Испытания технологических установок фармацевтического предприятия при провалах и прерываниях напряжения.

Pharmaceutical production technological installations testing in case of voltage interruptions.

Объект.

Фармацевтический завод располагается в особой экономической зоне (ОЭЗ) «Санкт-Петербург» и предназначен для производства твердых лекарственных форм для кардиологии, онкологии, неврологии и эндокринологии. Электроснабжение осуществляется от трансформаторных подстанций ОЭЗ на напряжении 0,4 кВ.

Проблемы в формулировках Заказчика.

1. Провалы и прерывания (длительностью до 300 мс) напряжения по всем вводам и последующий останов технологического оборудования, с различными статусами предупреждений и аварий.

2. Брак партии продукции из-за невозможности быстро перезапустить технологический процесс.

3. Выход из строя дорогостоящего оборудования.

Наладка электроприводов. Чувствительность к провалам и прерываниям напряжения.

Просто спросить...?

Технология, электроснабжение и электрооборудование.

Технологический процесс непрерывный, требования к надежности электроснабжения высокие. Технологические установки производства лекарственных средств (сушилки, миксеры, коатеры, реакторы и др.) оснащены  большим количеством электроприводов, локальных систем управления, чувствительны к провалам и прерываниям напряжения.

Электроснабжение завода осуществляется по двенадцати вводам 0,4 кВ от четырех двухтрансформаторных подстанций (2 * 2500 кВА, 10/0,4 кВ). В качестве резервного источника электроснабжения используются два дизель-генератора (1350 кВА, 0,4 кВ). Реализованные схемы резервирования не обеспечивают непрерывность технологического процесса при нарушениях электроснабжения.

Результаты обследований и измерений.

Измерения параметров качества электроэнергии (ПКЭ) при штатной производственной нагрузке не выявили отклонений от ГОСТ 32144-2013.

Измерения ПКЭ на вводах системы электроснабжения завода.

Измерения ПКЭ на вводах системы электроснабжения завода.

Нагрузка трансформаторов значительно ниже номинальной. Реактивная мощность на шинах ГРЩ скомпенсирована установками компенсации реактивной мощности (cos φ изменяется в диапазоне 0,97-1,0). Высшие гармоники напряжения находятся в пределах допустимых значений. Значительных циклических нагрузок или провалов напряжения из-за пусков технологических установок не выявлено. Основными факторами, создающими риски нештатной работы электроустановок, являются отклонения и прерывания напряжения в электрических сетях 10 кВ.

Анализ статистики нарушений электроснабжения показал, что провалы напряжения равновероятны как по трем фазам, так и по отдельным фазам. В течение года фиксируется от 20 до 30 провалов напряжения на 15 - 60% от номинального значения. В 90% случаев продолжительность провалов напряжения менее 300 мс, но отмечены и провалы длительностью до 1 сек.

Для выявления «слабых звеньев», запускающих процесс аварийного останова технологического оборудования, разработана программа и методика испытаний. В процессе испытаний производилось отключение контакторами силовых цепей на вводе установки по трем фазам или по одной фазе. Управление коммутационными операциями выполнял программируемый контроллер, при этом продолжительность прерывания напряжения регулировалась ступенями 50 мс, 100 мс, 150 мс, 200 мс, 250 мс, 300 мс, 2 и 3 секунды.

Испытания сушильной установки с кипящим слоем.

Испытания сушильной установки с кипящим слоем при кратковременном отключение силовых цепей и цепей управления.

Приборами FLUKE 434-II, FLUKE 435-II, FLUKE 437 выполнялись измерения одновременно в нескольких контрольных точках.

Испытания организованы на двух технологических установках: коатер и сушильная установка. Эти установки отличаются составом электроприводов, технологических подсистем и др.

Испытания коатера с прерыванием напряжения по одной фазе.

Нагрузки коатера в установившемся режиме: мощность активная – 9,8 кВт, мощность реактивная 1,3 квар, мощность полная до 12,7 кВА.

Изменение нагрузки коатера с прерыванием напряжения по одной фазе.

Изменение нагрузки коатера с прерыванием напряжения по одной фазе на 50, 100 и 150 мс (останов). Полная мощность - черная линия, активная мощность - красная линия, реактивная мощность - синяя линия.

Прерывания напряжения на 50 мс и 100 мс не повлияли на работу электрооборудования. При размыкании под нагрузкой одной фазы на 150 мс отключились по защите все преобразователи частоты, что привело к нарушению технологического процесса. Повторный запуск возможен после ручного сброса ошибок в системе управления.

Изменение напряжения в фазе L1.

Изменение напряжения в фазе L1 (красная линия) и тока (синяя линия). Прерывания в фазе L2 на 50, 100 и 150 мс (останов).

Осциллограмма прерывания напряжения.

Осциллограмма прерывания напряжения «после контактора», длительность 100 мс. Напряжение в фазе L1 (красная линия) и ток L1 (синяя линия).

Определено, что причиной отключения технологической установки являются схемотехнические особенности цепей управления. По согласованию с Заказчиком схемы вторичной коммутации были доработаны. Повторные испытания после изменения монтажа показали, что прерывания напряжения по одной фазе на 50, 100, 150, 200, 250, 300 мс, 2 сек, 3 сек не вызывают нарушения технологического процесса.

Испытания коатера с прерыванием напряжения по трем фазам.

Выполненные изменения в цепях вторичной коммутации позитивно отразились на результатах дальнейших испытаний.

Изменение нагрузки коатера с прерыванием напряжения по трем фазам.

Изменение нагрузки коатера с прерыванием напряжения по трем фазам. Полная мощность (черная линия), активная мощность (красная линия), реактивная мощность (синяя линия).

Прерывание напряжения на 50, 100, 150, 200, 250, 300 мс по трём фазам с последующим восстановлением напряжения не вызывало нарушения технологического процесса.

Изменение напряжения в фазе L1, 300 мс.

Изменение напряжения в фазе L1(красная линия) и тока L1 (синяя линия). Прерывание напряжения по трем фазам на 50, 100, 150, 200, 250, 300 мс.

Прерывания напряжения длительностью более 300 мс приводит к останову из-за действия защит по минимальному напряжению преобразователей частоты.

Испытания сушильной установки.

Нагрузка установки имеет циклический характер. Мощность активная изменяется от 1,1 до 6,1 кВт, мощность реактивная от 0,7 до 1,4 квар, полная мощность от 1,4 до 7,8 кВА.

Прерывания напряжения в одной фазе не приводили к нарушениям технологического процесса.

Изменение нагрузки сушильной установки.

Изменение нагрузки сушильной установки. Полная мощность (черная линия), активная мощность (красная линия), мощность реактивная (синяя линия).

Максимальный ток под нагрузкой при испытаниях составил 11 А.

рерывания напряжения питания сушильной установки.

Прерывания напряжения питания сушильной установки по одной фазе на 50, 100, 150, 200, 250, 300 мс и 2 сек. Напряжение в фазе L1(красная линия) и ток L1 (синяя линия).

При прерывании напряжения по трём фазам на 50, 100, 150, 200, 250, 300 мс технологическая установка не останавливается, ошибки в системе управления не возникают. Происходит кратковременное снижение частоты вращения приводных механизмов от преобразователей частоты, не приводящее к останову.

При прерывании напряжения на 2 секунды система управления формирует аварийные сообщения об ошибках (насос распыления, температура). При восстановлении напряжения аварийные сообщения автоматически сбрасываются без вмешательства оператора. Технологический процесс не нарушается.

Осциллограмма прерывания напряжения по трем фазам.

Осциллограмма прерывания напряжения по трем фазам «после контактора», длительностью 150 мс. Напряжение в фазе L1 (красная линия) и ток L1 (синяя линия).

При размыкании контактором цепи питания в фазах А, В, С сохраняется некоторое время остаточное напряжение. Длительность снижения напряжения после механического прерывания силовой цепи составляет примерно 200 мс.

Величина «пускового» тока после восстановления напряжения определяется задержкой повторного включения и величиной остаточного напряжения.

Выводы и предложения.

Проведенные обследования, измерения и испытания показали следующее.

Реакция технологических установок на прерывания напряжения определяется составом электроприемников, их настройками, схемотехническими особенностями систем управления, и в меньшей степени – длительностью прерывания.

Многие технологические установки при соответствующих настройках могут сохранять работоспособность и/или осуществлять автоматический повторный запуск при провалах напряжения до 2 сек. Однофазные прерывания и провалы напряжения в этом случае не оказывают критического влияния на работоспособность оборудования.

Существенно влияют на поведение технологических установок при провалах и прерываниях напряжения настройки защит статических преобразователей частоты. В большинстве случаев эти настройки можно оптимизировать.

Особое внимание необходимо уделять надежности питания цепей управления ~220В/=24В в совокупности с настройками защит (электрических и технологических).

В рассматриваемых электроустановках длительность 90% всех зафиксированных провалов напряжения составляет менее 300 мс; характерная глубина провалов - от 15 до 60% от номинального значения. Это обусловило следующие предложения Инженерного центра «АРТ».

- Настройка преобразователей частоты всех типов для минимизации влияния провалов напряжения на работу электроприводов.

- Организация бесперебойного питания цепей управления технологических установок.

- Организация бесперебойного питания силовых цепей на наиболее ответственных технологических установках.

Реализация предложений.

Ряд мероприятий были реализованы в ходе технического аудита (корректировка уставок защит по напряжению на вторичных цепях, настройка преобразователей частоты и др.).

Заказчику направлено технико-коммерческое предложение на комплекс работ по проектированию, монтажу и наладке систем бесперебойного питания электроприёмников наиболее ответственных технологических установок.

Контактная информация.