CC BY
1197
УДК 621.833
АВТОМАТИЗАЦИЯ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
В. А. Свистунов
Рассмотрены преимущества использования автоматизированных частотнорегулируемых электроприводов в насосных установках, а также регулирование режимов работы насосных установок, основные функции автоматической системы регулирования и структура автоматизированной насосной станции. Приведены примеры реализации насосной станции с автоматизированным частотно-регулируемым электроприводом.
Ключевые слова: насосная станция, насосная установка, частотно-
регулируемый электропривод, автоматизация, трубопровод.
Назначение и виды насосных станций
Насосные станции (НС) представляют собой сложный электрогид-равлический технический комплекс сооружений и оборудования, в котором осуществляется преобразование электрической энергии в механическую энергию потока жидкости и управление этим процессом преобразования. Основным назначением НС является обеспечение [1-3]:
- требуемого графика подачи жидкости для нормальных и аварийных условий;
- наименьших затрат на сооружение, оснащение и эксплуатацию;
- требуемой степени надёжности и, следовательно, определённой степени бесперебойности работы;
- долговечности, соответствующей технологической значимости объектов, в состав которых они входят;
- удобства эксплуатации (широкое применение автоматики и телемеханики);
- эксплуатации при непрерывно изменяющихся объёмах, режимах потребления жидкости и изменяющемся составе потребителей.
Насосные станции находят широкое применение в промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве. Они характеризуются большим разнообразием функций, схем соединения насосов при совместной работе, регулируемых параметров, категории надёжности и другими показателями.
В зависимости от назначения можно выделить следующие виды НС: хозяйственно-питьевого водоснабжения населённых пунктов и промышленных предприятий; канализационные; систем теплоснабжения;
дренажные; противопожарного водоснабжения; мелиоративные; нефтеперекачивающие и др.
По способу объединения насосов можно выделить НС с индивидуальной работой насосов и НС с совместной работой насосов.
Насосные установки
Основным энергетическим элементом НС является насосная установка, содержащая один или несколько насосов, всасывающую и нагнетательную систему трубопроводов, запорную арматуру, приводной двигатель, а также датчики технологических параметров установки.
В качестве основного силового оборудования на НС применяют объёмные или динамические насосы.
Объёмные насосы работают по принципу вытеснения, давление перемещений жидкости повышается в результате сжатия. К ним относятся возвратно-поступательные (диафрагменные, поршневые) и роторные (аксиально-поршневые и радиально-поршневые, шиберные, зубчатые, винтовые и т.п.) насосы.
Динамические насосы работают по принципу силового воздействия на перемещаемую среду. К ним относятся лопастные (центробежные, осевые) нагнетатели и нагнетатели трения (вихревые, дисковые, струйные и т. п.).
Преимущественное использование получили насосы центробежного
типа.
Рис. 1. Технологическая схема насосной станции
На рис. 1 изображена технологическая схема типовой НС. Жидкость поступает во входной коллектор НС и аккумулируется в резервуаре. Из входного резервуара она откачивается насосами, подаётся в выходной
136
коллектор НС и далее в магистральный трубопровод, откуда и распределяется по потребителям или поступает ко входу следующей НС. Для отделения насоса от трубопровода служат задвижки, размещённые на входном и напорном патрубках насоса. Кроме того, на выходном патрубке насоса установлен обратный клапан, предотвращающий обратный ток жидкости через насос. В качестве приводов насосов и задвижек применяются электрические двигатели. В правой части рис. 1 размещена таблица, в которой для каждого из объектов НС приведён перечень контролируемых параметров. Данный перечень может изменяться в зависимости от назначения НС и мощности насосных установок.
Регулирование режимов работы насосных установок. Для обеспечения заданного режима работы НС при изменении условий работы требуется производить регулирование режимов работы насосных установок. Эта задача может быть разделена на два направления: регулирование гидравлических режимов работы насосов и регулирование энергетической эффективности работы оборудования НС.
Для насосных установок центробежного типа применяют следующие способы регулирования подачи жидкости и давления:
- дросселированием трубопровода;
- перепуском части потока жидкости из выходного патрубка насоса во входной;
- отключением или подключением насосов (ступенчатое регулирование);
- изменением частоты вращения рабочего колеса насоса.
Основные функции автоматической системы регулирования
НС. Согласно требованиям СНиП насосные станции всех назначений должны проектироваться, как правило, с управлением без постоянного обслуживающего персонала: автоматическим - в зависимости от технологических параметров (уровня воды в ёмкостях, давления или расхода воды в сети); дистанционным (телемеханическим) - из пункта управления; местным - периодически приходящим персоналом с передачей необходимых сигналов на пункт управления или на пункт с постоянным присутствием обслуживающего персонала.
Управление регулируемым электроприводом в основном следует осуществлять автоматически в зависимости от давления в диктующих точках сети, расходов воды, подаваемой в сеть, уровня воды в резервуарах.
В НС следует предусматривать измерение давления в напорных водоводах и у каждого насосного агрегата, расходов воды на напорных водоводах, а также контроль уровня воды в дренажных приямках и вакуум-котле, температуры подшипников агрегатов (при необходимости), аварийного уровня затопления (появления воды в машинном зале на уровне фундаментов электроприводов). При мощности насосного агрегата 100 кВт и более необходимо предусматривать периодическое определение КПД с по-
грешностью не более 3 %[4].
При автоматическом или дистанционном (телемеханическом) управлении должно предусматриваться также местное управление.
В насосных станциях должна предусматриваться автоматизация следующих вспомогательных процессов: промывки вращающихся сеток по заданной программе, регулируемой по времени или перепаду уровней, откачки дренажных вод по уровням воды в приямке, электроотопления по температуре воздуха в помещении, а также вентиляции.
Структура автоматизированной НС. Упрощённая структурная схема автоматизированной НС с частотно-регулируемым электроприводом приведена на рис. 2.
Электроснабжение НС осуществляется от трансформаторной подстанции ТП. Электроэнергия поступает на распределительное устройство РУ, к которому подключено силовое электрооборудование. Здесь же размещены первичные аппараты для средств учёта потребляемой электроэнергии.
Силовое электрооборудование размещено в электрощитовой НС. Оно содержит: силовые щиты управления СШУ, преобразователь частоты ПЧ и, при необходимости, компенсатор реактивной мощности КРМ. Силовой шкаф управления содержит коммутационный аппарат, с помощью которого осуществляется коммутация питания электродвигателя М центробежного насоса Н либо к выходу ПЧ, либо к секции РУ.
В машзале НС размещено основное и вспомогательное оборудование НС. Основное оборудование включает насосы ЦН1-ЦН3, приводные электродвигатели М1-М3. В состав вспомогательного оборудования входят: дренажные, пожарные, вакуум-насосы; задвижки; вентиляторы; обогреватели и другое оборудование. Управление им производится при помощи исполнительных механизмов ИМ1-ИМп.
Для получения информации о значениях регулируемых параметров служат датчики Д1-Дт.
Сигналы управления и измерительные сигналы от оборудования НС собираются в шкафу управления ШУ. Здесь же происходит их объединение в одну общую информационную линию связи, которая подключается к технологическому контроллеру ТК.
Технологический контроллер реализует общий алгоритм управления НС и обмен информацией с автоматизированной системой управления технологическим комплексом АСУ ТК. Программное обеспечение ТК содержит ряд функциональных блоков реализованных на программном уровне:
1 Управление основной насосной установкой.
2 Управление дополнительной насосной установкой, например пожарными насосами.
3 Управление дренажными насосами.
4 Изменение и обработка параметров оборудования НС.
5 Управление отоплением и вентиляцией помещений НС.
6 Осуществление функций охраны от несанкционированного проникновения посторонних лиц на территорию НС.
7 Обслуживание локального терминала.
8 Передача информации о параметрах и режимах работы оборудования НС на АСУ ТК и обработка сигналов управления, полученных от неё.
Рис. 2. Структурная схема автоматизированной насосной станции
Примеры реализации НС с автоматизированным частотнорегулируемым приводом. Рассмотренные в статье принципы построения автоматизированных НС с асинхронным частотоно-регулируемым электроприводом могут быть применены на НС различного назначения.
Одним из примеров служит НС системы водооборота глинозёмного производства. Здесь выполнена работа по модернизации электропривода центробежного насоса мощностью 125 кВт[5].
Список литературы
1. Лобачёв П.В. Насосы и насосные станции. М.: Стройиздат,1990.
145 с.
2. СНиП 2.04.02-84: Насосные станции. Электрооборудование, тех-
нологический контроль, автоматизация и системы управления.
3. Попкович Г.С., Гордеев М. А. Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения. М.: Высш. шк. 1986. 237 с.
4. Справочник электроэнергетика предприятий цветной металлургии / Под ред. М.Я. Басалыгина, В.С. Копырина. М.: Металлургия. 1991.
193 с.
5. Копырин В.С., Бородацкий Е.Г., Ткачук А.А. Асинхронный частотный электропривод как регулирующий орган насосной станции системы водооборота глинозёмногопроизводства. Труды двенадцатой науч.-техн. конф. «Электроприводы переменного тока». Екатеринбург. 2001.
Свистунов Владимир Андреевич, студент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
PUMPING STATION AUTOMATION USING VARIABLE FREQUENCY DRIVES
V.A. Svistunov
The advantages of the use of automated variable frequency drives for pump installations , as well as regulation modes pumping systems, the basic functions of automatic control system and the structure of the automated pump station. The examples of the pumping station with automated variable frequency electric drive.
Key words: pumping station, pumping installation, variable frequency drives, automation, pipeline.
Svistunov Vladimir Andreyevich, student, Russia, Tula, Tula State University
УДК 519.1: 621
ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ С ПОМОЩЬЮ ИНТЕГРАЛЬНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
Д.М. Шпрехер, Г.И. Бабокин
Показана связь задачи контроля работоспособности электромеханической системы с задачей распознавания вида ее технического состояния. Получено выражение для определения интегрального показателя качества функционирования оборудования.
Ключевые слова: электромеханическая система, контроль работоспособности, качество функционирования.
В процессе эксплуатации электромеханическая система (ЭМС) должна выполнять свои функции в соответствии с предназначением. Для
