1. Introducción
A medida que se acelera la transición energética global y se intensifica la competencia en el mercado, la industria del petróleo y el gas enfrenta múltiples desafíos, incluida la mejora de la eficiencia energética, la reducción de los costos operativos y la reducción de las emisiones de carbono. La recuperación de etano es un proceso crítico para mejorar el valor agregado del gas natural y garantizar el suministro de materias primas químicas posteriores. El consumo de energía y la estabilidad operativa de este proceso impactan directamente los beneficios económicos y ambientales de un proyecto. Entre los numerosos equipos de alto consumo de energía en las unidades de recuperación de etano, los equipos clave impulsados por motores de media tensión de alta potencia, como compresores, bombas y ventiladores, representan más del 60% del consumo total de energía..
La tecnología de accionamiento de frecuencia variable (VFD) de media tensión es una de las tecnologías de ahorro de energía más avanzadas en el campo de los accionamientos eléctricos en la actualidad. Al ajustar suavemente la velocidad de funcionamiento del motor mediante cambios en la frecuencia del suministro de energía, se permite un control preciso del flujo de carga y la presión, logrando así importantes ahorros de energía (normalmente entre un 20% y un 40% ). Por lo tanto, emplear sistemas VFD de media tensión que combinen adaptabilidad de la red y alta confiabilidad es crucial para minimizar las pérdidas por parada y garantizar la rentabilidad del proyecto a largo plazo.
Después de una extensa investigación y evaluación, el usuario final finalmente seleccionó el sistema de transmisión de media tensión y refrigeración por agua de alta capacidad de la serie NC HVVF de Shanghai Nancal Electric para los motores del proyecto. El diseño de derivación automática rápida de la celda de energía y la capacidad de funcionamiento de bajo voltaje (LVRT) de los variadores de media tensión de Nancal Electric abordan las fallas internas de las celdas y las caídas de voltaje de la red externa, respectivamente, previniendo de manera efectiva paradas no planificadas causadas por tales problemas.
2. Solución técnica
La potencia instalada de la unidad compresora de exportación de gas natural del proyecto es de 27,7MW. El modelo VFD compatible es NC HVVF 10/10-32000LO. El diagrama unifilar es el siguiente:
Figura 1: SLD del sistema VFD NC HVVF 10/10-32000LO
Para mejorar aún más la confiabilidad del sistema, Nancal Electric configuró dos funciones de mejora de la confiabilidad para el variador de media tensión de este proyecto:
2.1 Diseño de derivación automática rápida de celda de potencia
Cuando falla una celda de energía o un componente de control se daña, la función de derivación de la celda de energía garantiza que el variador continúe funcionando de manera estable sin apagarse, cumpliendo con los requisitos de alta confiabilidad del proyecto. Durante el funcionamiento real, si falla una celda de energía, la unidad emplea una tecnología de derivación de celda automática y rápida para evitar la celda defectuosa. El proceso de derivación específico es el siguiente:
(1) Al detectar una falla de celda, el variador bloquea inmediatamente la salida de pulsos a esa celda.
(2) Después del bloqueo del pulso, el contactor de derivación de la celda defectuosa se cierra inmediatamente, anulándola físicamente.
(3) Una vez que se cierra el contactor de derivación, el variador reanuda la salida de impulsos y el motor vuelve al funcionamiento normal.
Figura 2: Comparación antes y después de la derivación de la celda de energía
La siguiente figura muestra formas de onda de simulación de voltaje de fase de salida normal y voltaje de línea:
Figura 3: Formas de onda de simulación de voltaje de fase de salida normal y voltaje de línea
La siguiente figura muestra formas de onda de simulación de voltaje de fase de salida y voltaje de línea después de puentear una celda en la Fase A. Se puede observar que aunque el voltaje de fase de la Fase A disminuye y las diferencias de ángulo de fase no son de 120° (convirtiéndose en 128° y 104°), los voltajes de línea de salida finales permanecen equilibrados con diferencias de ángulo de fase de 120°..
Figura 4: Formas de onda de simulación de voltaje de fase de salida y voltaje de línea después de omitir una celda en la fase A
La siguiente figura muestra formas de onda de conmutación in situ con la función de derivación de la celda de potencia activa:
Figura 5: Formas de onda de conmutación in situ durante la derivación de la celda de energía
Todo el proceso de omisión dura <200 ms . La caída de velocidad del motor es mínima y el voltaje del motor permanece en una amplitud relativamente alta, lo que permite que el variador siga continuamente la velocidad actual del motor.
La siguiente figura muestra la forma de onda del voltaje de línea de salida medida después de omitir una celda. Demuestra que los voltajes de la línea de salida permanecen simétricos..
Figura 6: Forma de onda del voltaje de línea de salida medida después de omitir una celda
2.2 Función de conducción de bajo voltaje (LVRT)
Cuando las líneas de transmisión experimentan fluctuaciones de voltaje de la red, caídas de corto plazo o interrupciones instantáneas debido a condiciones climáticas severas como rayos, tormentas de nieve o formación de hielo, la avanzada tecnología ProCon (Proceso Continuo) integrada en los variadores de voltaje medio de la serie NC HVVF de Nancal Electric puede maximizar la operación continua del equipo.
ProCon integra múltiples tecnologías, incluida la amortiguación de energía cinética de bajo voltaje (LVRT), la recogida de carga giratoria, la limitación inteligente de par para cargas de par cuadrado, la modulación PWM mejorada, etc. , coordinando eficazmente estos módulos funcionales.
Cuando el voltaje del lado de la red cae entre un 15% y un 40%, el variador de voltaje medio serie NC HVVF reduce la velocidad y limita el par de salida, manteniendo el funcionamiento a una capacidad reducida. Cuando el voltaje de la red cae por debajo del 60% o incluso durante una pérdida total de energía de la red, la función LVRT de amortiguación de energía cinética convierte la energía cinética rotacional del motor y la carga en energía eléctrica para recargar las celdas de energía de los variadores , manteniendo el voltaje de la celda y evitando el apagado debido a subtensión.
Figura 7: Fotografía del sitio del variador de media tensión Nancal Electric
Figura 8: Forma de onda LVRT medida (atravesando voltaje cero durante 2,07 s)
3. Configuración básica
Según los parámetros del motor y los requisitos de carga, la configuración básica del variador de media tensión Nancal Electric es la siguiente:
4. Conclusión
En resumen, equipar cargas clave de compresores en unidades de recuperación de etano con variadores de media tensión altamente confiables representa una inversión estratégica que integra tecnología avanzada, beneficios económicos y respeto al medio ambiente.
El variador de media tensión con refrigeración por agua de alta capacidad suministrado por Nancal Electric para este proyecto sirve como enlace crítico para el ahorro de energía y la reducción del consumo en el sistema eDrive de la unidad compresora dentro del proyecto de recuperación de etano. A lo largo de más de tres años de operación estable y confiable , profundamente integrada con sistemas como el procesamiento de gas natural y la utilización de calor residual, ha brindado un sólido soporte técnico para la producción ecológica y eficiente y la utilización profunda de los recursos del campo petrolífero.
Desde su puesta en servicio, este variador de media tensión ha resistido múltiples caídas de tensión de la red de diversa gravedad , lo que garantiza significativamente la estabilidad del proceso de producción continuo y mejora la eficiencia de la producción.