High power pump stations with medium voltage travelling converter

Dariusz KARKOSINSKI

Abstract

This article contains an overview of the development of converter drives in pump stations, in particular the control of the output of several pumps sequentially by one frequency converter. Moreover, the paper presents modern principles of synchronous transfer (switching) allowing to minimize investment costs by configuring one medium voltage frequency converter as a traveling inverter for effective control of several high power pumps in a liquid pumping station. A hardware configuration was developed for a domestic classic MV switchgear with motor bays, not recommended by the manufacturer of the inverter. It has been shown that the proposed solution is economically justified in pumping stations with a larger number of pumps.

Keywords

induction motor, pumps, frequency converter, synchronous transfer, switch gear

Fig.

Bilbiography

[1] W. Jędral: ”Efektywność energetyczna pomp i instalacji pompowych”, KAPE S.A. Warszawa 2007
[2] M. Kellis, A. V. Meulen: “Applying Drives to Control Multiple Motors with Synchronous Transfer Process Instrumentation”, Jun 20, 2017, https://www.piprocessinstrumentation.com/pumps-motors-drives/article/15563649/applying-drives-to-control-multiple-motors-with-synchronous-transfer - data dostępu 6.05.2022
[3] W. Matulewicz, D. Karkosiński: „Laboratorium stanów przejściowych maszyn elektrycznych.“, Skrypt Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 1993
[4] M. Grzeczkowicz: „Analiza rozruchu silnika indukcyjnego średniego napięcia z uwzględnieniem przełączenia na sieć.”, Rozprawa doktorska, Politechnika Warszawska 2012. Pobrano z http://repo.pw.edu.pl / Downloaded from Repository of Warsaw University of Technology 2022-05-29
[5] S. Potrawka, R. Sikora-Iliew: ,,Wpływ przesunięcia fazy napięcia sieci na SEM i stany dynamiczne silnika asynchronicznego”; Zeszyty Problemowe-Maszyny Elektryczne Nr 71/2005
[6] W. Paszek: ,,Dynamika Maszyn Elektrycznych Prądu Przemiennego”; Wydawnictwo Helion; Gliwice 1998
[7] R. Spencer, J. Blois: “Pipeline Energy Management, Using VFDs and Sync-Transfer Control Systems.”, Electrical Line May/June 2001, pp. 28-34, 14.pdf (electricalline.com) – data dostępu 8.07.2022 r.
[8] PowerFlex 7000 Medium Voltage AC Drive User Manual, Publication 7000-UM1508-EN-P-January 2002, Rockwell Automation, Canada, 2001
[9] J. Przybylski, Z. Szulc: „Doświadczenia z eksploatacji napędów pomp dużych mocy z silnikami zasilanymi z przemienników częstotliwości średniego napięcia 6 kV – Efektywność eksploatacji napędów regulowanych dużych mocy”; Zeszyty Problemowe - Maszyny Elektryczne Nr 78/2007
[10] PowerFlex Medium Voltage AC Drives, Selection Guide, https://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/br/pflex-br010_-pl-p.pdf . Pobrano 10.06.2022 r.
[11] PowerFlex 6000 Medium Voltage Variable Frequency Drive Firmware., Parameters, and Troubleshooting ManualCatalog Number 6000G https://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/td/6000-td004_-en-p.pdf . Pobrano 10.06.2022 r.
[12] PowerFlex® Medium Voltage AC Drives, Selection Guide, Powerful Performance. Flexible Control https://www.skypowerservice.com/Files/Name2/CONTENT1395731923453.pdf . Pobrano 10.06.2022 r.
[13] PowerFlex 7000 Medium Voltage AC Drive Air-Cooled (’B’ Frame)—ForGe Control, User Manual , https://biap.com.pl/custom_assets/Dokumentacja/PowerFlex/PowerFlex7000-Podrecznik_uzytkownika_FrameB_um202-en.pdf . Pobrano 10.06.2022 r.
[14] Application Paper AP020001EN, Effective July 2016, Synchronous transfer control with SC9000 EP, https://www.eaton.com/content/dam/eaton/products/medium-voltage-power-distribution-control-systems/motor-control/literature/applications/sc9000-synchronous-transfer-application-note-ap020001en.pdf . Pobrano 10.06.2022 r.
[15] White Paper WP020002EN Effective October 2016., Supersedes March 2011. Starting duty only synchronous transfer systems, https://www.eaton.com/content/dam/eaton/products/medium-voltage-power-distribution-control-systems/motor-control/literature/other-docs/sc9000-synchronous-transfer-starting-duty-white-paper-wp020002en.pdf . Pobrano 10.06.2022 r.
[16] MVW01 Medium Voltage Variable Speed Drive, https://static.weg.net/medias/downloadcenter/ha4/hb5/WEG-mvw01-medium-voltage-drive-usamvw0109-brochure-english.pdf . Pobrano 10.06.2022 r.
[17] M. Nardelli: “WEG Synchronous Transfer Function.”, WEG Automation / Brazil @ copyright 2015, https://static.weg.net/medias/h9a/h24/Article-WEG-Synchronous-Transfer-Function.pdf . Pobrano 10.06.2022
[18] Syncing Value and Performance. Siemens Intelligent Sync Transfer minimizes costs while maximizing performance, https://assets.new.siemens.com/siemens/assets/api/uuid:08047d74feeafeb39d0c5955b2a37a1dd6d9e42f/sie-327-17-synctransferbrochure-rev-09-07-17-web-final.pdf . Pobrano 1.06.2022 r.
[19] ABB SYNCHROTACT®5, Synchronizing and Paralleling Equipment and Systems for Synchronous Machines and Networks, https://usermanual. wiki/m/200a4d987a1a37e6914bda8001193b16e60c7e3b699becf81e26176d1153ab62.pdf . Pobrano 2.06.2022 r.
[20] SYNCHROTACT 5, Operating Instructions, Edition December 2011, https://www.manualslib.com/manual/1640540/Abb-Syn-5201.html#manual . Pobrano 10.06.2022 r.
[21] M. Bień, M. Malinowski, A. Marchewka, W. Stanisławski:” Projekt stacji z napędami 6 kV i falownikiem wędrującym.”, Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki, 2022
[22] A. Leung, E. Martinez; J. Kleinecke: “Bypass and Synchronous Transfer Arrangement for a Medium Voltage Drive Control System.”, United States Patent No US 8,134,323 B2 , Date Mar. 13, 2012, https://patentimages.storage.googleapis.com/00/44/a4/d70b038c0387e1/US8134323.pdf . Dostęp 11.07.2022
[23] Zestawienie rozdzielnic SN. elektro info nr 7-8/2021, str. 27-35
[24] Rozdzielnica średniego napięcia e2ALPHA-2S. Dokumentacja Techniczno-Ruchowa, Wersja 13.1.5, Elektrometal Energetyka, 25.11.2021
[25] Wyłącznik próżniowy e2Bravo. Dokumentacja Techniczno-Ruchowa, Wersja D-2.3. Elektrometal Energetyka, 24.08.2021
[26] Styczniki i wyłączniki SN LS Industrial Systems https://elektrosystemy.pl/?p=6584 Pobrano 30.06.2022 r.
[27] Stycznik próżniowy stacjonarny LVC-6Z-44ED 400A 7,2 kV http://kontratech.com/aparatura-sn/466-stycznik-prozniowy-stacjonarny-lvc-6z-44ed-400a-72kv.html
[28] Sterownik polowy e2TANGO 600/800/1000/12000. Dokumentacja Techniczno-Ruchowa, Wersja 1.1.11, Elektrometal Energetyka, 31.05.2021
[29] J.G. Seggewiss, R. G. Kottwitz & D. Macintosh, In Sync.: “The Process and Economic Benefits of Synchronizing Applications with Medium- voltage Drives.”, IEEE Industry Applications Magazine, July/Aug. 2003, pp. 58-65 . Downloaded on July 08, 2022
[30] Norma PN-EN 61850: 2020. Systemy i sieci komunikacyjne do automatyzacji przedsiębiorstw elektroenergetycznych [31] D. Karkosiński: „Rozproszona automatyka SZR w sieciach rozdzielczych średniego napięcia zgodnych z IEC 61850..”, Automatyka-Elektryka-Zakłócenia Vol 3, nr 1(7) 2012, s. 63-73
[32] D. Karkosiński: „Automatyka zabezpieczeniowa zgodna z IEC 61850 w sieci rozproszonych źródeł i zasobników energii. Inteligentne systemy elektroenergetyczne,”, Automatyka zabezpieczeniowa. INFOTECH Gdańsk 2013, s. 42-49