Система пуска и регулирования агрегатов с приводными электродвигателями

Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к системам пуска и регулирования производительности насосных, компрессорных или тягодутьевых агрегатов с приводными электродвигателями и может быть использована в системах водоснабжения, водоотведения, оборотного водоснабжения, теплоснабжения, магистральных газонефтепроводах, системах вентиляции, аспирации на машиностроительных, металлургических и др. предприятиях. Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении плавности регулирования производительности насосных, компрессорных станций или воздуходувных установок и уменьшении потерь электроэнергии. Система пуска и регулирования агрегатов с приводными электродвигателями содержит основные агрегаты с приводными электродвигателями, соединенные с соответствующими рабочими и пусковыми коммутирующими аппаратами, головные коммутирующие аппараты, подсоединенные входами к питающей сети, устройство безударного плавного пуска в цепи между выходами головных и входами пусковых коммутирующих аппаратов, логический контроллер выполнен регулирующим, система управления верхнего уровня АСУТП, кабели управления, N_peг регулирующих агрегатов разной производительности с приводными электродвигателями, датчики технологического параметра, шкафы с КИПиА. Основных агрегатов с приводными электродвигателями М-1. Регулирующие агрегаты с приводными электродвигателями соединены соответствующими датчиками технологического параметра и со шкафами с КИПиА. 1 н.п., 2 з.п. ф-лы.

Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к системам пуска и регулирования производительности насосных, компрессорных или тягодутьевых агрегатов с приводными электродвигателями и может быть использована в системах водоснабжения, водоотведения, оборотного водоснабжения, теплоснабжения, магистральных газо-нефтепроводах, системах вентиляции, аспирации на машиностроительных, металлургических и др. предприятиях.

Известны системы пуска и регулирования агрегатов с приводными электродвигателями насосных, компрессорных станций и воздуходувных установок, основанные на частотном, каскадном и каскадно-частотном регулировании. (Петров Д. «Регулируемый привод в насосных установках», журнал «Силовая электроника», 2005 г. 4).

Недостатки аналогов - значительные материальные затраты.

Известна система пуска и регулирования агрегатов с приводными электродвигателями насосных, компрессорных станций и воздуходувных установок с каскадным регулированием (Копырин В., Бородацкий Е. «Автоматизация насосной станции с применением частотно-регулируемого электропривода», журнал «Силовая электроника», 2006 г. 2). Принцип действия заключается во включении и выключении параллельно установленных агрегатов.

Недостаток системы на базе каскадного регулирования с точки зрения регулирования технологического параметра состоит в том, что обычно агрегаты, с помощью которых регулируется технологический параметр, имеют одинаковую или близкую по величине производительность при номинальной скорости. Включение или отключение одного из агрегатов приводит к большому скачку регулируемого параметра. Например, при 4 агрегатах (из которых 3 рабочих и 1 резервный), включение или отключение одного агрегата изменяет производительность на 33,3%. Поэтому с целью достижения требуемой величины технологического параметра прибегают к глубокому дроссельному регулированию производительности насосных или компрессорных станций, что приводит к потерям электроэнергии и качества регулирования и пуска.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип является система регулирования агрегатов с приводными электродвигателями (каталог Кампании «АБС Электро», ОАО «ВНИИР», «Электроприводная техника», опубликовано 09.2010 г.) содержащая основные агрегаты с приводными электродвигателями, соединенные с соответствующими рабочими и пусковыми коммутирующими аппаратами, головные коммутирующие аппараты, подсоединенные входами к питающей сети, устройство безударного плавного пуска в цепи между выходами головных и входами пусковых коммутирующих аппаратов, логический контроллер, система управления верхнего уровня АСУТП, кабели управления. В этой системе используется устройство безударного плавного пуска, позволяющее производить неограниченное количество пусков и остановов агрегатов.

На фиг.1 показана схема прототипа с 4-мя электродвигателями, содержащая рабочие коммутирующие аппараты 1, подключенные к основным агрегатам с приводными электродвигателям 3, головные коммутирующие аппараты 2, устройство безударного плавного пуска 5, пусковые коммутирующие аппараты 6, логический контроллер, выполненный программируемым (ЛК) 13, пульт управления 8, систему управления верхнего уровня (АСУ ТП) 10; кабели управления 9, выполненные, например, из проводов или оптоволокна. Прототип построен по каскадному способу регулирования.

Оператором с пульта управления или от АСУ ТП выбирается подлежащий запуску электродвигатель 3. По команде ПУСК ЛК 13 включает соответствующий электродвигателю 3 коммутирующий аппарат 6, подключая двигатель к выходу устройства безударного пуска 5. Затем включается головной коммутирующий аппарат 2 с той секции шин, от которой питается запускаемый электродвигатель 3 и на устройство безударного пуска 5 подается напряжение. ЛК 13 тестирует состояние устройства безударного пуска 5 и разрешает подачу отпирающих импульсов на тиристоры устройства. На статорной обмотке электродвигателя 3 начинается рост напряжения и тока до величины, необходимой для разгона электродвигателя 3. После окончания разгона включается рабочий коммутирующий аппарат 1, соответствующий запускаемому электродвигателю 3, и последний подключается на полное напряжение сети. Отключаются коммутирующие аппараты 2 и 6. Система готова к следующему пуску.

Недостатки системы построенной по каскадному способу регулирования с применением устройства безударного плавного пуска заключается в значительных потерях электроэнергии, обусловленных использованием агрегатов большой мощности, запуском электродвигателей, во всех случаях, на полное напряжение, что приводит к потерям электроэнергии, ухудшению плавности регулирования и пуска.

Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении плавности регулирования производительности насосных, компрессорных станций или воздуходувных установок и уменьшении потерь электроэнергии

Технический результат достигается тем, что в систему пуска и регулирования агрегатов с приводными электродвигателями, содержащую основные агрегаты с приводными электродвигателями, соединенные с соответствующими рабочими и пусковыми коммутирующими аппаратами, головные коммутирующие аппараты, подсоединенные входами к питающей сети, устройство безударного плавного пуска в цепи между выходами головных и входами пусковых коммутирующих аппаратов, логический контроллер, систему управления верхнего уровня АСУТП, кабели управления, введены N регулирующих агрегатов разной производительности с приводными электродвигателями, датчик технологического параметра, шкафы с КИПиА, причем основных агрегатов с приводными электродвигателями М-1, а логический контроллер выполнен регулирующим, регулирующие агрегаты с приводными электродвигателями, соединены с датчиками технологического параметра и со шкафами с КИПиА. регулирующий логический контроллер выполнен с возможностью автоматического выбора, останова и пуска требуемого количества агрегатов, обеспечивающих поддержание заданного уровня технологического параметра. Количество регулирующих агрегатов с приводными электродвигателями выбирается в зависимости от требуемой дискреты регулирования.

Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что за счет введения в систему нескольких регулирующих агрегатов с приводными электродвигателями разной но, меньшей производительности, при этом соотношение производительности регулирующих агрегатов выбирается, например, из ряда 1:2:4:8:16 и. т.д. и суммарная производительность регулирующих агрегатов меньшей производительности равна производительности основного агрегата минус производительность самого меньшего агрегата. Например, рассмотрим на примере где один насосный агрегат ЦНС-180-1900 (подача 180 м³/час, напор 1900 м) с электродвигателем СТД1600 (1600 кВт, 3000 об/мин) может быть заменен на 4 насосных агрегата с тем же напором и производительностью 12 м³/час, 24 м³/час, 48 м³/час и 96 м³/час с суммарной подачей 178 м³/час. В этом случае, по сравнению с системой с основными агрегатами одинаковой производительности, минимальная дискрета регулирования в 5 раз меньше (6,66%), что в большинстве случаев достаточная точность поддержания технологического параметра.

Включаемые в работу регулируемые агрегаты работают с номинальной производительностью и наиболее высоким КПД, необходимость в дросселировании отпадает, следовательно, экономится электроэнергия и улучшается пуск и регулирование системы.

На фиг.1 - схема прототипа, на фиг.2 - однолинейная схема заявляемой системы (далее СРП), где приняты следующие обозначения:

1 - рабочие коммутирующие аппараты;

2 - головные коммутирующие аппараты;

3 - основные агрегаты с приводными электродвигателями;

4 - регулирующие агрегаты с приводными электродвигатели;

5 - устройство безударного плавного пуска (далее УПП);

6 - пусковые коммутирующие аппараты;

7 - регулирующий логический контроллер (далее РЛК)

8 - пульт управления;

9 - кабели управления

10 - система верхнего уровня АСУ ТП;

11 - датчик технологического параметра.

12 - шкафы с контрольно-измерительными приборами и автоматикой (КИПиА);

13 - логический контроллер (ЛК), выполненный программируемым.

Система регулирования агрегатов с приводными электродвигателями содержит рабочие коммутирующие аппараты 1, головные коммутирующие аппараты 2, подключенные входами к питающей сети, основные агрегаты с приводными электродвигателями 3, подсоединенные к выходам соответствующих рабочих коммутирующих аппаратов 1 и пусковых коммутирующих аппаратов 6, регулирующие агрегаты с приводными электродвигатели 4, подсоединенные к выходам соответствующих рабочих коммутирующих аппаратов 1 и пусковых коммутирующих аппаратов 6, устройство безударного плавного пуска 5, включенное между выходами головных коммутирующих аппаратов 2 и входами пусковых коммутирующих аппаратов 6, регулирующий логический контроллер 7, осуществляющий регулирование технологического параметра путем управления всеми коммутирующими аппаратами и устройством безударного плавного пуска 5, шкафы с контрольно-измерительными приборами и автоматикой (КИПиА) 12; систему управления верхнего уровня АСУТП 10 и датчик технологического параметра 11 связаны с регулирующим логическим контроллером 7 кабелями управления 9.

Система пуска и регулирования агрегатов с приводными электродвигателями (далее СРП) работает следующим образом.

При подаче питания на элементы СРП происходит их инициализация и самодиагностика. Затем РЛК 7 опрашивает состояние всех основных элементов системы 1, 2, 58, 10, 11 и в случае исправности и готовности к работе сообщает в систему управления верхнего уровня АСУТП 10 или на пульт управления 8 об этом.

Из АСУ ТП 10 или с пульта управления задается в РЛК 7 требуемая величина регулируемого технологического параметра и подается команда ПУСК. РЛК 7 в соответствии с находящейся в его памяти информации о производительности агрегатов производит расчет и выбирает агрегаты, которые необходимо плавно запустить для обеспечения заданной величины регулируемого технологического параметра и осуществляет их автоматический пуск с помощью УПП 5 и коммутирующих аппаратов 2 и 6, т.е. количество регулирующих агрегатов выбирается в зависимости от требуемой дискрета регулирования.

Если текущее заданное значение величины технологического параметра отклоняется от заданного значения больше, чем на Q _осн\(2ⁿ-1) - зона нечувствительности, где Q _осн - производительность основного агрегата, N_peг - количество регулирующих агрегатов, то РЛК 7 рассчитывает и производит необходимые отключения и включения основных и регулирующих агрегатов с целью - ликвидировать возникшее отклонение.

В сравнении с прототипом введение в СРП нескольких регулирующих агрегатов с приводными электродвигателями разной но, меньшей производительности с соотношением производительности, например, 1:2:4:8:16 и т.д. позволило:

- уменьшить дискретность изменения регулируемого технологического параметра при изменении количества включаемых или отключаемых агрегатов и повысить плавность регулирования;

- исключить потери электроэнергии, связанные с дросселированием при регулировании и обеспечить номинальный режим.

1. Система пуска и регулирования агрегатов с приводными электродвигателями, содержащая основные агрегаты с приводными электродвигателями, соединенные с соответствующими рабочими и пусковыми коммутирующими аппаратами, головные коммутирующие аппараты, подсоединенные входами к питающей сети, устройство безударного плавного пуска в цепи между выходами головных и входами пусковых коммутирующих аппаратов, логический контроллер, система управления верхнего уровня АСУТП, кабели управления, отличающаяся тем, что введены N_peг регулирующих агрегатов разной производительности с приводными электродвигателями, датчики технологического параметра, шкафы с КИПиА, при этом регулирующие агрегаты с приводными электродвигателями подсоединены к выходам соответствующих рабочих и пусковых коммутирующих аппаратов, а система управления верхнего уровня АСУТП и датчики технологического параметра связаны с логическим контроллером кабелями управления, логический контроллер выполнен регулирующим, регулирующие агрегаты с приводными электродвигателями соединены с соответствующими датчиками технологического параметра и со шкафами с КИПиА.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что регулирующий логический контроллер выполнен с возможностью автоматического выбора, останова и пуска требуемого количества агрегатов, обеспечивающих поддержание заданного уровня технологического параметра.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что количество регулирующих агрегатов выбирается в зависимости от требуемой дискреты регулирования.