Станция управления с чрп и авто адаптацией

Продукция / Низковольтные комплектные устройства АВОГ-ЧРП

НКУ АВОГ-ЧРП (САУ АВО с ЧРП) производства НПО «Газтехномаш» предназначены для индивидуального регулирования частоты тока и напряжения питания электродвигателей вентиляторов установок воздушного охлаждения газа (УОГ). НКУ АВОГ-ЧРП обеспечивают изменение скорости вращения электродвигателей для изменения производительности вентиляторов УОГ. НКУ АВОГ-ЧРП поддерживают с высокой точностью в автоматическом режиме заданную температуру газа на выходе УОГ, с обратной связью по величине токового сигнала, поступающего с датчиков температуры газа (термопреобразователи с токовым выходом), установленных в выходном коллекторе УОГ и на выходе каждого аппарата. НКУ АВОГ-ЧРП могут эксплуатироваться в составе установок воздушного охлаждения газа линейных компрессорных станций магистральных газопроводов, дожимных компрессорных станций, станций охлаждения газа.

Преимущества применения САУ АВО с ЧРП

Таблица базовых конфигураций НКУ АВОГ-ЧРП

Интеллектуальные НКУ АВОГ-ЧРП блочно-модульной конструкции

Интеллектуальные НКУ АВОГ-ЧРП (САУ АВО) блочно-модульной конструкции предназначены для регулирования частоты тока и напряжения питания электродвигателей АВО газа типа «Айсберг», АВГ-85МГ, АВГ-МГ или аналогичных аппаратов, оснащенных шестью электродвигателями единичной мощностью от 6 до 13 кВт. Особенностью конструкции интеллектуальных НКУ является отстутствие в составе САУ специализированного шкафа автоматики с контроллером, его роль выполняют встроенные в силовые шкафы НКУ контроллеры. При этом не только сохраняется возможность работы системы в режимах: автоматический, полуавтоматический, дистанционный, местный, но и имеется возможность реализации как полноценного группового (один частотный преобразователь полной мощности на три двигателя), так и комбинированного (один частотный преобразователь единичной или двойной мощности на три двигателя) управления. Применение полноценного группового регулирования обеспечивает максимальный экономический эффект, получаемый от экономии электроэнергии на привод вентиляторов АВО при некотором повышении стоимости оборудования. Комбинированная система позволяет добиться ощутимого экономического эффекта при значительном снижении капитальных затрат на внедрение (при сохранении всех положительных качеств ЧРП).

Надежность работы интеллектуальных НКУ значительно повышена за счет применения технических решений, обеспечивающих надежный пуск и работу двигателей даже в случае отказа преобразователя частоты, контроллера или управляющих цепей. Кроме того, алгоритм регулирования заложен в контроллеры каждого силового шкафа, что кратно повышает устойчивость системы к помехам и обрывам линий связи между элементами системы.

Интеллектуальные НКУ АВОГ-ЧРП предназначены для интеграции в САУ КЦ вышестоящего уровня по стандартным протоколам. Одним из возможных применений интеллектуальных НКУ АВОГ-ЧРП является комплектация ими модульных ГПА.

Интеллектуальные НКУ АВОГ-ЧРП состоят из:

НКУ АВОГ-ЧРП с индивидуальным регулированием

НКУ АВОГ-ЧРП (САУ АВО) с индивидуальным регулированием предназначены для регулирования частоты тока и напряжения питания электродвигателей АВО газа типа 2АВГ-75 и аналогичных аппаратов импортного производства.

Особенностью и основным достоинством идивидуального регулирования (каждый электродвигатель УОГ управляется отделным частотным регулятором) является высокая надежность системы, обуславливаемая минимальным количеством силовой коммутационной аппаратуры и возможностью максимального использования диагностических функций преобразователя частоты.

Управление регуляторами частоты в режимах: автоматический, полуавтоматический, ручной осуществляется по командам контроллера, устанавливаемого в шкафу управления (ШУ). Диспетчерское управление системой АВОГ-ЧРП осуществляется с помощью АРМ оператора, входящего в комплект поставки, или по командам САУ вышестоящего уровня (интеграция с САУ верхнего уровня происходит по согласованному стандартному протоколу обмена данными).

НКУ АВОГ-ЧРП с индивидуальным регулированием состоят из:

Система АВОГ-ЧРП защищена патентом на изобретение №2330993 от 21.03.2006 г. «Система управления аппаратами воздушного охлаждения», патентом на изобретение №2397372 от 13.08.2009 г. «Система управления аппаратами воздушного охлаждения газа», прошла приемочные испытания и имеет свидетельство об оценке соответствия энергетического оборудования Федеральным нормам промышленной безопасности и условиям эксплуатации на объектах ОАО «Газпром».

Источник

Шкаф управления с частотно-регулируемым приводом ШУ-ЧРП для аппаратов воздушного охлаждения.

Шкаф управления с частотно-регулируемым приводом ШУ-ЧРП для аппаратов воздушного охлаждения (АВО).

Окружающая среда должна быть взрывобезопасной, не насыщенной токопроводящей пылью, не содержащей агрессивных газов и паров в концентрациях, которые могут вызвать разрушение металлов, лакокрасочных покрытий и электроизоляционных материалов.

В качестве металлокорпуса ШУ-ЧРП применен линейный распределительный шкаф. На дверце расположены: сигнальная арматура, пульт управления преобразователя частоты.

Использование ШУ-ЧРП:

В ШУ-ЧРП установлен преобразователь частоты (ПЧ) с входными и выходными дросселями переменного тока и фильтрами высокочастотных помех. Подача команд управления (ПУСК, СТОП) – дискретные сигналы и задание частоты вращения аналоговым сигналом 4-20мА на который осуществляется с клемм. Управление преобразователем частоты и его мониторинг, осуществляется по интерфейсу RS-485 Modbus RTU (протокол по требованию).

Для запуска ЭД необходимо подать сигнал «ПУСК» на клеммы ШУ-ЧРП согласно приложения А, индицирует сигнальная лампа HL7 «РАБОТА». Останов ЭД производится подачей сигнала «СТОП», лампа HL2 индицирует, лампа HL7 гаснет. О возникновении неисправности сигнализирует лампа HL3 «АВАРИЯ». При аварии переход работы байпас ЭД, индицируется лампа HL8 «РАБОТА БАЙПАС».

Монтажный чертеж

Габаритный чертеж

Периодичность и виды ТО ШУ-ЧРП.

Источник

Станция управления с чрп и авто адаптацией

Станция управления с частотным регулированием и высокой степенью защиты IP54 нового поколения REDAStar SCD для УЭЦН

Возможно переоборудование станции под нужны заказчика, что позволяет использовать ее для управления любыми электрическими двигателями насосов (ГНС), вентиляторов и конвейеров

Области применения станции управления:

управление погружными центробежными насосами (УЭЦН), горизонтальными насосными системами (ГНС) и другими приводами для наружных установок (вне помещений). Таким образом, с помощью этой станции может быть реализовано управления любыми насосами, вентиляторами.

управление конвейерами при работе на открытом воздухе (это могут быть конвейеры для погрузки зерна на баржу, конвейеры для добычи полезных ископаемых) и другим технологическим оборудованием.

Преимущества:

Высокая энергоэффективность благодаря использованию частотного преобразователя.

Минимизация совокупных затрат в течение жизненного цикла за счет конструктивных решений и качества комплектующих.

Герметичный шкаф управления с высокоэффективным двухконтурным воздушным теплообменником.

Простота ремонта и cервисного обслуживания за счет модульной конструкции инвертора.

Высокий коэффициент мощности.

Станция управления с частотным регулированием (ЧР) REDAStar SCD соответствует требованиям российских нефтедобывающих компаний, стандартам безопасности Schlumberger и стандартам качества Toshiba.
Производится на сборочном производстве завода АО «СПИК СЗМА» по лицензии Toshiba International Corporation. Возможности на этом не ограничиваются, допускается применении станции для любой добывающей отрасли, где требуется транспортировка минералов и полезных ископаемых с помощью конвейеров. Если рассматривать другие сферы, то можно установить станцию на морские и речные судопогрузочные машины для зерна, минеральных удобрений, гравия и других сыпучих материалов. Благодаря высокой степени защиты REDAStar SCD, управление транспортировкой продуктов может быть реализовано без сооружения специального помещения для обеспечения климатических условий работы электрического оборудования.

Везде, где есть электрические двигатели можно получить выгоду от снижения энергопотребления и улучшение управления за счет применения частотного регулирования. REDAStar SCD содержит в себе преобразователь частоты и контроллер для управления технологическими процессами. Наша компания может выполнить необходимые изменения в программном обеспечении контроллера под нужды заказчика.

Работоспособность в экстремальных условиях

Нормальное функционирование обеспечивается за счет:

Двухконтурного теплообменника, который в сочетании с эффективным уплотнением дверей обеспечивает идеальную защиту внутреннего электрооборудования от воздействия дождя, пыли, снега, насекомых и т.д.;

Вертикальной прямоточной системы наружного охлаждения радиаторов силовых транзисторов;

Системы мягкого, бесстрессового объемного разогрева шкафа при низких температурах;

Схемных решений, обеспечивающих устойчивую работу станции управления при длительных отклонениях напряжения сети ±25% и безостановочную работу при просадках сети до –50% в течение 2 минут, поддержание работы системы управления станции при полном отсутствии входного напряжения до 2 секунд с последующим автоматическим подхватом на частоте вращения насоса при восстановлении сетевого напряжения.

Для защиты электрического оборудования от грозы применяются специальные защитные устройства. Этим обеспечивается длительный срок эксплуатации без обслуживания станции и экономия на техническом персонале;

Фильтры подавления гаромник

Высокоэффективный внешний входной фильтр обеспечивает подавление всего спектра гармоник от СУ, снижает потери от циркуляции реактивных токов и токов высших гармоник в питающем трансформаторе, генерируемых СУ и другими подключенными к трансформатору нелинейными нагрузками.

Специально разработан для работы в сетях с фоновыми гармониками по напряжению от других нелинейных нагрузок до 15%. Эффективно работает с автономными генераторами.

Собственные потери привода минимизированы за счет оптимальной схемотехники и комплектации. Поставляется опционально.

Внешний выходной синусный фильтр SineWave (SWF) минимизирует потери от пульсаций выходного тока и напряжений привода, исключает явление резонанса с внешними элементами сети, обеспечивает эффективное использование выходных трансформатора, кабеля и электродвигателя. Выходная синусоида имеет правильную форму, уменьшая тем самым градиент напряжения и увеличивая срок службы двигателя, кабелей и других компонентов системы. Поставляется опционально.

Наша компания разработала станцию управления с частотным преобразователем и (18-пульсным выпрямителем). Внутри нее уже установлен выходной синусный фильтр, а функцию входного фильтра выполняет 18-пульсный выпрямитель со специальным распределительным трансформатором. Это решение гораздо выгоднее в ценовом плане по сравнению с покупкой по отдельности станции управления, входного фильтра и выходного синусного фильтра.

Характеристики и функции

Универсальный надежный промышленный контроллер является единым интерфейсом пользователя для управления работой насосного оборудования, контроля за работой скважины и сбора данных.

Отличительные особенности контроллера:

Основные функции привода:

Функции защиты

Дополнительные опции

Контролируемые параметры

Базой для производства являются высокоинтеллектуальные частотные преобразователи G7 фирмы Toshiba, изготовленные на ее заводе в Хьюстоне.

Основные характеристики станции управления с частотным преобразователем

1) Мы можем предложить интересующие вас варианты изменения выходной мощности и току, с любыми вариантами корпусов. Обращайтесь

Входной фильтр подавления гармоник RAUHF

Выходной синусный фильтр SWF

Подробные технические характеристики

Источник

Что такое частотно-регулируемый привод?

Частотно-регулируемый привод (частотно-управляемый привод, ЧУП, Variable requency Drive, VFD) — система управления частотой вращения ротора асинхронного (синхронного) электродвигателя. Состоит из собственно электродвигателя и частотного преобразователя.

Преобразователь частоты (частотный преобразователь) — это устройство состоящее из выпрямителя (моста постоянного тока), преобразующего переменный ток промышленной частоты в постоянный и инвертора (преобразователя) (иногда с ШИМ), преобразующего постоянный ток в переменный требуемых частоты и амплитуды. Выходные тиристоры (GTO) или IGBT обеспечивают необходимый ток для питания электродвигателя. Для исключения перегрузки преобразователя при большой длине фидера между преобразователем и фидером ставят дроссели, а для уменьшения электромагнитных помех — EMC-фильтр. При скалярном управлении формируются гармонические токи фаз двигателя. Векторное управление — метод управления синхронными и асинхронными двигателями, не только формирующим гармонические токи (напряжения) фаз, но и обеспечивающим управление магнитным потоком ротора (моментом на валу двигателя).

Применение частотного привода

Преобразователи частоты применяются в:

Наибольший экономический эффект даёт применение ЧРП в системах вентиляции, кондиционирования и водоснабжения, где применение ЧРП стало фактически стандартом.

Преимущества применения ЧРП

Недостатки применения частотного привода

Применение частотных преобразователей на насосных станциях

Классический метод управления подачей насосных установок предполагает дросселирование напорных линий и регулирование количества работающих агрегатов по какому-либо техническому параметру (например, давлению в трубопроводе). Насосные агрегаты в этом случае выбираются исходя из неких расчётных характеристик (как правило, с запасом по производительности) и постоянно функционируют с постоянной частотой вращения, без учета изменяющихся расходов, вызванных переменным водопотреблением. При минимальном расходе насосы продолжают работу с постоянной частотой вращения, создавая избыточное давление в сети (причина аварий), при этом бесполезно расходуется значительное количество электроэнергии. Так, к примеру, происходит в ночное время суток, когда потребление воды резко падает. Основной эффект достигается не за счет экономии электроэнергии, а благодаря существенному уменьшению расходов на ремонт водопроводных сетей.

Появление регулируемого электропривода позволило поддерживать постоянное давление непосредственно у потребителя. Широкое применение в мировой практике получил частотно регулируемый электропривод с асинхронным электродвигателем общепромышленного назначения. В результате адаптации общепромышленных асинхронных двигателей к их условиям эксплуатации в управляемых электроприводах создаются специальные регулируемые асинхронные двигатели с более высокими энергетическими и массогабаритностоимостными показателями по сравнению с неадаптированными. Частотное регулирование скорости вращения вала асинхронного двигателя осуществляется с помощью электронного устройства, которое принято называть частотным преобразователем. Вышеуказанный эффект достигается путём изменения частоты и амплитуды трёхфазного напряжения, поступающего на электродвигатель. Таким образом, меняя параметры питающего напряжения (частотное управление), можно делать скорость вращения двигателя как ниже, так и выше номинальной. Во второй зоне (частота выше номинальной) максимальный момент на валу обратно пропорционален скорости вращения.

Метод преобразования частоты основывается на следующем принципе. Как правило, частота промышленной сети составляет 50 Гц. Для примера возьмём насос с двухполюсным электродвигателем. С учетом скольжения скорость вращения двигателя составляет около 2800 (зависит от мощности) оборотов в минуту и даёт на выходе насосного агрегата номинальный напор и производительность (так как это его номинальные параметры, согласно паспорту). Если с помощью частотного преобразователя понизить частоту и амплитуду подаваемого на него переменного напряжения, то соответственно понизятся скорость вращения двигателя, и, следовательно, изменится производительность насосного агрегата. Информация о давлении в сети поступает в блок частотного преобразователя от специального датчика давления, установленного у потребителя, на основании этих данных преобразователь соответствующим образом меняет частоту, подаваемую на двигатель.

Современный преобразователь частоты имеет компактное исполнение, пыле и влагозащищённый корпус, удобный интерфейс, что позволяет применять его в самых сложных условиях и проблемных средах. Диапазон мощности весьма широк и составляет от 0,18 до 630 кВт и более при стандартном питании 220/380 В и 50-60 Гц. Практика показывает, что применение частотных преобразователей на насосных станциях позволяет:

По имеющимся данным срок окупаемости проекта по внедрению преобразователей частоты составляет от 3 месяцев до 2 лет.

Потери мощности при торможении электродвигателя

Во многих установках на регулируемый электропривод возлагаются задачи не только плавного регулирования момента и скорости вращения электродвигателя, но и задачи замедления и торможения элементов установки. Классическим решением такой задачи является система привода с асинхронным двигателем с преобразователем частоты, оснащённым тормозным переключателем с тормозным резистором.

При этом в режиме замедления/торможения электродвигатель работает как генератор, преобразуя механическую энергию в электрическую, которая в итоге рассеивается на тормозном резисторе. Типичными установками, в которых циклы разгона чередуются с циклами замедления являются тяговый привод электротранспорта, подъёмники, лифты, центрифуги, намоточные машины и т. п. Функция электрического торможения вначале появилась на приводе постоянного тока (например, троллейбус). В конце ХХ века появились преобразователи частоты со встроенным рекуператором, которые позволяют возвращать энергию, полученную от двигателя, работающего в режиме торможения, обратно в сеть. В этом случае, установка начинает «приносить деньги» фактически сразу после ввода в эксплуатацию.

Принцип работы частотного преобразователя

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Источник

Основные аспекты внедрения частотно-регулируемого электропривода на насосные станции водоснабжения

Вопросы энергосбережения, улучшения показателей качества технологических процессов в последние годы весьма актуальны и требуют грамотных научно-технических решений. В существующих условиях доля электрической энергии потребляемой электродвигателями достигает 70% от затрат на доставку воды потребителям. Внедрение ЧРП на насосные станции позволит существенно снизить потребляемую электроприводом электроэнергию. Также следует отметить технико-экономические показатели ЧРП, такие как: плавный пуск насосов (отсутствие гидравлических ударов в трубопроводе, снижение напора), высокая надежность работы насосных агрегатов, автоматизация и диспетчерское управление, полная электрическая защита электродвигателя, и т.д., что в отдельных случаях имеет особое значение по отношению к прямой экономии. Частотно-регулируемый электропривод позволяет оптимизировать характеристики трубопроводной сети (давление, расход или температура) в соответствие с текущими требованиями, экономию тепла в системах горячего водоснабжения за счет снижения потерь и постоянной циркуляции воды, продлить ресурс теплофикационного и электротехнического оборудования, уменьшить затраты на ремонтные работы.

Вышеназванные задачи имеют технический, организационный и финансовый характер, от их решения зависит качество проектирования, монтажа, наладки и эксплуатации ЧРП. Внедрение частотно-регулируемого привода на насосных станциях условно можно разбить на несколько этапов и подразделов, в каждом из них есть свои особенности и очередность. Рассмотрим основные аспекты внедрения ЧРП, выделяя критерии технической и экономической целесообразности. На рис.1 приведена последовательные шаги по внедрению частотно-регулируемого привода на объектах водоснабжения.

Рис.1. Аспекты внедрения ЧРП на объектах водоснабжения.

Техническое обследование трубопроводной сети

Подавляющее большинство водоснабжающих насосных станций было спроектировано с использованием принципа дросселирования водного потока, который основан на управлении производительности насосного агрегата с помощью запорной арматуры. Этот способ экономически невыгоден, хотя и довольно удобен с точки зрения эксплуатации. Для технико-экономического обоснования внедрения ЧРП необходимо провести обследование трубопроводной сети с целью выявления фактических энергозатрат при работе насосных агрегатов (рис.2). Часто на стациях установлены насосы с характеристиками, превышающими текущие потребности водоснабжения. Этот запас, зарезервированный на возможное расширение трубопроводной сети, гасится посредством задвижек. Переменный характер расхода или давления в трубопроводе также косвенно указывает на необходимость регулирования производительности насоса.

В связи с этим, при наблюдении за работой сети водоснабжения необходимо учесть ряд факторов возникающих при использовании этого метода:

• количество энергии, теряемое на задвижке
• потребление электроэнергии при работы электродвигателя
• качественное и своевременное измерение рабочих характеристик насоса.

Началом проектирования систем автоматизации и управления насосных станций является определение потребности, временного интервала, а также диапазона регулирования характеристик трубопровода (расход Q, давление Р, температуры T). С этой целью проводят исследование и наблюдение (технический мониторинг) трубопроводной сети: выполняют замеры давления, расхода, в тепловых сетях — температуры. Для получения полноценной картины работы трубопровода замеры рекомендуется выполнять через определенные интервалы в течение заданного промежутка времени, учитывая неравномерный характер пиковых значений водозабора потребителей; также следует измерять активную мощность электродвигателя в те же интервалы времени. Для удобства анализа данных, результаты замеров следует заносить в табличной форме, пример такой таблицы приведен ниже. Согласно замерам впоследствии несложно построить графики изменения давления, производительности насосе, мощности двигателя; рассчитать потери мощности на запорной арматуре и электродвигателе при дроссельном регулировании.

Рис.2. Функциональная схема работы насосной станции без ЧРП.

Разработка технического задания

Следующим этапом проектирования насосных станций должна стать разработка технического задания (ТЗ), включающего в себя технические характеристики частотно-регулируемого привода, показатели качества регулирования, технико-экономические требования, обоснованный выбор оборудования, степень автоматизации и диспетчеризации, влияние ЧРП на электрическую сеть, подготовка нормативно-технической документации и т.д. Основой для разработки ТЗ являются результаты анализа технического обследования трубопроводной сети и насосного парка станции, технических требований и экономических возможностей эксплуатирующей организации.

Выбор комбинации насосов и способа регулирования в зависимости от характеристики объекта определяет индивидуальный расчёт текущей рабочей точки и, соответственно, текущее энергопотребление по каждому насосу и характеристики насосной станции в целом. В подавляющем большинстве на насосных станциях реализован следующий принцип работы насосных агрегатов: один (два) в работе, второй (третий) — в резерве, третий (четвертый) — в ремонте. Для таких вариантов работы насосного оборудования как нельзя лучше подходят станции группового управления частотным электроприводом (СГУ-ЧЭ), работающие в автоматическом режиме. В таких станциях используется один преобразователь частоты для группы насосных агрегатов; регулирование производительности насоса происходит на одном насосе, в случае увеличения водоразбора подключаются резервные насосы (каскадное регулирование давления и расхода). Благодаря преобразователю частоты (ПЧ) происходит плавный пуск насосов, в трубопроводе отсутствуют гидравлические удары, а в сети электроснабжения большие пусковые токи; логический контроллер, входящий в состав СГУ-ЧЭ, позволяет выполнять выдачу управляющих воздействий на объекты станции, а панель управления и сигнализации (видеотерминал) обеспечивает ручное управление и контроль над насосной станцией, визуальный контроль нормальных и аварийных режимов работы станции. Использование ПЧ и контроллера позволяет реализовать необходимые алгоритмы автоматизации и сопряжение СГУ-ЧЭ с информационно-управляющими SCADA-системами предприятия.

По требованиям ТЗ разрабатываются структурные, функциональные и принципиальные электрические схемы; составляется и отрабатывается модель системы управления и регулирования ЧРП, подготавливается нормативная и техническая документация.

Электроснабжение станции управления ЧРП

При проектировании СГУ-ЧЭ также нужно учитывать необходимость изменения схемы электроснабжения насосной станции для обеспечения надежности питания оборудования. Использование двух независимых питающих линий с устройством автоматического включения резерва (АВР) позволит снизить вероятность полного отключения электрооборудования станции (ПУЭ 1.2.17). Также на базе устройства АВР реализуются защиты от токов короткого замыкания и перегрузок, от повышения/понижения напряжения, небаланса фаз и неправильного чередования фаз.

Мощность питающих трансформаторов должна обеспечивать отклонение напряжения от номинального на величину не более ± 10% и компенсировать воздействие гармонических токов. Схожие требования относятся и к локальным источникам мощности — автономным электростанциям. Полная мощность питающего дизель-генератора должна перекрывать 5 раз мощность преобразователя частоты [1].

В связи с тем, что электрическая сеть подвержена различным негативным функциональным изменениям (отклонения, колебания, несимметрия напряжений), для работы логического контроллера необходимо предусмотреть наличие электронного стабилизатора напряжения либо источника бесперебойного питания (UРS). Ошибочная выдача управляющих сигналов вследствие колебаний напряжения может привести к серьезной аварии на трубопроводе или недотпуску воды потребителям. Управление преобразователем частоты, электродвигателями, коммутационными аппаратами, запорной арматурой должно быть независимо от качества питающей сети и по возможности должно иметь резервный источник питания. На рис.3 приведена совмещенная схема электроснабжения насосной станции, которая отражает типовое построение станции группового управления электродвигателями на базе преобразователя частоты и логического контроллера.

Рис.3 Совмещенная схема электроснабжения насосной станции.

Уровень автоматизации и диспетчерское управление ЧРП зависят от реальных требований технологического процесса, удаленности объекта, наличия и количества обслуживающего персонала, финансовых возможностей заказчика и др. При определении объема автоматизации сооружений водоснабжения учтены производительность, режим работы, степень ответственности, требования к надежности, перспектива сокращения численности обслуживающего персонала, улучшение условий труда работающих, а также снижение потребления электроэнергии, расхода воды и реагентов [2].

Потенциальные решения автоматического управления предусматривают работу СГУ-ЧЭ по заданным алгоритмам регулирования в автоматическом режиме, с возможностью дистанционного управления и контроля над работой комплекса водоснабжения. Эти задачи осуществляются с помощью каналов связи между СГУ-ЧЭ и диспетчерским пунктом, с отображением насосной станции и трубопроводов в виде мнемосхемы на панели или программы управления (ПУ) на ПЭВМ диспетчера, контролирующего и управляющего объекты водоснабжения в режиме реального времени. На ПУ должна быть предусмотрена индикация всех режимов работы (автоматический, ручной, аварийный) СГУ-ЧЭ и параметров технологического процесса, а также сигнализация по элек-тропитанию.

Неотъемлемой частью автоматического управления СГУ-ЧЭ является использование алгоритмов «выживания». Работа таких алгоритмов должна не допускать выход из строя электрических машин, датчиков, электропривода задвижек, трубопроводов, котлов, накопительных емкостей, и другого оборудования. Существует множество вариантов алгоритмов спасения функций электротехнического и технологического оборудования объектов водоснабжения и, несомненно, их обязательно следует учитывать при проектировании систем автоматического управления ЧРП. В качестве примера таких алгоритмов можно предложить следующие решения:

• предохранение запорной арматуры от заклинивания;
• исключение снижения уровня воды в накопительных резервуарах;
• отключение насосных агрегатов при прорывах или закупорки трубопроводов, а также предотвращение «сухого хода»;
• защита от затопления, пожара оборудования или критического снижения температуры на объекте;
• защита от отклонений показателей качества электроэнергии;
• автоматическая защита от обрыва каналов связи с датчиками;
• автоматический перепуск двигателей через заданные интервалы времени;
• защита от перегрева преобразователя частоты и электродвигателя.

Для систем водоснабжения, сооружения которых территориально разобщены, следует предусматривать диспетчерское управление, выполняющее:

• оперативное управление и контроль технологического процесса и оборудования; • поддержание необходимых режимов работы СГУ-ЧЭ и оптимизацию технологических параметров; • своевременное обнаружение, локализацию и устранение аварий.

Оценка влияния ЧРП на качество электроэнергии

Исследования и опыт эксплуатации показывают, что частотно-регулируемые асинхронные электроприводы вносят ряд особенностей при построении схем электроснабжения и оказывают влияние на протекание электромагнитных и электромеханических процессов в установившихся и динамических режимах работы энергосети. Преобразователи частоты представляют собой установки, содержащие устройства силовой электроники с нелинейными вольтамперными характеристиками. Процессы высокочастотной коммутации IGBT-транзисторов, сопровождаются скачкообразным изменением параметров цепей, приводят к искажениям форм напряжения и тока, как в сети электроснабжения, так и в электродвигателях. Искажения сопровождаются генерированием высших гармоник, перенапряжениями на статоре двигателя и в кабельных линиях (рис.4).

Рис.4. Осциллограммы токов (выход ПЧ) и графики амплитудных спектров напряжений (ввод ПЧ).

Наличие высших гармонических составляющих приводит к перегреву оборудования распределенной сети электропитания, снижению cos ф, снижению электрического и механического КПД, ухудшению характеристик защитных автоматов и завышению требуемой мощности автономных энергетических установок. Несинусоидальность напряжения и тока вызывает в трансформаторах увеличение потерь мощности; сокращается срок службы изоляции электрооборудования. Оптимальным решением по устранению влияния ПЧ на качество электроэнергии является использование пассивных фильтров для сглаживания высших гармоник напряжения и тока. В этой связи, при проектировании СГУ-ЧЭ необходимо детально рассчитать и заложить фильтрующие устройства на входе и выходе с ПЧ.

Выбор основного оборудования для ЧРП

Согласно [1] и ГОСТ Р 51137-98 (Электроприводы регулируемые асинхронные для объектов энергетики) производится выбор главного компонента СГУ-ЧЭ — преобразователя частоты. Также настоятельно рекомендуются для изучения и применения международные и национальные стандарты стран, регламентирующие применение ЧРП: EN (Европейские нормы), IEC (Международный электротехнический стандарт) IEEE (Институт инженеров электриков и электронщиков США) и др.

Электродвигатели для ЧРП. В настоящее время является неоспоримым тот факт, что преобразователи частоты с широтно-импульсной модуляцией оказывают негативное воздействие на работу подключаемых асинхронных электродвигателей (АД). Высокочастотная коммутация в ПЧ генерирует высшие гармоники амплитуд напряжения и тока, вызывает волновые переходные процессы и импульсные перенапряжения в системе ПЧ-двигатель, обусловливает появление подшипниковых токов в двигателе. Также по некоторым оценкам, использование обычных серийных АД в частотном приводе приводит к снижению КПД и требует завышения их установленной мощности на 15-20% при работе в динамических режимах.

Минимизировать, а в отдельных случаях вообще исключить, возникновения вышеназванных явлений должно использование специальных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором нового поколения. Также, нельзя не учесть технические аспекты проектирования электродвигателя работающих в частотно-регулируемом приводе: форма пазов ротора, число пар полюсов, номинальное напряжение и охлаждения [3] (рис.5).

Рис.5. Асинхронный электродвигатель для частотно-регулируемого привода.

Электродвигатели нового поколения должны обладать:

• Усиленной изоляцией обмоток статора (особенно начальных витков) для защиты от перенапряжений и высших гармонических составляющих тока.
• Встроенными датчиками температуры и независимыми автономными вентиляторами для обеспечения необходимого охлаждения двигателя в режиме регулирования.
• Подшипниками с изолированным внутренним или наружным кольцом, имеющие диэлектрическое покрытие ролики с целью исключения возникновения подшипниковых токов увеличивающих износ подшипников. Также должны соответствовать требованиям работы двигателя в зоне различных скоростей смазка подшипников и балансировка ротора.
• Пониженной глубиной пазов ротора вследствие плавного частотного пуска электродвигателя. Другими словами, задача обеспечения определенной кратности пускового и максимального момента при проектировании ЧРП не должна учитываться.
• Нестандартным номинальным напряжением основной гармоники. Величина напряжения должна выбираться из конкретных задач по регулированию скорости приводного механиз-ма.
• Число пар полюсов должно оптимально соответствовать требуемому диапазону регулирования частоты, стоимости асинхронного двигателя и потребляемой им энергии.

Де-факто, проблемы использования стандартных АД для ЧРП в условиях водоснабжающих комплексов обстоят несколько иным образом. На объектах водоснабжения на данный момент практически все установленные электродвигатели — стандартного исполнения, и вполне успешно работают в составе частотно-регулируемого привода. Безусловно, они не предназначены для работы с ПЧ, однако, серьезных нарушений в их работоспособности не было обнаружено. Имеют место такие факторы как незначительное снижение сопротивления изоляции и нагрев статора АД, что не является серьезными проблемами. Следует отметить, что в России относительно небольшой опыт эксплуатации ЧРП, и проблемы применения типовых АД в настоящее время продолжают изучаться и анализироваться.

Выбор вспомогательного оборудования для ЧРП

По итогам проектных расчетов и анализа смоделированных схем управления СГУ-ЧЭ выбирается логический контроллер с ПИД-регулятором для выработки сигналов управляющего воздействия, устройства для борьбы с нарушениями в энергосети (фильтры входного напряжения, радиопомех, электромагнитного излучения, R-L-С фильтр), датчики технологических параметров (датчики давления, расходомеры, уровнемеры), панель местного управления ЧРП с управляющей и сигнальной арматурой.

К вспомогательному оборудованию частотно-регулируемого электропривода относятся коммутационная и релейная аппаратура, измерительные приборы, преобразователи сигналов, блоки питания, сигнальная арматура, кабельная продукция, приточная и вытяжная вентиляция, дистанционный пульт управления ПЧ и т.д. Их подбор производится в соответствии с техническими правилами на эти устройства. Правильный выбор основного и вспомогательного электрооборудования, соответствующего внешним воздействиям (окружающая температура, атмосферная влажность и др.), является необходимым не только для правильного функционирования, но также для обеспечения надежности защитных мер.

В настоящее время существуют комплектные СГУ-ЧЭ, внедрение которых будет максимально обеспечивать требования по оптимизации технологических параметров трубопровода. Условия проектирования комплектных ЧРП представляют собой производство мероприятий полной замены всех главных элементов насосных станций: исполнительного механизма (насоса), приводной машины (электродвигателя), запорной арматуры и трубопроводной обвязки. В этом случае насос и АД представляют собой одно целое — рабочее колесо расположено непосредственно на валу двигателя — полумуфты отсутствуют, насос и АД на одной раме, отпадает необходимость в операциях по центровке, снижена вибрация (рис.6). Рабочее колесо изготовлено по измененной технологии, учитывающей особый характер производительности и напора насосного агрегата. Также модифицирована электроприводная электрическая машина: усилена изоляция обмоток статора, используются подшипники с изолированным внутренним кольцом, мощность электродвигателя точно подобрана под насосный агрегат и т.д.

Также известны другие варианты комплектных СГУ-ЧЭ — это интегрированные моноблоки (рис.7), совмещенные в одном габарите электродвигатель и преобразователь частоты с целью получения новых функций. Такое техническое решение позволяет осуществлять непосредственное управление двигателем по месту его работы, оперативную коррекцию параметров привода непосредственно на рабочем месте, сокращение количества и длины соединительных кабелей и т.д. Области применения таких блоков — универсальные электроприводы с повышенными динамическими свойствами, глубоким регулированием скорости вращения и возможностью контроля и регулирования момента.

Рис.6. Модификации насосных агрегатов для комплектных станций ЧРП.

Интегрированный моноблок — это совмещенные в одном габарите электродвигатель и пре-образователь частоты с целью получения новых функций:

• непосредственное управление двигателем по месту его работы;
• оперативная коррекция параметров привода непосредственно на рабочем месте;
• сокращение количества и длины соединительных кабелей;
• балансировка ротора на повышенную частоту вращения;
• улучшенные условия охлаждения блока управления;
• усиленная изоляция обмотки;
• специальные подшипники SKF;
• встроенные термодатчики;
• независимое принудительное охлаждение;
• датчик обратной связи (энкодер);
• независимость работы блока управления от различных помех в условиях производства.

Комплектная СГУ-ЧЭ включает в себя электроприводные задвижки и часть трубопроводной обвязки для обеспечения требуемой синхронизации и совместимости с насосными агрегатами и процессом регулирования выходных координат. К минусам комплектных СГУ-ЧЭ можно отнести относительные сложности по наладке и техническому обслуживанию, эти работы чаще всего проводят специалисты фирмы-изготовителя, однако это не должно быть препятствием при выборе таких станций — расходы на эти виды работ незначительно увеличивают срок окупаемости станции, и не столь существенны по сравнению с экономией энергоресурсов и продлению ресурса оборудования.

Рис.7. Интегрированный моноблок (преобразователь частоты совместно с электродвиагетлем).

Разработка нормативно-технической документации

Обучение и подготовка персонала

Обучение специалистов, занимающихся монтажом, наладкой и обслуживанием станций группового управления ЧРП включает в себя изучение:

• принципов построения, структурные, функциональные и электрические схемы силовой части преобразователя, подключение силовых цепей преобразователя;
• моделирование разомкнутых и замкнутых структур управления скоростью, регулирования момента АД, подключение управляющих и вспомогательных цепей преобразователя;
• программного обеспечение преобразователя, установки основных параметров АД, ПЧ, схем управления с помощью панели управления, диагностические функции;
• параметрирования режимов работы СГУ-ЧЭ;
• этапы пуска, наладки и технического обслуживания частотного электропривода.

Монтаж и наладка ЧРП

Монтажные и наладочные работы электрической части станции группового управления частотного электроприводом проводятся персоналом фирмы-изготовителя с организационным участием со стороны эксплуатации. Все электрооборудование должно быть смонтировано таким образом, чтобы облегчить его функционирование, осмотр и обслуживание, а также доступ к местам его присоединения. Особое внимание следует уделять проверке состояния изоляции электрических машин, правильности присоединения проводов по схеме, пригонке муфт и соединению агрегатов с центровкой валов, качеству контактных соединений, установке датчиков давления и расходомеров, качеству заземления, а также соответствию адресной маркировки на кабельной продукции и надписей на оборудовании проектным данным и реальным условиям.

Тестовый режим работы СГУ-ЧЭ

Завершающим этапом внедрения ЧРП на насосные станции является тестовый режим работы. Эти операции выполняет фирма-изготовитель совместно с электротехническим и теплотехническим персоналом эксплуатации. При тестировании проводятся диагностика монтажных работ, рабочие испытания оборудования, тестовые пуски электродвигателей в режиме регулирования, сравнение показаний счетчиков электрической энергии, установленных на питающих линиях станции с показаниями счетчика MW•h в преобразователе частоты.

Тестирование регулируемого режима должно осуществляться по «Программе испытаний и ввода в работу СГУ-ЧЭ» согласно местным условиям, в максимально вероятных изменениях технологических параметров. Программа должна включать в себя проверку автоматического и ручного управления насосными агрегатами, имитацию аварийных ситуаций, почасовые замеры потреб-ляемой электроэнергии, технологических параметров, измерение уровня радиопомех вырабатываемых ПЧ, симуляцию провалов напряжения на питающих вводах станции и питании логического контроллера, заклинивание запорной арматуры, ошибочные действия персонала, кратковременное отсутствие охлаждения ПЧ и АД, повышение температуры окружающей среды и т.д. Результаты тестового режим работы СГУ-ЧЭ должны быть проанализированы и обобщены; при необходимости вносятся коррективы в алгоритм управления, сигнализацию и системы учеты и контроля параметров станции.

Эксплуатация и техническое обслуживание ЧРП насосных станций

Эффективная работа частотно-регулируемого электропривода зависит не только от качества оборудования станции, но и от грамотной эксплуатации и своевременного технического обслуживания. Отдельные компоненты СГУ-ЧЭ являются достаточно сложными устройствами, в связи с этим обслуживающий персонал электро- и водоснабжения служб должен получить соответствующую компетенцию по работе со станцией группового управления частотного электроприводом, знать порядок действий при аварии, проводить профилактические работы по поддержанию оборудования в работоспособном состоянии.

Библиографический список

1. ВРД 39-1.10-052-2001. Методические указания по выбору и применению асинхронного частотно-регулируемого привода мощностью до 500 кВт. — М.: ОАО «Газпром» (Управление энергетики), 1999. — 48 с.
2. Пособие по проектированию автоматизации и диспетчеризации систем водоснабжения (к СНиП 2.04.02-84), 1992. — 32 с.
3. В.Я. Беспалов Перспективы создания отечественных электродвигателей нового поколения для частотно-регулируемого электропривода. Электрооборудование: эксплуатация и ре-монт. 3/2006.

Парфентьев Д. В., г. Ухта, ООО «Севергазпром».

Источник