ПЗ (1231563), страница 3
Текст из файла (страница 3)
– экономить электроэнергию, за счет регулирования мощности электропривода (20-50%);
– уменьшить расходы на аварийные ремонты оборудования за счет резкого уменьшения числа аварийных ситуаций (ресурс службы оборудования повышается минимум в 1,5 раза);
– снизить расход воды, за счёт сокращения утечек при превышении давления в магистрали (в среднем на 5 %);
– комплексно автоматизировать систему водоснабжения, тем самым снижая фонд заработной платы обслуживающего и дежурного персонала, и исключить влияние «человеческого фактора» на работу системы.
Цель работы – снижение энергетических затрат и обеспечение плавного регулирования частоты вращения электродвигателей насосной станции путем применения системы автоматизированного управления.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
1 - выполнить анализ существующих систем водоснабжения и, в частности, анализ технологического процесса работы насосной станции Хабаровск-1;
2 - разработка систем управления насосной станции;
3 - выбрать и рассчитать основные параметры и характеристики работы насосной станции Хабаровск-1;
4 - разработать алгоритм управления электроприводом насосной станции;
5 - выполнить технико-экономическую оценку разработки системы водоснабжения насосной станции Хабаровск-1.
2. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НАСОСНЫМИ СТАНЦИЯМИ ПРИ ВОДОСНАБЖЕНИИ ГОРОДА
2.1. Технологического процесса насосной станции ст.Хабаровск-1
Под схемой водоснабжения понимают генеральный план объекта водоснабжения с указанными на нем водопроводными сооружениями. Проектирование схем водоснабжения осуществляется на основе генеральных планов (срок 8-10 лет и перспектива на срок 20-25 лет) и предприятий города. Схема водоснабжения обусловлена следующими факторами, из которых главными являются следующие: расположение, качество воды и мощность источника водоснабжения, кратность использования воды на промышленных предприятиях любого промышленного города.
Например, для водопровода ст. Хабаровск-1, построенного в 1935–36 гг., и имел очистные сооружения водопровода производительностью 4400 м3/сут. Источником водоснабжения г. Хабаровска служат река Амур, Амурская протока и подземные воды. Русловый водозабор из реки Амур осуществляется Головными очистными сооружениями водопровода (ГОСВ), проектная производительность - 326 000 кубических метров в сутки.
Схема водоснабжения ст. Хабаровск-1 состоит из следующих основных элементов:
- водоприемных сооружений;
- водоподъемных сооружений, т.е. насосных станций, подающих воду к очистным сооружениям (насосная станция I подъема) или потребителям (насосная станция II или III подъема);
- очистных сооружений;
- башен и резервуаров, накапливающих запасы воды или регулирующих напоры и расходы;
- водоводов и трубопроводов, предназначенных для транспортирования воды к потребителям.
Схема водоснабжения показана на рисунке 2.1:
Рис. 2.1. Схема водоснабжения города
Вода из реки поднимается насосами первого подъема и по трем водоводам поступает на очистные сооружения водопровода. Схема очистки воды – реагентная, двухступенчатая: первая ступень – горизонтальные отстойники с гидравлическими камерами хлопьеобразования, вторая – скорые фильтры. Очищенная вода собирается в резервуарах чистой воды, далее насосами второго подъема подается потребителям. Фильтры промываются обратным потоком воды из резервуара чистой воды (РЧВ).
Забор воды осуществляется двумя водоприемниками трубчатой конструкции, которые расположены в районе стадиона им. Ленина. По самотечным трубопроводам вода перетекает в береговой колодец, далее насосами первого подъема подается на очистные сооружения, которые расположенные в парковой зоне стадиона. Захвата донного наносного песка практически не происходит, что обусловлено удачным выбором местоположения русловых водоприемников по гидравлическим условиям подхода воды. Но размещение водозабора в центре города не отвечает требованиям санитарной защиты источника водоснабжения.
По ГОСВ применяются реагенты: хлор, коагулянт оксихлорид алюминия, флокулянты, сульфат аммония и порошкообразный активированный уголь.
Постоянно ведется поиск и внедрение новых реагентов для совершенствования технологии подготовки питьевой воды.
Вода обрабатывается активированным углем для удаления органических соединений, придающих воде неприятный запах. Для предотвращения образования хлорорганических соединений и пролонгирования обеззараживающего действия хлора, применяется преаммонизация.
Проектная производительность первой очереди очистных сооружений – 250 кубических метров в сутки. В 2002 году возобновлено строительство второй очереди. В 2005 году введены в эксплуатацию современная хлораторная и блок фильтров, мощностью 76000 кубических метров в сутки. В 2007 году введены - резервуар чистой воды объемом 10 тысяч кубических метров и блок отстойников мощностью 76 000 кубических метров в сутки, оборудованный современными системами – тонкослойными модулями и скребковыми механизмами для удаления осадка. В 2011 году введены в эксплуатацию резервуар - усреднитель промывной воды фильтров с песковыми площадками, отстойники промывной воды, резервуар-усреднитель осадка отстойников. Современное реагентное хазяйство запроектировано на потребность в коагулянте и флокулянтах для блока очистки производительностью 76 000 кубических метров в сутки с учетом его развития до 136 000 кубических метров в сутки.
Основное энергетическое оборудование включает насосы и приводные электродвигатели, которые называют гидроагрегатом (агрегатом насосной станции). В машинном зале насосной станции города Хабаровска установлено 9 высоковольтных приводных электродвигателей. 7 асинхронных и 2 синхронных (рисунок 2.2.).
Рис. 2.2. Машинный зал насосной станции НС 2 ГОСВ
Электродвигатель асинхронный трехфазный с короткозамкнутым ротором защищенный серии А4 предназначен для привода насосов, вентиляторов, воздуходувок, дымососов и других механизмов, не требующих регулирования частоты вращения.
Двигатели машинного зала насосной станции НС 2 вводятся в работу способом прямого пуска от питающей сети 6 кВ. На рисунке 2.3. показана однолинейная электрическая схема насосной станции.
Данная система водоснабжения обладает следующими недостатками. При прямом пуске двигателя переменного тока по обмоткам двигателя протекают большие токи, которые при частых пусках могут привести к выходу из строя двигателя. Это связана с тем, что на обмотки двигателя действуют электродинамические усилия, величина которых пропорциональна квадрату тока, который в 5 - 7 раз превышает номинальный. Следовательно, электродинамические усилия, действующие на обмотки, возрастают в 25 - 49 раз, что приводит к разрушению изоляции.
Рис. 2.3. – Однолинейная электрическая схема насосной станции
Очевидно, что прямой пуск двигателей - это аварийно опасный режим работы двигателя. Подавляющее большинство выходов из строя двигателей происходит в процессе пуска.
Частые отключения и включения двигателей, особенно большой мощности, неблагоприятны для других потребителей (наблюдаются повышение нагрузки на электрические сети, посадки напряжения).
Потребление воды жителями города изменяется в зависимости от времени суток. Из графика на рисунке 2.4. видно, что пиками потребления воды являются часы с 6.00 ч до 9.00 ч утра и с 18.00 ч до 20.00 ч вечера, а с 24.00 ч до 5.00 ч наблюдается минимальный разбор воды. Следовательно, постоянная работа насоса на максимальных оборотах не целесообразна.
Рис. 2.4. График потребления воды ГОСВ Водоканала
Классический метод управления подачей насосных установок предполагает дросселирование напорных линий и регулирование количества работающих агрегатов по какому - либо техническому параметру (например, давлению в трубопроводе).
Насосные агрегаты в этом случае выбираются исходя из общих расчётных характеристик и работают с постоянной частотой вращения без учета водопотребления. При минимальном расходе воды насосы продолжают работу создавая избыточное давление в сети (при этом бесполезно расходуется значительное количество электроэнергии, например в ночное время суток).
2.2. Разработка функциональной схемы насосной станции ст.Хабаровск-1
Современная насосная станция – это группа насосов и их система управления работающая па определенному закону в автоматическом режиме, обладающая полным набором электрических и технологических защит. На рисунке 2.5. приведена функциональная схема станции водоснабжения станции ст. Хабаровск-1.
По ней можно рассмотреть принцип работы группового управления насосами. В основе автоматической работы лежит параллельная работа насосов на единый выходной коллектор функции технологического параметра, в данном случае давление. Все насосы в группе развивают одинаковый напор.
При изменении производительности системы по отклонению изменяемой физической величины производится автоматическое включение или отключение дополнительных насосов. Количество насосов определяется оптимальным значением КПД, диапазоном расходов перекачиваемой воды, затрат на систему управления, требуемой надежностью систем резервирования.
Рис. 2.5. Функциональная схема системы управления насосной станции с преобразователями частоты.
Использование тиристорных преобразователей частоты обеспечивает безударный запуск и останов на открытую систему трубопроводов. В предлагаемом варианте решения данной проблемы на каждый электродвигатель устанавливается свой преобразователь частоты.
Эффект от одной скорости вращения всех насосов может и меть дополнительно до 10÷12% от общего вклада в энергосбережение. Причина заключается в том, что отсутствуют потери давления в выходном коллекторе из-за различных скоростей потоков перекачиваемой воды от насосов в группе. При этом происходит существенное снижение затрат на обслуживание и эксплуатацию самой системы управления станцией.
Можно обеспечить выбор любого насоса в качестве основного без громоздких схем коммутации выходных цепей и в аварийных ситуаций по выходным цепям преобразователя частоты оставить контур регулирования в работе на других насосов. Выбор частот при которых производится плавных запуск, останов и регулирование скорости электродвигателей подчиненных насосов производится по зонам максимального КПД насоса, с учетом допустимого количество запусков в час электродвигателей и допустимого изменения давления в системе трубопроводов.
Преобразователь частоты со специальной функцией управления так же регулирует производительность одного из насосов. При превышении его производительности сверх установленного уровня, преобразователь частоты обеспечивает синхронизацию входного и выходного напряжения по фазе и амплитуде. После синхронизации обеспечивается шунтирование преобразователя с прямым подключением электродвигателя на питающую сеть. Синхронизация обеспечивает снижение бросков тока примерно до уровня пусковых с более коротким периодом времени. Зашунтированный преобразователь частоты с помощью коммутации выходных цепей переключается на следующий электродвигатель. При этом второй насос становится регулируемым.
Далее этот двигатель также можно вывести на максимальную производительность и переключить на сеть и т.д. Отключение насосов станции происходит в обратном порядке.
2.3. Разработка принципиальной схемы насосной станции
Присоединение электрических двигателей насосной станции к линии электропередачи выполняется с помощью электрического оборудования (основные элементы которого: масляные выключатели, разъединители, изоляторы, токоведущие части, силовые кабели, измерительные трансформаторы и предохранители) по схеме, обеспечивающей электроэнергией основные и вспомогательные агрегаты станции. Принятая схема электрических соединений определяет компоновку оборудования станции, надежность, долговечность и экономичность в эксплуатации.
Так как насосные станций относятся к первому классу надежности, то принимаем схему с двумя независимыми источниками питания. Перерыв в электроснабжении допускается только на время автоматического ввода резервного питания.
Токоведущие шины с помощью разъединителя разделены на секции, что позволяет осматривать и ремонтировать электрическое оборудование и обеспечивает питание каждого электродвигателя от любого источника питания. Распределительное устройство 6кВ предназначенное для подключения электродвигателей приведено на рисунке 2.6.
В данной схеме приводится подключение сетевых насосов к питающим шинам через устройство плавного пуска. Плавного пуск двигателя путем подачи на него медленно нарастающее напряжение обеспечивает цифровое микропроцессорное устройство, позволяя получить мягкий пуск и плавный разгон, необходимого для запуска двигателя. Данное устройство обеспечивает снижение тока и момента во время пуска двигателя, оно дает возможность по управлению насосом, защите двигателя и получению информации с аналогового выхода.
Рис. 2.6. Однолинейная схема электроснабжения РУ-6кВ
Шкаф комплектного распределительного устройства КРУ-6кВ состоит из трех отдельных стандартных ячеек. Ячейки типа LS11 оборудованы силовыми вакуумными выключателями. На рисунке 2.7. изображена конструкция ячейки силового выключателя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
