Регулируемый электропривод насосов

Регулируемый электропривод насосов

РЕГУЛИРОВАНИЕ

В последнее десятилетие не только за рубежом, но и в России стараниями компаний производителей и системных интеграторов, различных дилеров проведена большая работа по внедрению частотного электропривода в различные технологические процессы.

Наряду с зарубежными производителями, появились отечественные предприятия, организовавшие отверточную сборку и даже собственное производство преобразователей частоты для асинхронного электропривода.

Выбор на соответствующем рынке огромен и может удовлетворить практически любого потребителя. Практика показала, что одним из самых эффективных применений преобразователей частоты остается применение его для управления асинхронными электродвигателями насосных агрегатов и вентиляторов.

Система электропривода водоснабжения, теплоснабжения и вентиляции характеризуется цикличностью работы. В течение суток и даже дня нагрузка на электродвигатель может колебаться в пределах 60-80%. Поскольку применение частотного регулирования позволяет в таких системах с непостоянной нагрузкой обеспечить оптимальное энергопотребление конкретного электродвигателя в данный момент времени. Другими словами, электродвигатель забирает из сети столько электроэнергии, сколько необходимо для обеспечения необходимого технологического процесса.

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

Наиболее важной, в случае применения регулируемого электропривода, является его энергосберегающая функция. Насосный агрегат, управляемый преобразователем частоты в автоматическом режиме, становится из безусловно затратного объекта, объектом самоокупаемым. Причем практика показывает, что затраты на оснащение насосов частотным регулированием окупаются в течение полугода до года с учетом конкретного объекта и мощности низковольтного (380 В.) электродвигателя. Для высоковольтных (6-10 кВ.) электродвигателей насосов период окупаемости может быть несколько больше –от одного до двух лет. Но не только эта функция преобразователей частоты делает привлекательным его применение. Универсальность и гибкость управления - ручной режим, полуавтоматический, автоматический, возможность встраивания в различные существующие технологические процессы, совместимость с силовым электрооборудованием и АСУ ТП предприятий обеспечивается наличием в преобразователях частоты встроенных регуляторов для датчиков, панелей управления с индикацией технологического параметра.

ЗАЩИТА ОБОРУДОВАНИЯ

Преобразователи частоты имеют встроенную температурную защиту, защиту от перенапряжений и максимальных токов, функции плавного разгона или останова электродвигателей и широкий ряд возможностей и опций способных удовлетворить потребности практически любого потребителя. Необходимо отметить, что для насосов с их небольшим инерционным моментом, идеальным устройством плавного пуска служит преобразователь частоты позволяющий обеспечить заданный темп разгона агрегата, игнорировать диапазон «резонансных частот». При этом наряду с энергосбережением существенно увеличивается ресурс насосных агрегатов, включая электродвигатели, запорно-распределительной арматуры и собственно трубопроводов. Практика применения частотного регулирования уже давно доказала, что меньше повреждаются даже изношенные трубопроводы вследствие снижения риска гидроударов в гидравлической сети, также уменьшаются потери воды из-за поддержания оптимального давления в трубопроводе.

ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ

Описание и расчеты экономии, как прямой, так и косвенной и методы расчета описаны во многих статьях и методических материалах по выбору регулируемого электропривода и составляет по электроэнергии от 35 до 65% , воды и теплоносителя до 15%.

Значительная косвенная экономия неизбежно складывается из-за повышения ресурса электродвигателей и насосов, трубопроводов, которую считают в каждом конкретном случае, сравнивая с данными полученными ранее на нерегулируемом объекте. Таким образом, регулируемый привод на насосах и вентиляторах дает неоспоримые преимущества относительно нерегулируемого и делает объект быстро окупаемым, фактически первоначальные затраты на приобретение и установку преобразователя частоты в течение 10 лет приносят до 1000 % прибыли. Исключением является только случай, когда насос работает с постоянной нагрузкой в течение всего времени эксплуатации и регулирование не требуется. Но такие случаи в практике достаточно редки.

ВАРИАНТЫ СХЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ

В реальных условиях есть несколько вариантов схем применения преобразователей частоты, в зависимости от технологической задачи и затрат на приемлемый уровень автоматизации:

Вариант 1. Система один электронасос-один преобразователь. В этом случае необходимым и достаточным для потребителя будет приобретение преобразователя частоты и датчика обратной связи (давления, расхода) и привязка этого оборудования к существующему насосу. Это вариант близкий к идеальному.

Вариант 2. Система один насос основной, один насос резервный. В этом случае необходим один преобразователь частоты, датчик обратной связи (давления, расхода) и система переключения (коммутации) питания электронасоса. Система коммутации позволяет в ручном или автоматическом режиме переключать питание от преобразователя частоты к основному электронасосу или резервному. Как одна из вариаций этой схемы – на каждый электродвигатель основной или резервный устанавливают по одному преобразователю частоты соединенных в систему. Один из преобразователей выполняет роль МАСТЕРА и управляет остальными частотниками.

Вариант 3. Система несколько электронасосов основных и резервных, к примеру 3+2. Объект может работать в ручном или автоматическом режиме. Для реализации этой задачи необходим один преобразователь частоты, датчики обратной связи (давления, расхода) и станция управления (коммутации) питания на все электронасосы объекта. В отличие от Варианта 2 , станция коммутации имеет расширенные возможности управления и защит.

Вариант 4. Это организация телеметрического (удаленного) управления насосной станцией из центральной диспетчерской по любому из вышеперечисленных трех вариантов.

ЗАМЕНА ТРАДИЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ПОСЕЛКОВ НА СОВРЕМЕННУЮ

Особый интерес вызывает применение преобразователей частоты в системах водоснабжения поселков для погружных электронасосов вместо башен Рожновского, капитальный ремонт или строительство которых нецелесообразно из-за высокой стоимости. Необходимо учитывать при этом обязательную установку дросселей двигателя из-за большой протяженности силовых кабелей, в отдельных случаях изготовление подогреваемых вандалоустойчивых шкафов с встроенными средствами передачи данных и сигнализации.

Характеристики башен:

Vбака, м³

Нопоры, м

Нбака, м

Dбака, м

Dопоры, м

15

12

2,8

3

1,2

25

12

4,4

3

1,2

25

15

4,4

3

1,2

50

15

7,6

3

1,2

50

18

7,6

3

1,2

50

18

7,6

3

2

Стоимость новой башни Рожновского высотой 15 м и объемом 25 м3 на сегодняшний день равна 384 000 рублей. В случае нового строительства следует также учитывать стоимость разработки проекта и стоимость подготовительных строительных работ.

На 2010 г. цена составила около 609 тыс. руб.:

  • собственно башня – 384 000 руб.
  • привязка её на место – 65 000 руб.
  • фундамент – 160 000 руб. (500 кг. арматурной стали, 10 кг. листовой стали, 25 т. бетона, плюс работы).

     

При использовании частотного регулирования ориентировочная стоимость частотных преобразователей (5,5 кВт) составляет 33 000 руб. В качестве датчиков давления используются как датчики с токовым выходом 4~20 мА так и электроконтактные манометры типа ЭКМ. Оба прибора равнозначны с точки зрения управления частотным преобразователем, различия заключаются в точности поддержания заданного давления в системе.

Таким образом, в цену базового комплекта оборудования с применением частотного преобразователя входит стоимость:

  • частотного преобразователя – 33 000 руб;
  • датчика давления – 6 000 руб.;
  • пуско-наладочных работ – 10 000 руб .
  • датчики охранно-пожарной сигнализации-10 000 руб.
  • вандалоустойчивый модуль с термостатикой (нагрев или охлаждение)- 50 000 руб.

Итого: стоимость решения без водонапорной башни – 109 000 руб., что в 6 раз меньше, чем стоимость башни – 609 000 руб.

Расходы, связанные с обслуживанием при башенном водоснабжении и водоснабжении с использованием частотных преобразователей, различаются на порядок, поскольку:

  • частотные преобразователи практически не требуют технического обслуживания, за исключением периодического профилактического осмотра оборудования;
  • расчетный срок эксплуатации частотных преобразователей не менее 7 лет;
  • отсутствие больших пусковых токов, полная защита электродвигателей насосных агрегатов, работа электродвигателей и пусковой аппаратуры с пониженной нагрузкой, увеличивает межремонтный период и срок службы электродвигателей.
  • отсутствие гидравлических ударов в системе подачи воды положительно сказывается на сальниках, запорной арматуре, продлевая срок их эксплуатации без ремонта;
  • небольшие габаритные размеры и отсутствие особых требований к качеству электропитания позволяют разместить частотные преобразователи в любом подсобном помещении и даже в колодцах скважин, обеспечив необходимые условия эксплуатации;
  • унификация, модульность, простота установки позволяют выполнить ремонт в кратчайшие сроки с минимальными затратами;

     

К недостаткам частотного регулирования можно отнести необходимость поддержания в зимний период температуры не ниже - 5° С, а также необходимость защиты частотных преобразователей от прямого попадания влаги (по условиям эксплуатации влажность до 98% без конденсата).

Затраты на обслуживание водонапорных башен значительно выше, поскольку складываются из необходимости проведения ежегодного санитарно-технического обслуживания, очистки, покраски и т.д.

Экономия электроэнергии в данном проекте происходит за счет разности работ, производимых насосом при подъеме воды на 15-метровую высоту водонапорной башни и подаче к потребителю по горизонтальному водопроводу, плюс экономия за счет стабилизации давления и уменьшения утечек из башни, особенно в зимний период. Еще одним источником экономии при частотном регулировании служит встроенная автоматическая функция минимизации затрат электроэнергии при слабой нагрузке.

Таким образом, суммарная экономия электроэнергии составляет от 30% до 50 %.

Такая существенная экономия электроэнергии становится возможной еще и потому, что снижается общий расход воды, в том числе потери от утечек. Экономия воды в системах водоснабжения связана с устранением при регулируемом электроприводе ненужных избытков давления. Для существующих систем водоснабжения в коммунальной сфере, не находящихся в аварийном состоянии, каждая лишняя атмосфера вызывает за счет больших утечек дополнительные 2~7% потерь воды.

Вариант применения водонапорной башни не имеет возможности регулирования давления, поскольку давление воды в системе зависит только от высоты водяного столба между точками разбора воды и расположения бака водонапорной башни. В некоторых случаях это не позволит, например, использовать газовые водонагревательные приборы, которым необходимо соответствующее давление на входе.

Регулирование давления может быть как ручным, так и автоматическим в случае установки программируемого логического контроллера. При ручном регулировании возможны варианты дискретного (ночное давление – дневное давление) и плавного (в пределах установленных ограничений) регулирования давления в водопроводной сети. При автоматическом регулировании процесс установки давления полностью автоматизирован в зависимости от времени суток, дня недели и т. д. Такой режим работы в, общем случае, позволяет снизить давление в водопроводной сети и тем самым уменьшить утечки воды.

При замене водонапорной башни возможна установка наземного павильона со станцией управления погружным или центробежным насосом. В состав станции управления входят преобразователь частоты, коммутационная аппаратура, органы управления и контроля. Как вариант, станцию управления можно разместить в вандалоустойчивом шкафу в колодце или на поверхности. Главный принцип –ограничить доступ к оборудованию широкого круга населения и обеспечить нормальный температурный режим работы электроники.

Контролируемые технологические параметры на водозаборном сооружении

Контролируемый параметр

Вид информации

Цель измерения

Температура в наземном павильоне

Сигнализация

Контроль, автоматизация отопления

Расход воды от водозаборного сооружения

Измерение

Контроль

Аварийный уровень воды в скважине

Сигнализация

Отключение насоса при аварийном понижении уровня

Давление в напорном трубопроводе

Измерение

Контроль, регулирование

Открывание дверей

Сигнализация

Контроль

На объектах, где расположены несколько электроприводов, работающих во взаимосвязанном режиме, наличие преобразователя частоты в составе станции управления обеспечивает плавный пуск и регулирование скорости вращения одного основного двигателя погружного насоса, при этом остальные двигатели работают непосредственно от питающей сети. Включение и отключение дополнительных насосов производится автоматически для поддержания давления в водоводе при увеличении расхода воды потребителями и невозможности поддержания заданного давления с помощью основного насоса.

Все типоисполнения станций управления при необходимости могут работать как в автономном режиме, так и под управлением пульта оператора расположенном на диспетчерском пункте в составе системы АСУ ТП водозабором, что позволяет обеспечивать полнофункциональный мониторинг и управление работой всех насосов. Связь с диспетчерским пунктом организовывается по сетям (RS-485, оптика, радиомодем, GSM-модем) с протоколами Modbus, Profibus DP.

Использование частотных преобразователей в водоснабжении позволяет:

  • снизить затраты на ремонт вышедших из строя водонапорных башен не менее чем в 8-10 раз по сравнению с их заменой на новые;
  • снизить потребление электроэнергии;
  • регулировать давление в водопроводной сети;
  • снизить потери чистой питьевой воды при утечках;
  • уменьшить эксплутационные расходы на обслуживание, ремонт и поддержание технического состояния оборудования;
  • обеспечить технологичность, универсальность и экологичность по сравнению с водонапорными башнями.

Метод водоснабжения без использования водонапорных башен с успехом может быть использован для водоснабжения малых населенных пунктов, отделенных хозяйственных объектов, а также частных коттеджей.

наверх