Усачев А.П., ООО «Сибирь-Мехатроника». «Специализированное комплектное электрооборудование для автоматизации

1

Усачев А.П., технический директор«Сибирь-мехатроника», г. Новосибирск, Россия

Суть специализированного комплектного электрооборудования

Оборудование ориентировано для насосных станций водоснабжения, водоотведения и теплоснабжения :

• ВНС 1-го подъёма (артезианский и речной водозабор),

• ВНС 2-го и т.д. подъёмов;

• повысительные ХВС, ГВС, ТС , ЦН;

• КНС, ГНС;

• технологические ОСК, НФС;

• повысительные и понизительные НС теплосетей;

• НС теплогенерирующих предприятий – котельные, ТЭЦ;

• технический водооборот промпредприятий и т.д.

2

Особенностью данных объектов автоматизации является их практически безграничное разнообразие, как по назначению и функционированию, так и по составу технологического оборудования.

В связи с этим, оборудование для управления и автоматизации насосных станций, как правило, изготавливается индивидуально, по соответствующим проектным заданиям предприятиям-изготовителям.

Суть специализированного комплектного электрооборудования

мы пошли по пути создания специализированого комплектного набора оборудования, которое могло бы быть использовано, как стандартное, для управления и автоматизации любых типов насосных станций.

3

Комплект включает в себя четыре группы оборудования:

3. Оборудование для автоматизации, телеметрии и диспетчеризации (управление технологическим процессом, сбор и передача данных для системы диспетчеризации, программно-аппаратный комплекс диспетчерского контроля и управления).

1. Станции частотного управления насосными агрегатами (напряжение 0,4 и 0,69кВ, мощность 0,37…800кВт).

2. Высоковольтные станции частотного управления насосными агрегатами (напряжение 6,0 и 10,0кВ, мощность 250…5000кВт).

4. Оборудование локального управления и контроля (основным и вспомогательным технологическим оборудованием, включая технологические датчики с комплектом отборных устройств).

Данный комплект оборудования позволяет:

укомплектовать практически любой проект автоматизации насосной станции;

организовать поэтапную реализацию проекта;

комплектовать проектные решения от простых до комплексных.

4

Обзор продукции

Комплектные станции частотного управления насосными агрегатами

СЧ400 СЧ200 СЧ100 СЧ500 (0.69 кВ) ВСЧ500 (6, 10 кВ)

Устройства локального управленияОборудование автоматизации,

телеметрии и диспетчеризации

СТК500 СТА1713 СТА1715 СДК2000 СТА1501 СМП100 СР200 ШУЗ ПМУ

К ПОЯСНЕНИЮ ПРИНЦИПА ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

5

Н

Q

n1

n3n2

nномНном

Нтреб

Qном

с частотным регулированием

Qн1=var

с прикрытой напорнойзадвижкой (дросселированием)

Основой энергосбережения является частотное регулирование производительности насоса

6

Рис.1.Сравнительный пример регулирования дросселированием и частотным регулированием. Разница потребления мощности в этих режимах 233кВт, т.е. величина непроизводительных затрат энергии в данном примере составляет 32%.

7

Комплектные станции частотного управления насосными

агрегатами

СЧ500 (0,69кВ), ВСЧ500 (6, 10кВ)

СЧ400

СЧ200

Мощностной ряд высоковольтных станций частотного управления

Мощностной ряд низковольтных станций частотного управления

8

Станции частотного управления

Серия СЧ400

(универсальная)

Класс напряжения: 0,4 кВ

Мощность: 11…355 кВт

Групповое управление: до 4 агрегатов

Согласованное управление: до 4 станций

Модульная компоновка

Связь между модулями по RS485

Возможность согласованного управления напорными задвижками

ПДУ

КА3

СЧ

9

• Аппаратура АВР (опция)

• Входная защитно-коммутационная

аппаратура

• Силовой модуль

• Технологический контроллер станции

• Коммутационная аппаратура группового

управления

• Пульт дистанционного управления

• Пульт местного управления

• Аппаратура управления

запорно-регулирующей арматурой

• Аппаратура управления задвижками

• Комплект датчиков с отборными

устройствами

Станции частотного управленияКомплект оборудования станции (серии СЧ400) :

10


Серия СЧ200 (маломощная)

Класс напряжения: 0,4 кВ

Мощность: 0,75…30 кВт



Конструктивное исполнение в одном шкафу

11


Серия СЧ500 (0.69 кВ)

Класс напряжения: 0.69 кВ




Модульная компоновка

Связь между модулями по CAN

Внешний технологический контроллер

12


Серия ВСЧ500-ДТС (высоковольтная)

Класс напряжения: 6 (10) кВ




Двухтрансформаторная схема с промежуточным звеном 0.69 кВ

Стандартные согласующие трансформаторы

Встроенный sin-фильтр

13


Серия ВСЧ500-ВПЧА(С) (высоковольтные)

Класс напряжения: 3 / 6 / 10 кВ

Мощность: 250…5 000 кВт



Однотрансформаторная схема

ВПЧА – асинхронные электродвигатели, ВПЧС – синхронные электродвигатели

Многоуровневая ШИМ-модуляция

Л-Старт, Schneider Electric

14

Оборудование автоматизации, телеметрии и

диспетчеризации

СТК500 СТА1713 СТА1714

СДК2000

15

• Система автоматизированного управления ТП

со сложной структурой технологической цепи

• Управление основным и вспомогательным

оборудованием

• Возможность управления независимыми участками

технологической цепи

• Отображение информации на 17˝ сенсорном

мониторе (мнемосхема, графики, таблицы)

• Управление процессом по месту оператором

или системой АСУ ТП

Автоматизация, телеметрия, диспетчеризация

Технологический контроллер СТК500

LinPAC-8000(под управлением Linux) (ICP DAS)

16

• Автоматизированное управление группой

до 8 насосных агрегатов

• «Старт-стопный» алгоритм группового управления

• Работа с внешними пусковыми устройствами

любого типа

• Регистрация и телеметрия


Блоки управления СТА1713

панельный контроллер

SMH 2010 (Segnetics) (ICP DAS) LinPAC-8000(под управлением Linux)

17

• Контроллер АСУ ТП нижнего уровня для

построения систем телеметрии, АСУ ТП, АСДКУ

• Взаимодействие с АСУ ТП верхнего уровня по

любому каналу связи

• Сбор данных посредством масштабируемого

интерфейса: аналогового, дискретного RS232/485

• Встроенный АВР питания с переходом на

аккумулятор


Блоки телеметрии и диспетчеризации СТА1714

(ICP DAS)

18

• Верхний уровень АСУ ТП

• Предназначена для дистанционного мониторинга и

управления объектами ЖКХ (водоснабжения,

водоотведения, теплоснабжения)

• Взаимодействие с нижнем уровнем по любому

каналу связи

• АСДКУ построена на базе программного комплекса

TraceMode 6.0.

• Сбор и архивирование параметров работы объектов,

графическое представление информации ТП,

генерирование отчетов, управление объектами


Автоматизированная система диспетчерского контроля и управления АСДКУ (СДК 2000)

19

Устройства локального управленияСМП100 СР200 ШУЗ

ПМУ

МТДКомплекты датчиков

20

• Плавные пуск и останов НА

• Четыре силовых схем исполнения шкафов

• Работа индивидуально или в составе

станции группового управления насосными

агрегатами

• УМП производства Emotron (Швеция)

• Мощность 5,5…315 кВт, 380 В

Устройства локального управления

Шкафы с УМП серии СМП100

21

• Работа с любым типом арматуры

• Замкнутая система авторегулирования

технологического параметра

• Автоматическое или ручное управление

• Исполнения силовой схемы управления –

контакторное или с ПЧ (шесть силовых схем)

• Мощность электродвигателя: 0.25…7.5 кВт


Блоки управления запорно-регулирующей

арматурой серии СР200

22

• Работа с любым типом арматуры

• Управление в дистанционном режиме (RS485 или через клеммную колодку)

• Индикация тока двигателя задвижки

• Индикация тока двигателя насосного агрегата

• Защита двигателя задвижки

• Контакторное исполнение силовой схемы управления

• Мощность двигателя: 0,37…11 кВт, 380 В


Шкафы управления запорной арматурой серии ШУЗ

23

• Запуск и останов насосного агрегата

• Отображение состояния агрегата и значения тока агрегата

• Управление приводом напорной задвижки

• Индикация крайних положений задвижки

• Экстренная блокировка агрегата


Пульты местного управления насосными агрегатами ПМУ

24

• Работа в составе станции частотного управления

• Контроль и отображение тока двигателя

• Защита двигателя от перегрузки, короткого

замыкания, обрыва фазы

• Два канала управления

(вперед / назад, ПЧ / сеть и пр.)

• Управление по порту RS485

• Счетчик моторесурса


Мониторы тока двигателя МТД СМ

25

26

27


Серия ВСЧ500. Комплект оборудования станции

• Вводные ячейки

• Силовой модуль

• Коммутационная аппаратура

группового управления

• Технологический контроллер

станции

• Пульт местного управления


запорно-регулирующей

арматурой


задвижками

• Комплект датчиков

с отборными устройствами

28

СМП112-075

СТК500

СЧ400-160*4-П2К3

СР

21

1-0

4,0

СД

К2

00

0

СТА1714

29

Обзор продукции

Комплектные станции частотного управления насосными агрегатами

СЧ400 СЧ200 СЧ100 СЧ500 (0.69 кВ) ВСЧ500 (6, 10 кВ)

Устройства локального управленияОборудование автоматизации,

телеметрии и диспетчеризации

СТК500 СТА1713 СТА1715 СДК2000 СТА1501 СМП100 СР200 ШУЗ ПМУ

СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЕ КОМПЛЕКТНОЕ

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ НАСОСНЫХ

СТАНЦИЙ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ

спасибо за внимание

Предприятие «Сибирь-мехатроника»

Особенности частотного регулирования насосами с

учетом рабочего диапазона

Усачев А.П., технический директор,

Гордейчик А.В., главный конструктор

Мельников В.А., ведущий инженер

Предприятие «Сибирь-мехатроника», г. Новосибирск

32

Рассматриваются проблемы работы насосного агрегата с частотным управлением при изменении производительности в широком диапазоне.

На практике часто встречается ситуация, когда от насосной станции

требуется подача воды «немножко больше, чем обеспечивает один

насос». Именно это обстоятельство является обоснованием установки ЧРП

на один насос в расчете, что им будет добавляться не хватаемая часть

подачи. При этом, к сожалению, не учитывается, что насос с частотным

регулированием оказывается в недопустимой рабочей области .

Насосный агрегат с частотным управлением, в системе замкнутой по давлению.

33

При частотном регулировании смещение рабочей точки в зону 2

практически не встречается. Ограничения по перегрузке

преобразователя частоты (ПЧ), как правило, вступают раньше.

Зона 2

Смещение рабочей точки в зону 2.

34

При параллельной работе двух насосных агрегатов по схеме один с ПЧ, а

второй с непосредственным питанием от сети, попадание рабочей точки

второго насоса в зону 2 вполне вероятно.

Вывести ее в рабочую область можно только путем прикрытия задвижки

(путем перераспределения расходов между насосами).


а) при параллельной работе двух насосных агрегатов (с ПЧ и без ПЧ).

Зона 2

35

Это возможно либо «ручным» способом, либо автоматически путем

ограничения степени ее открывания по загрузке приводного

двигателя насоса.

Ограничение степени открывания задвижки насоса без ПЧ по

загрузке приводного двигателя.

Зона 2


а) при работе одного насосного агрегата.

36

Смещение рабочей точки в зону 1 возможно в случае уменьшения

расхода ниже минимального проектного значения.

Сделать практически ничего не возможно (только увеличить расход).

Зона 1

37

Зона 1Смещение рабочей точки в зону 1.

б) при параллельной работе двух насосных агрегатов (с ПЧ и без ПЧ).

Если требуется

производительности

«немножко больше, чем

обеспечивает один насос»,

то попадание рабочей

точки первого насоса в

зону 1 вполне вероятно.

Рассмотрим это более подробно на конкретном примере.

38

Режим - Нзад.=54 м.в.ст., Q=3000 м3/ч .

Точки 0, 1, 2, 3 и 4 соответствуют траектории движения рабочей точки насосов Н1 и Н2 при включении дополнительного насоса Н2 и процессу

открывания его напорной задвижки. Рабочая точка Н1 смещается в зону-1.

Параллельная работа насосного агрегата Н1 с ПЧ и насосного агрегата Н2 без ПЧ в замкнутой системе поддержания давления в напорном коллекторе.

насосные агрегаты Д2500-62

Н Н

70 70

60 60

50

40 40

30 30

20 20

10 10

0 Q 0 Q

0 0

л/с

Нзад. Н зад.

694 833 972 1111 1250 13891389 л/с 139 278 417 555

м3 /ч

139 278 417 555 694 833 972 1111 1250

1500 1800 2100 2400 27003000 м3 /ч 300 600 900 1200300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700

Насос Н1 с частотным регулированием Насос Н2 без частотного регулирования

м.в.ст. м.в.ст.

Н зад.

рабочая зонаестественная (паспортная)

характеристика насоса; 50Гцрабочая зонаестественная (паспортная)

характеристика насоса; 50Гц

1 2 3

4

0

0124 3

47Гц

45Гц

44Гц43Гц

50Гц

0* 1* 2* 4*3*

точка включениядоп. насоса Н2

Движение р.т. насоса Н1

при открывании напорнойзадвижки насоса Н2

Движение р.т.насоса Н2при открывании его

напорной задвижки

совместные характеристики

насоса и напорной задвижки

39

Выход здесь может быть только один – распределить загрузку

параллельно работающих насосов путем:

а) остановить открытие напорной задвижки насоса Н2 в точке 3

(способ не экономичен и для автоматизации практически не пригодный).

б) индивидуальное частотное регулирование каждым насосом.

Q (var)1

F(var)

H(const)

100%откр.

Q var)2(

1(F1)

2F2( )

ПЧ1

от ПЧ

100%откр.

от ПЧ

F1 = F2Q1 ~ Q2

ПЧ2

Распространенное мнение решения проблемы производительности насосной станции типа «требуется немножко больше, чем обеспечивает один насос» путем установки ЧРП на один насос в расчете, что им будет добавляться нехватаемая часть подачи, во многих случаях ошибочное. Насос с частотным регулированием зачастую оказывается в недопустимой рабочей области, что ведет к выходу его из строя.

40

Вывод: при регулировании должны быть приняты меры по обеспечению нахождения рабочей точки каждого насоса в

его рабочей зоне.

41

В рамках локальной системы управления автоматизировать процесс практически не реально (режимы работы определяются недетерминированными внешними воздействиями, либо расходом, либо притоком).

Участие оператора практически неизбежно.

Первым этапом решения задачи является определение нахождения рабочей точки насоса в разрешенной (запрещенной) зоне и соответствующее оповещение оператора.

Задача вполне реализуема средствами технологического контроллера при достаточной его вычислительной мощности. В основе лежат уравнения аппроксимирующие характеристики насоса:

42

А, В - паспортные границы рабочей зоны

3, 4 - границы рабочей зоны при Ннас. (вычисление)

5 - текущее положение рабочей точки при Ннас. и nнас.(вычисление)

м.в.ст.

Н

80

70

60

50

40

30

20

10

0 Q

0

Н нас.

400 800 м3 /ч

Насос: тип VENUS-V1-400.650C, 990об/мин, диаметр 666мм

1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600

5

43

A

B

50Гц

43Гц

границаА

граница В

аппроксимация 1

2

паспортная характеристика

частотная характеристика

Q4Q3 Q5

Алгоритм нахождения

рабочей точки насоса в

разрешенной (запрещенной) зоне

43

2

A

AA

Q

HK 2QKH A 2

B

BB

Q

HK 2QKH B

фНОМФ

Ф

S

H

n

n

S

HQ

2

2

5

Границы рабочей области Q3 и Q4

)(

)4(3

BA

нас

K

HQ

44

Реализация прорабатывается на базе

технологического контроллера СТК500

Особенности частотного регулирования насосами с

учетом рабочего диапазона



Предприятие «Сибирь-мехатроника», г. Новосибирск

наш стенд № 629



Мельников В.А., ведущий инженер

Далее слайды-приложения

46

г.Новосибирск (Гортеплоэнерго),

ПНС-10

ВПЧА-10кВ-1000кВтиндивидуально на каждый НА (6шт), с «байпасом»

В эксплуатации с сентября 2009г.

г.Семипалатинск (Казахстан),

Водозабор «Свобода» (ВНС-2)

Водозабор «Смычка» (ВНС-2)

Водозабор «Большой» (ВНС-2)

ВСЧ500-ДТС-06-320(кВт)-групповое управление

двумя НА

2009г. Стадия внедрения-СМР

Ожидаемая экономия электроэнергии 35-40%

Ожидаемая экономия воды 25-30%

Расчетный срок окупаемости до 2-х лет.

г.Семипалатинск (Казахстан),

ГКНС и ОСК (нагнетатель),

ВСЧ500-ДТС-06-400(кВт)-групповое управление двумя НА

Стадия внедрения-СМР

Ожидаемая экономия электроэнергии до 30%

Расчетный срок окупаемости около 2-х лет.

г. Новосибирск,

НФС-3, ВНС-4,

ВСЧ500-ДТС-06-500(кВт)

В эксплуатации с 2008г.

Экономия электроэнергии 17%

Экономия воды 20%

Срок окупаемости около 2-х лет.

г. Барнаул, КНС,




(200т.р./мес.)

Срок окупаемости 1 г. и 6 мес.

г. Благовещенск,

Северный водозабор (ВНС-2),





г. Благовещенск, Амурский водозабор (ВНС-2),





Environment

Усачев А.П., ООО «Сибирь-Мехатроника». «Специализированное комплектное электрооборудование для автоматизации