Пояснительная записка (Система автоматизированного управления канализационной насосной станции на основе применения электроприводов с высоковольтными трехфазными асинхронными двигателями), страница 6

Электроснабжение канализационной насосной станции №5А (далее КНС) осуществляется от трансформаторной подстанции ТП мощностью 630кВт. Электроэнергия поступает на распределительное устройство РУ, к которому подключено силовое электрооборудование. Здесь же размещены первичные аппараты для средств учета потребляемой электроэнергии.

Силовое электрооборудование размещено в электрощитовой КНС. Оно содержит: силовые шкафы управления СШУ, преобразователь частоты ПЧ и компенсатор реактивной мощности КРМ. Компенсатор реактивной мощности - это устройство, воздействующее на баланс реактивной мощности в узле электроэнергетической системе с целью регулирования напряжения и снижения потерь электроэнергии. Силовой шкаф управления содержит коммутационный аппарат, с помощью которого осуществляется коммутация питания электропривода М центробежного насоса Н либо к выходу ПЧ, либо к секции РУ.

В машзале КНС размещено основное и вспомогательное оборудование КНС. Основное оборудование включает насосы ЦН2 и ЦН4, электроприводы М2 и M4 соответственно. В состав вспомогательного оборудования входят: дренажные, пожарные, вакуум-насосы; задвижки; вентиляторы; обогреватели и другое оборудование. Управление им производится при помощи исполнительных механизмов ИМ1–Им3.

Для получения информации о значениях регулируемых параметров служат датчики Д1–Д3.

Сигналы управления и измерительные сигналы от оборудования НС собираются в шкафу управления ШУ. Здесь же происходит их объединение в одну общую информационную линию связи, которая подключается к технологическому контроллеру ТК.

Технологический контроллер реализует общий алгоритм управления НС и обмен информацией с автоматизированной системой управления технологическим комплексом АСУ ТК. Программное обеспечение ТК содержит ряд функциональных блоков, реализованных на программном уровне:

- управление основной насосной установкой;

- управление дополнительной насосной установкой, например, пожарными насосами;

- управление дренажными насосами;

- измерение и обработка параметров оборудования НС;

- управление отоплением и вентиляцией помещений НС;

- осуществление функций охраны от несанкционированного проникновения посторонних лиц на территорию НС;

- обслуживание локального терминала;

- передача информации о параметрах и режимах работы оборудования НС на АСУ ТК и обработка сигналов управления, получаемых от нее.

3.3 Назначение и структура системы

Назначение системы:

Комплектная высоковольтная станция частотного управления (ВСЧУ) должна быть предназначена для автоматического согласованного управления группой перекачивающих насосных агрегатов КНС с частотным регулированием их производительности в функции регулирования уровня стоков приемного резервуара.

Локальная система автоматического управления в составе ВСЧУ должна обеспечивать контроль текущего режима, оперативное управление и архивирование состояний основного технологического оборудования – насосными агрегатами, задвижками на напоре агрегатов, уровней в приемном резервуаре – в режиме реального времени.

На рисунке 3.2 представлена предполагаемая к использованию структурная схема автоматизированной канализационной насосной станции №5А. К ней уже подключены высоковольтные преобразователи частоты (ВПЧ1 и ВПЧ2) и распределительные устройства (КРУпч1 и КРУпч2 соответственно).

Рисунок 3.2 - Предполагаемая к реализации структурная схема КНС – 5А

Электротехнический комплекс (ЭТК) обеспечивает работу пяти насосных агрегатов (НА) с помощью двух комплектных высоковольтных преобразователей частоты (агр.1, 3, 5 от ВПЧ1, агр.2, 4 от ВПЧ2) и одного промышленного управляющего контроллера.

- ЭТК имеет возможность последовательного поочередного разгона двигателей своей секции шин (СШ) с последующим переключением их на питание от сети.

- Сохраняется возможность прямого пуска двигателей.

- Есть возможность выбора места управления – местного или дистанционного.

ЭТК осуществляет связь с автоматизированной системой мониторинга КНС (АСМ КНС).

- Имеет место возможность выбора автоматической сборки и разборки схемы для пуска электродвигателя с обеспечением электрических и технологических защит.

- Осуществляется автоматическое управление электроприводами напорных задвижек во всех режимах.

- Присутствует выбор режима управления для любого НА:

а) «Плавный пуск от ВПЧ» - поочерёдный плавный пуск электродвигателя насоса (ЭД) от ВПЧ с последующей синхронизацией напряжения ВПЧ с напряжением сети, безударным переключением ЭД насоса с питания от ВПЧ на питание от сети и последующей работой ЭД от сети.

б) «Регулирование» - плавный пуск ЭД насоса от ВПЧ, автоматическое поддержание заданного уровня за счёт регулирования частоты вращения насоса от ВПЧ.

в) «Пуск, работа от сети» - прямой пуск, работа ЭД насоса от сети, включение, отключение ЭД насосов, не подключённых к ВПЧ, при одном насосе, работающем от ВПЧ в режиме «Регулирование» - резервный режим работы.

- Алгоритмы управления должны предусматривать выравнивание токовой

загрузки частотно-управляемых электродвигателей по скорости вращения.

При недостаточной производительности основных агрегатов должно производиться подключение дополнительного агрегата непосредственно от сети 6 кВ. Очередность и статусы управления агрегатами в автоматическом режиме должны определяться оператором произвольно в зависимости от текущего состояния оборудования (готовности к включению).

4 Экономическая оценка модернизации КНС – 5А

Экономия в денежном выражении от внедрения автоматизированной системы управления с частотным регулированием на КНС складывается в основном из экономии электроэнергии при замене регулирования дросселированием на частотное регулирование и определяется расчетным путем.

Расчет сделан с учетом технического задания на внедрение автоматизированной системы управления с частотным регулированием на КНС-5а, которым предусмотрено частотное регулирование двумя насосными агрегатами (с помощью двух высоковольтных преобразователей частоты).

4.1 Существующий режим

В таблице 4.1 показан существующий режим наработки насосной станции за год и работа насосов в год.

Таблица 4.1 – годовые характеристики работы КНС – 5А

Учитывая, что сведения о среднестатистических параметрах режима работы станции в году отсутствуют, доопределим их следующим образом.

Вариант №1.

Насосная станция перекачивает за год 44080 тыс. м3 воды равномерно со средней подачей равной 44080000 м3/8760час=5084 м3/час, что соответствует одновременной работе двух насосных агрегатов.

Вариант №2.

Насосная станция перекачивает за год 44080 тыс. м3 воды по следующему графику:

- 8,4 месяца в году (6 132 часа) перекачивание воды осуществляется со средней подачей равной 4300 м3/час, что соответствует одновременной работе двух насосных агрегатов.

- 3,6 месяца в году (2 628 часа) перекачивание воды осуществляется со средней подачей равной 6750 м3/час, что соответствует одновременной работе трех насосных агрегатов.

4.2 Расчет потребления мощности при режиме работу КНС

по варианту №1.

Вариант №1 соответствует перекачиванию насосной станцией за год 44080 тыс. м3 воды равномерно со средней производительностью равной:

/ч ; [4.1]

что соответствует одновременной работе двух насосных агрегатов.

Расчетная упрощенная технологическая схема при режиме работу КНС по варианту №1 приведена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Расчетная технологическая схема режима работы КНС с производительностью /ч (в работе два насосных агрегата)

Режим работы насосных агрегатов определяется требуемой производительностью станции, напорной характеристикой сети, напорной характеристикой насосов и способом регулирования производительности насосов. На рисунке 4.2 приведены напорные характеристики насосов и сети для рассматриваемого режима в предположении, что распределение нагрузки между насосами равномерное.

Рисунок 4.2 - Работа двух насосов с общей производительностью /ч (с дросселированием и частотным регулированием).

Мощность, потребляемая из сети, определяется выражением:

При частотном регулировании:

Экономия электроэнергии при частотном регулировании по сравнению с дросселированием составляет:

∆W = 8343024 - 6474516 = 1868508кВт × час; [4.4]

Цена годовой экономии электроэнергии при тарифе с НДС и с учетом прогноза на 2015 составит:

6753тыс.руб.

4.3 Расчет потребления мощности при режиме работу КНС по варианту №2.

Вариант №2 соответствует перекачиванию насосной станцией за год 44080 тыс. м3 воды по следующему графику:

Режим-1: 8,4 месяца в году (6 132 часа) перекачивание воды осуществляется со средней подачей равной 4300 м3/час, что соответствует одновременной работе двух насосных агрегатов.

Режим-2: 3,6 месяца в году (2 628 часа) перекачивание воды осуществляется со средней подачей равной 6750 м3/час, что соответствует одновременной работе трех насосных агрегатов.

Вариант №2, режим-1.

Расчетная упрощенная технологическая схема режима-1 приведена на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 - Расчетная технологическая схема режима работы КНС с производительностью 4300 ; режим – 1 (в работе два насосных агрегата)

На рисунке 4.4 приведены напорные характеристики насосов и сети для режима-1.

Рисунок 4.4 Работа двух насосов с общей производительностью /ч (с дросселированием и частотным регулированием).

В соответствии с характеристикой сети, для обеспечения производительности Q=4300м3/час, требуется напор на выходе насосной равный Hвых.= 40м.в.ст. и параллельной работы двух насосов, каждый с производительностью QНА=2150м3/час (предполагается, что загрузка насосов одинакова).

Мощность, потребляемая из сети, определяется выражением: