19.02.2019
В 2018 году нам довелось выполнить модернизацию насосной станции КНС-23 в городе Нижний Тагил. В прилагаемом обзоре рассмотрены поставленные задачи, вариант решения и фотоотчёт полученных результатов.
Цели модернизации:
- Замена изношенного технологического оборудования: трёх насосных агрегатов (НА), установка пяти электрифицированных задвижек в напорных трубопроводах НА.
- Замена физически изношенного силового электрооборудования распределительного устройства 0,4 кВ для обеспечения надёжного функционирования КНС.
- Автоматическое включение, отключение и регулирование производительности насосных агрегатов КНС-23 с целью снижения эксплуатационных затрат, экономии электроэнергии.
- Увеличение срока службы насосного оборудования и трубопроводов за счет снижения ударных нагрузок и пусковых токов, вследствие питания электродвигателей от преобразователей частоты и осуществления плавного пуска, плавного останова и регулирования скорости вращения насосных агрегатов.
- Обеспечение плавного заполнения напорных трубопроводов и устранение гидроударов для снижения количества аварийных порывов.
- Повышение надежности работы насосной станции в целом.
- Наличие возможности точной настройки режима работы системы.
- Централизация управления и уменьшение времени на принятие оперативных решений.
- Снижение вероятности аварийных ситуаций.
- Оперативный контроль и возможность ретроспективного просмотра параметров технологического процесса, работающего электрооборудования, параметров электроснабжения.
Назначение внедряемого оборудования:
Автоматизированная система частотного регулирования электроприводов насосной станции КНС-23 (далее – СИСТЕМА) предназначена для автоматического управления насосными агрегатами (НА) с асинхронными электродвигателями и электрифицированными задвижками с целью поддержания требуемого режима работы гидравлической системы насосной станции.
СИСТЕМА обеспечивает автоматический режим работы по заранее заданному алгоритму. В автоматическом режиме СИСТЕМА осуществляет нормальный водоотвод, используя один из насосных агрегатов (НА1…НА5). При максимальном водопритоке СИСТЕМА автоматически вводит в работу насосный агрегат, указанный в качестве дополнительного НА.
Основные функции:
- контроль уровня стоков в приёмном резервуаре посредством аналогового и дискретных датчиков уровня;
- контроль температуры окружающего воздуха в помещении РУ-0,4 и снаружи здания;
- контроль параметров электроснабжения (действующие напряжения и токи по фазам) по фидерам 0,4 кВ комплектной трансформаторной подстанции (КТП) 10/0,4 кВ;
- контроль состояния (включено, отключено, аварийное отключение) коммутационных аппаратов (выключатели, разъединители, контакторы АВР) КТП;
- автоматическое ступенчатое поддержание заданного уровня в приёмном резервуаре КНС-23 при помощи включения/отключения насосных агрегатов НА1…НА5 по задаваемым уровням или по дискретным датчикам уровней;
- автоматическое поддержание заданного уровня при помощи насосов НА1, НА3, работающих от преобразователей частоты;
- поддержание заданной скорости вращения (заданной частоты напряжения подаваемого на электродвигатели) насосных агрегатов НА1, НА3 работающих от преобразователей частоты (ПЧ) – для ручного режима работы;
- отображение данных контроля технологических параметров и результатов оперативной диагностики компонентов СИСТЕМЫ на панели оператора, а также на удалённых устройствах контроля и управления;
- визуализация работы аналогового и дискретного датчиков уровня приёмного резервуара на панели оператора;
- визуализация работы НА (включен, отключен, авария, дополнительный), отображение параметров работы привода НА (ток по фазам, частота, активная мощность) на панели оператора;
- отображение электрических, технологических и вспомогательных параметров функционирования КНС-23 на панели оператора;
- световая, звуковая сигнализация о режимах работы и состояния оборудования, требующих внимания оператора и обслуживающего персонала.
Состав и функционирование СИСТЕМЫ
Электрическое оборудование СИСТЕМЫ:
- Шкаф управления насосами ШУН-5-2ПЧ-3-5Э3-Eth 1 шт.
- Пост контроля и управления ПКУ-4-1-RS-485 (НА1…НА5) 5 шт.
- Панель силовая ПС-ПЧ-160 (НА1, НА3) 2 шт.
- Панель силовая с блоком управления и защит (НА2, НА4, НА5) 3 шт.
- Аналоговый датчик уровня (3 м.в.ст., 4…20 мА) 1 шт.
- Дискретный датчик уровня (3 электрода) 1 комп.
- Датчики температуры окружающего воздуха 2 шт.
- Устройство светозвуковой сигнализации 2 шт.
Технологическое оборудование СИСТЕМЫ:
- Насосный агрегат СД 800/32 с электроприводом 160 кВт 3 шт.
- Насосный агрегат СД 800/32 (существующий, 160 кВт) 1 шт.
- Насосный агрегат СД 450/22,5 (существующий, 75 кВт) 1 шт.
- Задвижка стальная клиновая литая с электроприводом (Ду=250 мм) 4 шт.
- Задвижка стальная клиновая литая с электроприводом (Ду=200 мм) 1 шт.
Конструктивно СИСТЕМА представляет собой электрическое и технологическое оборудование и устройства, перечисленные выше, объединённые силовыми и контрольными кабельными связями, а также элементами трубопроводов и прочей арматуры, создающих технологическую структуру для отвода сточных вод в напорный трубопровод насосной станции.
Приводы насосных агрегатов НА1 и НА3 работают от индивидуальных преобразователей частоты (160 кВт, 380 В.) типа ПЧ-ТТПТ-315-380-50-04-УХЛ4-ЭИН производства ООО «Электротекс-ИН» г. Орёл. Характеристики преобразователей частоты «Электротекс-ИН» доступны по ссылке …». Данные преобразователи частоты имеют вход для подключения дополнительного источника питания электроники 220 В., 50 Гц, что позволяет при отключенном силовом автоматическом выключателе контролировать состояние ПЧ, дискретные входы/выходы, аналоговые входы/выходы и передавать информацию по интерфейсу RS485 на панель оператора НС. Таким образом, для каждого насосного агрегата формируется локальный контроллер, посредством которого собирается информация о готовности ПЧ, состоянии оборудования привода (состояние силового автоматического выключателя включен/отключен/аварийное отключение), назначенных режимах работы, величинах параметров аналоговых датчиков СИСТЕМЫ. Также данные преобразователи имеют высокие эксплуатационные характеристики, позволяющие надёжно работать электроприводу при неоднородности механических включений перекачиваемых стоков насосным агрегатом КНС.
На входе преобразователя частоты (ПЧ) применяется сетевой дроссель …». Основные цели, достигаемые при использовании сетевого дросселя:
- При близком расположении ПЧ к силовому трансформатору, мощность которого превышает в пять и более раз мощность установленного ПЧ применение сетевого дросселя обязательно. При этом сетевой дроссель выполняет защиту работающего ПЧ от резких изменений входного напряжения (резкая просадки/восстановление, резкий скачек уровня напряжения, грозовые перенапряжения), ограничивая ток через входной выпрямитель ПЧ.
- Существенное снижение уровня пульсаций тока, потребляемого приводом от сети электроснабжения 0,4 кВ.
- Снижение тепловой нагрузки и потерь в кабельных трассах и трансформаторе, питающих электропривод работающего НА.
- Высокий уровень электромагнитной совместимости ПЧ с сетью электроснабжения. Снижение влияния на электрооборудование и устройства (оборудование КИПиА), работающие от общей системы электроснабжения.
- Наличие сетевого дросселя «затягивает» процесс нарастания тока КЗ для надёжного отключения вводного автоматического выключателя и прекращения развития аварии на начальной стадии.
На выходе преобразователя частоты установлен дроссель двигателя (dU/dt) …», ограничивающий скорость нарастания напряжения на электродвигателе. Основные цели, достигаемые при использовании дросселя двигателя:
- Снижение влияния высших гармоник тока от кабелей и электропривода насосного агрегата на узлы учёта и приборы контроля, установленные в машинном зале.
- Защита электродвигателя от преждевременного (форсированного) старения изоляции обмоток, в том числе при использовании старых электродвигателей.
- Защита инвертора преобразователя частоты при возникновении КЗ в выходных цепях ПЧ (отходящий кабель, электродвигатель).
- Работа преобразователя частоты с кабельными линиями, состоящими из двух и более кабелей (при большой суммарной длине кабельной линии между ПЧ и электродвигателем).
Приводы насосных агрегатов НА2, НА4, НА5 работают через вакуумный контактор от сети электроснабжения 0,4 кВ. Для контроля электрических параметров и защиты привода применён унифицированный блок защит с интерфейсом RS-485 (протокол ModBus).
Управление работой электрооборудования СИСТЕМЫ сосредоточено в шкафу управления (ШУ). Шкаф управления с сенсорной панелью оператораDelta Electronics …» обеспечивает следующие функции:
- Интерфейс RS-485 (протокол ModBus), Ethernet - прием/передача информации с системой АСУ ТП предприятия.
- Удалённый мониторинг и управление через специальные приложения (Windows, iOS, Android).
- Архивирование информации, события, изменение параметров, параметры функционирования на съёмном USB или SD накопителе информации.
- Отображения параметров работы приводов и ввода уставок.
- Мультитональная звуковая сигнализация (2…4 кГц)/85dB.
- На сенсорную панель выводится технологическая, электрическая мнемосхема работы оборудования насосной станции.
В комплект шкафа ШУ входит источник бесперебойного питания 24 VDC Delta Electronics …», WiFi роутер с GSM модемом для дистанционного контроля и управления (с контролем доступа) через интернет посредством смарт устройств с приложением VNC клиент.
СИСТЕМОЙ ШУ предусмотрены следующие режимы управления работой электродвигателя НА:
a. «АВТОМАТИЧЕСКИЙ» режим управления пуском и остановом электродвигателей НА1…НА5 по дискретным датчикам уровня, а также автоматическое управление электрифицированной задвижкой в напорном трубопроводе соответствующих агрегатов НА1…НА5.
1. Насосные агрегаты (НА1, НА3), работающие от преобразователя частоты в данном режиме включаются безусловно, и далее работают в режиме автоматического поддержания заданного с панели оператора технологического параметра (заданный уровень в приёмном резервуаре).
2. Насосные агрегаты (НА2, НА4, НА5), работающие от сети управляются по дискретным датчикам уровня – верхний рабочий уровень – включение НА, нижний аварийный уровень – отключение НА.
3. После запуска НА, задвижка в напорном трубопроводе поднимается автоматически в течение, задаваемого с панели оператора, времени подъёма. Ручное управление (управление от пульта управления, управление от панели оператора) задвижкой в напорном трубопроводе соответствующего НА разрешено.
b. «ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ» режим управления пуском и остановом электродвигателей НА1…НА5 по задаваемым с панели оператора уставкам аналогового датчика уровня PIEZUS …», а также автоматическое управление электрифицированной задвижкой в напорном трубопроводе соответствующих НА1…НА5.
1. Один из насосных агрегатов (НА1, НА3), работающий от преобразователя частоты в данном режиме включится безусловно. В том случае если оба НА1 и НА3 указаны в качестве «ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ», безусловно запустится только один из них, который запустится первым, в то время как другой НА управляется по условиям включения/отключения дополнительных насосных агрегатов, которые задаются с панели оператора (по аналоговому датчику уровня).
2. Насосные агрегаты (НА2, НА4, НА5), работающие от сети управляются по условиям включения/отключения дополнительных насосных агрегатов, которые задаются с панели оператора (по аналоговому датчику уровня).
3. После запуска НА, задвижка в напорном трубопроводе поднимается автоматически в течение, задаваемого с панели оператора, времени подъёма. Ручное управление (управление от пульта управления, управление от панели оператора) задвижкой в напорном трубопроводе соответствующего НА разрешено.
c. «РУЧНОЙ» режим управления пуском и остановом электродвигателей НА1…НА5, а также управление электрифицированными задвижками в напорном трубопроводе соответствующих НА, производится оператором от расположенных в машинном отделении пультов управления соответствующими НА.
d. «ОТКЛЮЧЕН» режим НА, при котором управление электродвигателем НА1…НА5 отключено.
1. При переводе переключателя режима работы в положение «ОТКЛЮЧЕН» задвижка в напорном трубопроводе отключаемого НА закрывается автоматически.
2. После закрытия задвижки приводы НА1, НА3, работающие от ПЧ производят плавное контролируемое торможение, приводы НА2, НА4, НА5, работающие от сети отключаются.
Эффект сокращения потребляемой электроэнергии от применения регулируемого привода отмечен представителями ООО «Водоканал-НТ» по результатам показательного периода эксплуатации – сокращение средней потребляемой электроэнергии регулируемым приводом НА со 130 до 40 кВт. Также положительно воспринят эффект автоматического управления работой насосной станции с возможностью удалённого контроля и управления на смарт-устройствах (Windows, iOS, Android) с приложением VNC клиент.
