CC BY
20
САМОЗАПУСК НАСОСНЫХ УСТАНОВОК МЕЛИОРАТИВНЫХ
НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ Абидов К.Г.1, Зарипов О.О.2, Зарипова Ш.О.3 Email: [email protected]
1Абидов Кудрат Гайратович - кандидат технических наук, доцент; 2Зарипов Одилжон Олимжонович - старший преподаватель, кафедра электротехники, Ташкентский государственный технический университет им. Ислама Каримова,
г. Ташкент;
3Зарипова Шахло Олимовна - ассистент, кафедра информационных технологий, Каршинский инженерно-экономический институт, г. Карши, Республика Узбекистан
Аннотация: для потребителей, которыми являются насосные установки мелиоративных насосных станций, автоматизация обеспечивает должный эффект лишь при осуществлении самозапуска насосных агрегатов, что позволяет значительно повысить надежность электроснабжения. Теория самозапуска в настоящее время разработана до уровня, позволяющего решать задачи, предъявляемые практикой. При исследовании самозапуска насосной установки мелиоративных насосных станций большое значение имеет решение задач, связанных с разработкой методики расчета статических и динамических режимов насосного агрегата при потере привода и в переходе на самозапуск, а также расчет гидромеханических и гидравлических переходных процессов системы с применением электронных вычислительных машин.
В статье рассматриваются основные процессы, протекающие при самозапуске насосных агрегатов насосных станций систем машинного водоподъема для орошения, обеспечивающие рациональное использование электроэнергии, насосно-силового оборудования и оросительной воды. Показаны особенности переходных процессов при аварийном отключении насосных агрегатов от энергосистемы и самозапуске, даются методики, позволяющие определить оптимальные режимы самозапуска. Приведены результаты экспериментальных исследований, проведенных на насосных установках мелиоративных насосных станций. Предложены технические решения по модернизации насосных агрегатов, позволяющие применение режима самозапуска на мелиоративных насосных станциях.
Ключевые слова: самозапуск, переходной процесс, мелиоративные насосные станции, насосный агрегат, электрооборудование, пуски, аварийные отключения, трубопровод, свободный выбег.
SELF-START OF MELIORATIVE PUMPING UNITS PUMPING
STATIONS Abidov K.G.1, Zaripov O^.2, Zaripova Sh^.3
1Abidov Kudrat Gayratovich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor;
2Zaripov Odiljon Olimjonovich - Senior Lecturer, DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING, TASHKENT STATE TECHNICAL UNIVERSITY NAMED AFTER ISLAM KARIMOV; 3Zaripova Shahlo Olimovna - Assistant, DEPARTMENT OF INFORMATION TECHNOLOGY, KARSHI ENGINEERING AND ECONOMIC INSTITUTE, KARSHI, REPUBLIC OF UZBEKISTAN
Abstract: for consumers, which are pumping units of reclamation pumping stations, automation provides the desired effect only when self-starting pumping units, which can significantly increase
19
the reliability of power supply. The theory of self-starting is currently developed to a level that allows solving problems presented by practice. In the study of self-starting of the pumping unit of reclamation pumping stations, it is of great importance to solve the problem associated with the development of a method for calculating the static and dynamic modes of the pumping unit in case of loss of the drive and in the transition to self-starting, as well as the calculation of hydromechanical and hydraulic transient processes of the system using electronic computers. The article discusses the main processes occurring during self-starting of pumping units of pumping stations of machine water lifting systems for irrigation, ensuring the rational use of electricity, pumping and power equipment and irrigation water. The features of transient processes during emergency shutdown of pumping units from the power system and self-starting are shown, methods are given that allow determining the optimal self-starting modes. The results of experimental studies carried out at pumping units of reclamation pumping stations are presented. Technical solutions are proposed for the modernization of pumping units, allowing the use of a self-start mode at reclamation pumping stations.
Keywords: self-starting, transient process, meliorative pumping stations, pumping unit, electrical equipment, start-ups, emergency shutdowns, pipeline, free run.
УДК 621.316.71
Одним из основных потребителей электроэнергии в Узбекистане являются насосные станции сельскохозяйственной отрасли. Из вырабатываемых 47 млрд кВт-ч/год электроэнергии в среднем 8 млрд. кВт-ч/год или около 16% тратится на покрытие нагрузок 1588 государственных мелиоративных насосных станций, находящихся в настоящее время на балансе Министерства сельского и водного хозяйства Республики Узбекистан. Последние годы все увеличивающегося числа малых насосных станций, принадлежащих фермерским и арендаторам энергозатраты насосных станций становятся еще более значительными.
Применение насосных установок, с учетом специфических особенностей орошаемого земледелия позволило решать сложные инженерно-мелиоративные задачи. Строительство и ввод в действие крупных машинных каналов с уникальными каскадами насосных станций и сложными гидротехническими сооружениями позволили перебросить сток многоводных рек на крупные орошаемые массивы, расположенные в низовьях маловодных рек Заравшана, Кашкадарьи, Сурхандарьи, Исфайрамсая и др., где недостаток воды и систематически повторяющееся маловодье тормозили развитие сельского хозяйства.
С помощью насосных станций в настоящее время орошается 2,418 млн га из 4,3 га орошаемых земель. Ежегодно всеми насосами перекачивается около 59 млрд м3 поливной воды, причем 27 млрд м3 перекачивается головными насосными станциями, а 32 млрд м3 -вторым и последующим подъемами.
Построенные и введенные в действие крупнейшие насосные станции в комплексе Аму-Бухарского, Шерабадского, Каршинского, Джизакского, Аму-Зангского машинных каналов, что резко повысит водообеспеченность староорошаемых земель и освоить сотни тысяч гектаров новых земель. Насосами только на этих пяти каналах перекачивается около 2000 м3/с воды, а мощность основных электродвигателей составляет 1,2 млн кВт.
Как известно, переходные процессы более опасны для электрооборудования, в том числе насосной установки, чем установившиеся. Основные повреждения и аварии насосных агрегатов происходят при переходных процессах, пусках, остановках, которые в соответствии с графиком работы могут назначаться по нескольку раз в сутки, а также при аварийном отключении электродвигателей от энергосистемы. Возникают значительные динамические нагрузки на элементы сооружений и гидросилового оборудования: гидравлический удар, резкое изменение силовых воздействий на рабочее колесо и системы привода лопастей, сопровождающиеся пульсациями потока, вибрации. Поэтому при эксплуатации насосных станций необходимо комплексно учитывать работу напорного тракта и технологического оборудования и назначать схемы и состав сооружений, основываясь на расчетах и анализе переходных процессов с учетом статических и динамических характеристик насосов и электродвигателей.
Насосные установки открытой оросительной системы работают на трубопроводы сравнительно небольшой длины, оканчивающиеся сифонными водовыпусками. При плановом отключении насосного агрегата в начале закрывается регулировочная задвижка, после приводной двигатель отключается от сети. Благодаря этому насосный агрегат останавливается и не вращается в другую сторону.
При [1, 2] аварийных отключеньях из-за того, что регулировочная задвижка не закрыта, когда нет обратного клапана или он не срабатывает, вода в трубопроводе после отключения агрегата пойдет обратно. В начале частота вращения агрегата уменьшается и доходит до нуля, далее под действием воды в трубопроводе изменяет направление и вращается в другую сторону и значение обратной угонной скорости станет больше номинальной. Когда насос вращается в другую сторону, выходят из строя сальники насоса. Это приводит к нарушению системы герметизации насоса. Поэтому после такого режима перед пуском снимают заглушки насоса и удаляют сгоревшие сальники и забивают новые сальники. Запускается вакуум-насос для подготовки насоса к пуску так как регулировочная задвижка плотно не закрывается, требуется заполнение водой коллектора.
Число установленных насосных агрегатов на мелиоративных насосных станциях колеблется в больших пределах (2-16 штук). Приводные электродвигатели насосов получают питание от понижающей подстанции насосной станции. На этих подстанциях применяются двухобмоточные и трехобмоточные трансформаторы. Количество одновременно самозапускаемых двигателей насосной станции определяется, исходя из допустимого значения понижения напряжения сети в момент самозапуска. Зная напряжение сети и сопротивление источника питания, определяется величина, восстанавливающая напряжение на двигателях.
Когда насосы вертикального исполнения, осевые, где нет затворов, любое отклонение связано с вращением в другую сторону, что отрицательно влияет на работу подпятника на крепления насоса и обмоток двигателя. Все это связано с расходом дефицитных материалов, большого времени и квалифицированных ремонтников. Если насос работает с подсосом, то за время перерыва питания он может потерять воду, включиться незаполненным. Опыт показывает, что потеря столба воды происходит, как правило, лишь при снижении скорости ниже 50%. После каждого погашения или посадки напряжения сети насосы отключаются. Для восстановления первоначального рабочего состояния станции требуется много времени. Простой насосной станции в период интенсивного орошения недопустим, поэтому имеет большое технико-экономическое значение уменьшение времени простоя насосных агрегатов насосной станции применением самозапуска. Расчёты токов самозапуска асинхронных двигателей необходимо выполнять как при проектировании, так и в процессе эксплуатации электроэнергетических объектов.
Разработан ряд программ расчёта указанного режима для промышленных предприятий, то есть развитие идёт по пути программной реализации математической модели [3]. Организации, занимающиеся в этой области, используют разные методы программной реализации.
При подаче питания осуществляется режим самозапуска электродвигателей собственных нужд, когда частота вращения возрастает. Самозапуск будет успешным, если насосные установки, участвующие в этом режиме, развернутся до рабочей частоты вращения за допустимое время. Успешность самозапуска зависит от времени перерыва питания, параметров питающей цепи, суммарной мощности не отключенных электродвигателей и их загрузки, механических характеристик механизмов и других факторов.
п=0
3
л
Рис. 1. Самозапуск при ^ог=1,5 с.
Во всех случаях осуществление самозапуска должно быть обоснованным. Главная задача самозапуска - сохранить работоспособность насосной станции при кратковременном погашении. Если мощность системы электроснабжения достаточна, в одновременном самозапуске могут участвовать все насосные установки, для которых он необходим. Если же ограниченная мощность системы электроснабжения этого не допускает, то предусматривается несколько ступеней самозапуска, то есть поочерёдный самозапуск нескольких групп насосных установок. При этом возникает также вопрос взаимного влияния системы электроснабжения и двигателей насосных установок, участвующих в самозапуске. Более существенное ограничение в применение самозапуска насосных установок вызывается опасением возможности гидравлического удара в напорном трубопроводе при внезапном включении нагруженного насоса.
В предлагаемой работе время включенного состояния двигателя при погашениях определяется при помощи датчика, записывающего манометра, установленных на выходе насоса (рис. 1), или расчетным путем на основе четырех квадратных характеристик насоса и параметров насосной установки. Зона самозапуска находится в пределах изменения напора от номинального значения до минимального значения. В данной работе после погашения, исчезновения напряжения в сети, можно определить допустимую зону самозапуска двигателя на основе:
а) проектных данных насосной станции и четырех квадратной характеристики насоса (расчетным путем);
б) измерения напора при помощи датчиков или записывающего манометра, установленного на выходе насоса (для повышения точности) или образцового манометра (рис. 2);
в) характеристики выбега насосного агрегата, по которой определяют зону для успешного самозапуска (рис. 3).
Повышается надежность работы насосного агрегата в целом, сокращается время простоя, уменьшается расход дефицитных материалов. Использование способа позволяет высвободить труд квалифицированных рабочих или специалистов, т.к. отпадает возможность создания аварийной ситуации на насосных станциях [4].
Рис. 2. Самозапуск насосного агрегата №6 при tОТК=4,5 сек.
Высоковольтные линии электропередачи насосных станций Аму-Занг и электродвигатели эксплуатируются в сложных климатических условиях. В течение поливного сезона наблюдаются погашения напряжения сети и кратковременное понижение напряжения сети. Это приводит к отключению всех насосных установок насосных станций.
Насосная станция первого подъема оборудована горизонтальными центробежными насосами типа 24НДС с обточенным диаметром рабочего колеса ДРК=375 мм. В качестве приводного двигателя использованы трехфазные асинхронные двигатели типа ДАЗО.
Насосная станция первой очереди состоит из 16 насосов типа 24НДС с диаметром рабочего колеса 875 мм и асинхронных двигателей типа ДАЗО -15-59-10 в том же количестве.
Насосная станция второй очереди состоит из аналогичных насосов (24НДС сДРК=375 мм) в том же количестве 16 штук, но в качестве электропривода использованы электродвигатели типа ДАЗО-15-69-10. Все эти двигатели насосных станций получают питание от одной подстанции. Эти двигатели получают питание от трансформатора №1 типа ТДТН-2500/110/6/6.
Сняты экспериментальные осциллограммы процесса самозапуска в натурных условиях на насосной станции Аму-Занг1ой подъема IIго очереди. Были осциллографированы процессы самозапуска одной насосной установки №11 при различных значениях выдержки времени, которая менялась от 1,5-3 секунд. Были записаны скорость вращения насоса, ток статора I, время выбега и время самозапуска. Результаты осциллограммы натурного исследования приводятся на рис. 1. и рис. 3. Из осциллограммы видно, что кратность пускового тока и продолжительность самозапуска растут с увеличением времени погашения.
Увеличение времени выдержки приводит к увеличению кратности пускового тока и длительности пуска. Результаты натурного исследования показывают, что минимальный пусковой ток будет при уменьшении времени погашения 1,5 - 2 секунды. Чем кратковременней перерыв питания, тем меньше двигатели успевают затормозиться, тем меньше их пусковые токи и больше начальное напряжение на шинах после включения резервного питания и, следовательно, тем быстрее самозапуск двигателей.
Материалы статьи и рекомендации, выраженные в ней, могут быть основанием для инновационных проектов, посвященных повышению эксплуатационных надежностей и энергетической эффективности электродвигателей приводов насосных установок
Рис. 3. Самозапуск при tno=2,2 с. Список литературы /References
1. Курбангалиев У.К. Самозапуск двигателей собственных нужд электростанций. М.: Энергоиздат, 1982. 56 с.
2. Носов К.Б., Дворок Н.М. Способы и средства самозапуска электродвигателей. М.: Энергоатомиздат, 1992. 144 с.
3. Хашимов А.А., Абидов К.Г. Энергоэффективные способы самозапуска электроприводов насосных станций (монография). Ташкент: «Фан ва технология», 2012. 176 с.
