600-1W0Аспекты модернизации ЖКХ – мероприятия по установке на действующих насосных станциях современных систем управления с применением частотно-регулируемых электроприводов.

Насосная станция (НС) – установка, состоящая из двух или более насосов, запорной и регулирующей арматуры, а также системы управления её производительностью.

Современные НС станции должны снабжаться следующими видами защиты и автоматики:

  • поддержание заданного давления или расхода в системе водоснабжения;
  • контроль питающего напряжения и восстановление работы после сбоев питания;
  • защита от перегрузки;
  • защита от работы в режиме сухого хода;
  • переключение с одного из насосов на другой при его отказе;
  • переключение с насоса на насос для обеспечения их одинаковой наработки;
  • автоматическое распределение нагрузки между насосами для обеспечения максимальной эффективности;
  • диагностирование и индикация неисправностей насосной станции.

В электрических насосных станциях применяется два основных типа регулирования производительности — каскадное и частотное регулирование.

Каскадное регулирование производительностью обеспечивается включением и выключением параллельно установленных насосов (обычно от 2 до 4). При использовании данного типа регулирования НС тем маневреннее и экономичнее, чем большее количество насосов она содержит.

При частотном регулировании, изменение производительности НС достигается за счет изменения частоты вращений насосов с помощью преобразователя частоты (ПЧ). Применение частотного регулирования позволяет значительно увеличить эффективность работы за счет оптимизации работы насосов в режиме неполной производительности. Частотное регулирование обеспечивает плавность изменения производительности и предотвращает возникновение гидроударов, что повышает ресурс и надежность работы как самой НС, так и трубопроводов и арматуры. Кроме того, возможно одновременное использование двух этих принципов – то есть, каскадно-частотное регулирование. Применение каскадно-частотного регулирования в автоматизированных НС позволяет обеспечить снижение потребления электроэнергии до 50% по сравнению с использовавшимися ранее традиционными принципами регулирования.

Очень подробно вопросы обоснования вариантов применения того или иного способа регулирования приведены в [1, 2, 3].

Для реализации всех описанных выше функций, в составе современной автоматизированной НС, помимо преобразователя частоты, должно присутствовать некое интеллектуальное устройство (например, ПЛК), которое будет осуществлять опрос датчиков состояния оборудования и технологических параметров (давления), и выдавать сигналы управления на частотный электропривод. Существует несколько типовых решений в области построения таких автоматизированных НС.

Сейчас широко распространен упрощенный способ каскадно-частотного регулирования, при котором ПЧ управляет только одним насосом, а остальным по мере необходимости подает команды на пуск и останов. При пуске дополнительных насосов, их электродвигатели подключаются напрямую к сети.

Достоинствами такого способа являются – простота и надежность, а также минимальное количество оборудования для создания автоматизированной НС.

Вместе с тем данному способу присущи весьма серьёзные недостатки, такие как:

  • появление гидроударов при пуске/останове дополнительных насосов;
  • появление в электросети бросков напряжения, связанных с переходными процессами при пуске двигателей;
  • невозможность поддержания точного давления в системе, флуктуации давления при включении или выключении дополнительных насосов.

Конечно, влияние описанных недостатков можно снизить. Во избежание гидроударов и бросков напряжения, можно применять устройства плавного пуска, однако это экономически целесообразно лишь при относительно больших мощностях двигателей. Качество регулирования давления также можно улучшить за счет усложнения алгоритма управления, реализуемого вычислителем данной системы. Однако все эти мероприятия связаны с дополнительными финансовыми затратами, что нивелирует привлекательность самой идеи.

Данных недостатков лишен такой способ управления, когда при невозможности обеспечить требуемую в данный момент производительность НС одним насосом, в работу включается следующий, при этом первый насосный двигатель переключается напрямую на сеть, а вступающий в работу – выводится на рабочую частоту под управлением ПЧ, по заданной пользователем кривой разгона.

Сказанное иллюстрируется рисунком, на котором показаны – преобразователь частоты, устанавливаемая в него (при необходимости) дополнительная плата релейных выходов, и два двигателя, каждый из которых может в любой момент времени быть переключен на работу как от питающей сети, так и от частотного преобразователя. Данная схема является упрощенной, и приведена здесь лишь для пояснения сути идеи.

Pic1_small

Кроме того, использование в данной схеме специализировнаного ПЧ, способного заменить описанный выше «вычислитель» или ПЛК, реализующий дополнительные сервисные функции – защиты, регулирование подачи по графику или по заданному расходу, позволяет существенно снизить затраты на модернизацию существующих НС, а также упрощает и удешевляет сервисное обслуживание уже работающей НС.

Также возможен способ управления, при котором все насосы снабжены своим собственным преобразователем частоты – это обеспечивает абсолютное отсутствие указанных выше недостатков, но требует существенных материальных затрат. Кроме того, такой вариант построения автоматизированной НС применительно к ЖКХ кажется избыточным.