|
|
|
 |
|
 |
 |
 Автоматизация насосных станций в водоснабжении
|
|
Принципы автоматизированного управления в насосных станциях
Введение автоматизации управления насосными станциями является одним из важнейших направлений технического прогресса в области подачи и отведения воды в населенных пунктах и на промышленных предприятиях. На насосных станциях автоматизируются: пуск и остановка насосных агрегатов и вспомогательных насосных установок; контроль и поддержание заданных параметров (например, уровня воды, подачи, напора и т.д.); прием импульсов параметров и передача сигналов на диспетчерский пункт.
Применение автоматизированного управления насосными станциями дает значительные преимущества:
• позволяет уменьшить вместимость баков водонапорных башен и сборных резервуаров за счет увеличения частоты плавного пуска и остановки агрегатов, либо полностью отказаться от применения водонапорных башен за счет частотного регулирования;
• снижает эксплутационные расходы вследствие уменьшения числа обслуживающего персонала, а также расходов на отопление и освещение помещений;
• увеличивает срок службы оборудования и приборов благодаря своевременному выключению из работы агрегатов при возникновении неполадок в их работе;
• снижает строительную стоимость, так как оборудование концентрируется на меньшей площади машинного зала и отпадает необходимость в устройстве бытовых и вспомогательных помещений;
• дает возможность сосредоточить управление несколькими автоматизированными насосными станциями в одном пункте, что делает систему более гибкой и надежной;
• исключает участие персонала станции в технологических операциях, протекающих в антисанитарных условиях.
Опыт эксплуатации автоматизированных насосных станций показывает, что затраты на автоматизацию окупаются в течение 1 – 1,5 лет.
Для наблюдения за параметрами работы насосной станции служат различные датчики, которые преобразуют контролируемую величину в электрический сигнал, поступающий в исполнительный механизм.
В автоматизированных системах управления насосными агрегатами применяют следующие типы датчиков и реле:
• датчики уровня - для подачи импульсов на включение и остановку насосов при изменении давления в трубопроводе;
• датчики или электроконтактные манометры - для управления цепями автоматики при изменении давления в трубопроводе;
• струйные реле - для управления цепями автоматики в зависимости от направления движения воды в контролируемом трубопроводе;
• реле времени - для отсчета времени, необходимого для протекания определенных процессов при работе агрегатов;
• термические реле - для контроля за температурой подшипников и сальников, а в некоторых случаях – за выдержкой времени;
• вакуум реле - для поддержания определенного разрежения в насосе или во всасывающем трубопроводе;
• промежуточные реле - для переключения отдельных цепей в установленной последовательности;
• реле напряжения - для обеспечения работы агрегатов на определенном напряжении;
• аварийные реле - для отключения агрегатов при нарушении установленного режима работы.
Основной смысл использования автоматизированных систем управления (АСУ) в насосных установках заключается в том, чтобы привести в соответствие режим работы насосов с режимом работы водопроводной или канализационной сети. Диапазон изменения водопотребления довольно широк.
Чтобы отслеживать эти изменения, необходимо непрерывно регулировать режим работы насосной установки.
Регулированием частоты вращения насоса его рабочие параметры приводятся в соответствие с режимом работы водопроводной или канализационной сети. Чтобы изменить частоту вращения насоса, его оснащают регулируемым приводом, то есть подключают электродвигатель насоса через преобразователь частоты. Значение частоты вращения насоса, с которой он должен работать в тот или иной момент времени, определяется АСУ, т.е. режимом работы насосной установки. До сих пор наиболее распространенным способом регулирования остается дросселирование напорной задвижкой. Достоинство - простота реализации, а существенным недостатком – неэкономичность.
На рисунке приведен график совместной работы насосного агрегата (НА) и сети в случае управления изменением параметров сети (дросселирование задвижкой). Характеристика сети при этом зависит от степени открытия задвижки (кривая 2 – задвижка открыта, кривая 2' – степень открытия уменьшена). Рабочая точка движется по характеристике насоса (1).
Дросселирование задвижкой
Насосная установка работает с повышенным напором из-за увеличения гидравлического сопротивления системы трубопроводов. Повышение напора в результате изменения гидравлического сопротивления не является постоянным, а зависти от расхода жидкости, т.е. влияет на значение динамической составляющей напора, развиваемого насосной установкой, изменяет крутизну характеристики трубопровода. При работе насосной установки с подачей меньше расчетной возникает несоответствие между напором, развиваемым насосом, и напором, требуемым для подачи того или иного количества жидкости (т.е. превышение напора насоса).
Сравнение характеристики центробежных насосов и трубопроводов показывает, что при уменьшении подачи требуемый напор также уменьшается, а развиваемый насосом напор увеличивается. Разность этих напоров и есть превышение напора сверх требуемого. Из графика совместной работы насоса и трубопровода видно, что значение превышения напора тем больше, чем круче характеристики насоса и трубопровода, и чем меньше фактическая подача насоса по сравнению с расчетной. На превышение напора нерационально расходуется дополнительная мощность.
Итак, наилучшим является режим работы, при котором развиваемый насосомнапор равен напору, требуемому для подачи воды. Такой режим, в частности, может быть реализован при управлении частотой вращения насоса с использованием частотно-регулируемого электропривода.
Регулирование режима работы центробежного насоса изменением частоты вращения рабочего колеса
Характеристика насоса зависит от частоты вращения вала электродвигателя (частоты питающей электросети). Кривая 1 соответствует номинальной частоте вращения (и промышленной частоте сети 50 Гц), кривая 1' – пониженной частоте. Степень открытия задвижки не изменяется.
Принципиальным отличием этого метода является движение рабочей точки по характеристике трубопровода (2). Насос работает с переменным напором от H до Hс'. Очевидно, что в таком режиме работы развиваемый насосом напор меньше, чем в предыдущем. Следовательно, и расход электроэнергии на перекачку одного и того же объема жидкости меньше.
Более того, созданный насосом напор полностью расходуется на перекачку рабочей жидкости по сети трубопроводов (Hн = Hс), а значит излишняя потеря напора (и соответственно перерасход электроэнергии) минимальны.
Пример системы автоматизации станции второго подъема - типовое решение
Недостатки системы до внедрения АСУ:
1. Повышенное энергопотребление днем.
2. Необходимость отключения насосов ночью для энергосбережения;
3. Вынужденное отключение насосов днем на 1…1,5 часа, так как работающий насос опустошает резервуар – глубинные насосы не успевают его наполнять;
4. Частые порывы трубопровода.
Характеристики системы после внедрения локальной АСУ:
• регулируемое и автоматически поддерживаемое давление 0…6 атм с возможностью задания дневного и ночного давления и времени перехода;
• автоматический переход в режим ночного пониженного давления
• 4 режима работы: автоматический от преобразователя частоты и пускателей, ручной от преобразователя частоты и пускателей;
• индикация режимов работы, положения рубильников, аварийных ситуаций, уставок задания;
• рабочая температура окружающей среды: (- 30… + 45) град. С с автоматической вентиляцией и обогревом;
• независимый учет и индикация потребляемой электроэнергии и ее параметров.
Предусмотренные защиты:
• логическая защита от опустошения кейсона и сухой работы насосов;
• логическая защита от переполнения насосов;
• логическая защита от превышения частоты вращения насоса
• аппаратная защита от повреждения грозовыми разрядами;
• микропроцессорная защита двигателя от превышения тока, тепловая, от превышения напряжения, от пропадания фазы при работе от преобразователя частоты;
• тепловая и электромагнитная защита двигателя при работе от пускателей;
• аппаратная защита от открытия шкафов при работающем оборудовании
• индуктивная защита от бросков тока на входе преобразователя частоты;
• от понижения и повышения температуры в шкафу управления и силовом.
Упрощенная структура АСУ:
1– резервуар (кессон)
2 – насосная группа (два насоса)
3 – шкаф с перекидным рубильником
4 – шкаф управления и силовой аппаратуры
5- датчики уровня
6 – датчик давления
Экономический и эксплуатационный эффект:
• До автоматизации насосы поддерживали завышенное давление 6 атмосфер. После модернизации система автоматически поддерживает оптимальное давление 5 атмосфер. Это позволило снизить потребление тока на 15 процентов.
• За счет плавного пуска исключены броски тока, перегружавшие систему электроснабжения.
• Средняя частота вращения насосного агрегата снизилась – это повышение ресурса насоса и двигателя в 1,5 раза, исключены резонансные эффекты конструкции.
• Уменьшилась гидравлическая нагрузка на трубопровод на 18 % и полностью исключены гидроудары, вызывавшие ранее частые порывы.
• За счет снижения давления до оптимального обеспечился меньший расход воды на 14 %.
• Кроме того, глубинные насосы теперь успевают накачивать воду в кейсон – исключены дневные отключения воды. Время работы глубинных насосов уменьшилось – дополнительное энергосбережение порядка 8 %.
• После модернизации система обеспечивает круглосуточную подачу воды, автоматически переходя в экономичный режим и расходуя минимум электроэнергии.
•Обеспечены схемы резервирования системы и индикация режимов работы, возможность ручного управления.
• Трудоемкость работ по обслуживанию системы сведена к минимуму.
Окупаемость системы составляет менее 5 месяцев.
Упрощенная структурная схема автоматизации насосной станции с частотно-регулируемым приводом
|
|
|
 |
 |
|
 |
|
|
|
Разделы
