 5, пружинный привод 1. Полюса выключателя кинематически соединяются между собой и с приводом с помощью тяг. Привод крепится к опорной балке. Включающая пружина, вспомогательное оборудование и устройства, необходимые для работы выключателя, помещены в шкафу привода. Отключающая пружина помещена внутри опорной балки. В выключателе используется одноразрывное поршневое дугогасительное устройство с авто дутьём. Помимо надежного отключения токов КЗ во всем диапазоне вплоть до номинального тока отключения дугогасительное устройство также обеспечивает: - отключение емкостных токов без повторных пробоев благодаря высокой электрической прочности элегаза и оптимизации скорости движения контактов; - низкий уровень перенапряжений при отключении небольших индуктивных токов как результат оптимального гашения дуги при переходе тока через нулевое значение; - высокую электрическую прочность изоляции даже при атмосферном давлении элегаза благодаря большому меж контактному промежутку.  Рис. 3. Полюс выключателя в разрезе. 1 – верхний фланец; 2 – главный неподвижный контакт; 3 –дугогасительный неподвижный контакт; 4 – дугогасительный подвижный контакт; 5 – дутьевое сопло; 6 – главный подвижный контакт; 7 – автодутьевой цилиндр; 8 – автодутьевой поршень; 9 – изолятор дугогасительного устройства; 10 – нижний фланец; 11 – адсорбционный фильтр; 12 – предохранительный диск; 13 – опорный изолятор; 14 – оперативная тяга; 15 – корпус механизма. Полюс выключателя (рис. 3) представляет собой наполненную элегазом колонку, содержащую опорный изолятор 13, дугогасительное устройство в изоляторе 9 и корпус с механизмом 15. В опорном изоляторе проходит изоляционная оперативная тяга 14, соединяющая механизм полюса с подвижными контактами 4 и 6. Дугогасительное устройство состоит из верхнего фланца с контактным выводом 1, главного неподвижного контакта 2, дугогасительного неподвижного контакта 3, дугогасительного подвижного контакта 4, дутьевого сопла 5, главного подвижного контакта 6, авто дутьевого цилиндра 7, авто дутьевого поршня 8, фарфорового изолятора 9, нижнего фланца с контактным выводом 10, адсорбционного фильтра 11. При включенном положении выключателя основная часть тока проходит через главные контакты. После размыкания главных токоведущих контактов ток проходит через дугогасительные контакты, на которых формируется дуга, образующаяся при коммутации.  Рис. 4. Принцип работы дугогасительного автодутьевого устройства. а – включённое положение; б – отключение небольших токов; в – отключение токов КЗ. Авто дутьевой цилиндр разделен на два отсека: отсек нагрева V1 и отсек сжатия V2 (рис. 4). При отключении небольших токов давление, обеспечивающее поток элегаза и гашение дуги, создается в отсеке сжатия V2. При отключении токов КЗ большая энергия дуги нагревает элегаз в отсеке нагрева V1, создавая поток элегаза через сопло без дополнительной энергии от привода. Фильтр, находящийся в верхней части дугогасительного устройства, поглощает из элегаза остаточную влагу и задерживает продукты распада элегаза. В нормальном положении выключатель включен, включающая пружина в приводе и отключающая пружина заведены. При этом выключатель готов выполнить команду на отключение и быстродействующее АПВ. Выключатель удерживается во включенном положении с помощью отключающей защелки. Включающая пружина удерживается в заведенном состоянии с помощью включающей защелки. Обе защелки находятся в приводе. При подаче команды на отключение отключающая катушка освобождает отключающую защелку, и выключатель отключается под действием отключающей пружины. Движение с помощью тяг, находящихся в опорной балке, передается рычагам полюсов выключателя, затем изоляционным оперативным тягам полюсов и подвижным контактам. В конце хода движение демпфируется масляным амортизатором. При команде на включение включающая катушка освобождает включающую защелку. Приводной рычаг привода под действием включающей пружины поворачивается и через передаточный рычаг передает движение тягам, находящимся в опорной балке, рычагам полюсов выключателя, затем изоляционным оперативным тягам полюсов и подвижным контактам. Одновременно заводится отключающая пружина. В конечном положении передаточный рычаг фиксируется отключающей защелкой, а приводной рычаг освобождается от сцепления с передаточным рычагом. После включения выключателя запускается двигатель и заводится включающая пружина. При этом вал привода и приводной рычаг фиксируются включающей защелкой. После полной заводки пружины концевой выключатель размыкает цепь питания двигателя. Для контроля плотности элегаза или газовой смеси на выключателе устанавливается монитор плотности. Монитор плотности имеет индикатор приведенного давления газа в выключателе, которое характеризует плотность газа. Если имеется утечка газа, то монитор плотности замыкает пару контактов, выдавая тем самым сигнал “Пополните газ”. Если утечка газа продолжается, монитор плотности блокирует цепи управления выключателя. При измерении значения давления необходимо вводить температурную компенсацию в соответствии с таблицей 1.
Таблица 1. Зависимость давления в выключателе от температуры. Если монитор плотности подает сигнал "Пополните газ", то необходимо проверить давление газа и пополнить его количество в выключателе. Давление элегаза при различных температурах. Номинальное давление элегаза при температуре 20° С: - абсолютное – 0.5 МПа (5 кгс/см2); - избыточное – 0.4 МПа (4 кгс/см2). Абсолютное давление элегаза в МПа абс при различных температурах в °С указаны в таблице 1, где: а – номинальное давление элегаза; б – давление появления сигнала необходимости пополнения элегаза в выключателе; в – давление, при котором блокируется работа выключателя. SF6 в коммутационном оборудовании для всех условий эксплуатации даёт преимущества, выраженные в производительности, размере, массе, общих затратах и надежности. Стоимость покупки и эксплуатации, в которую входят затраты на обслуживание, могут быть значительно ниже затрат для коммутационного оборудования старого типа. Применённое непосредственно на предприятии Нижнекамскнефтехим элегазовое коммутационное оборудование существенно повысило надёжное, бесперебойное электроснабжения за счёт таких характеристик элегаза, как пожаро- и взрывобезопасность, высокая диэлектрическая прочность, высокая теплопроводность, способность захватывать свободные электроны и малое время, необходимое для восстановления электрической прочности после пробоя. А также не маловажно отметить малую массу и габариты, повышенную безопасность, длительный срок службы коммутационного оборудования и возможность работы при частом АПВ. Таким образом, элегазовое оборудование имеет хорошие перспективы для дальнейшего распространения и применения на объектах ПАО «Нижнекамскнефтехим». В настоящее время существует необходимость замены высоковольтных коммутационных аппаратов в распределительных устройствах 6 (10) кВ. Литература: Алиев И.И., Абрамов М.Б. Электрические аппараты: Справочник. М.: "РадиоСофт", 2004. – 251 c. Абдурахманов А.М. Надёжность комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией. Анализ зарубежного опыта. Статья. М.: Вып. 1, 2013. – 21 с. Kopejtkova D. Twenty-five years review of experience with SF6 gas insulated substations (GIS). The Int. Council Large Elektric Systems (CIGRE). Paris, France: 1992. – 101с. Полтев А.И. Конструкции и расчет элегазовых аппаратов высокого напряжения. – Л.: Энергия, 1979. – 240 c. Исполнительная документация монтажа ОРУ-110кВ, ГПП-10, ПАО «Нижнекамскнефтехим». |