Глава 11
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК
§ 11-1. Общие сведения
Насосные установки торфопредприятий используются как осушительные, противопожарные, поселковые. Поэтому электрооборудование их и степень автоматизации неодинаковы и имеют свои особенности. На крупных торфопредприятиях насосные установки полностью автоматизированы. Пуск и остановка насосных агрегатов осуществляются автоматически с диспетчерского пункта. Используются устройства телесигнализации и телеуправления.
На насосных станциях устанавливаются центробежные насосы среднего или низкого давления. Режим работы насосов продолжительный; производительность их обычно не регулируется. Пусковые условия легкие, так как пуск производится при закрытой задвижке в напорном трубопроводе или с открытой задвижкой при небольшом противодавлении.
Для привода насосов применяют асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором с непосредственным включением в сеть. Для приводов мощностью свыше 100 кВт экономически целесообразно применять синхронные электродвигатели. Их установка позволяет получить более высокую и постоянную производительность, улучшить коэффициент мощности, снизить расход и стоимость электроэнергии. Синхронные электродвигатели по сравнению с асинхронными менее чувствительны к колебаниям напряжения и, следовательно, более устойчивы в работе.
§ 11-2. Электрооборудование и автоматизация насосных установок
Основными потребителями электроэнергии на насосных станциях являются электроприводы основных и вспомогательных насосов, электрифицированные задвижки, освещение и электрический обогрев.
Питание этих электроприемников осуществляется от отдельных подстанций напряжением 10/0, 4/0, 23 кВ. В настоящее время для этой цели широко используются комплектные трансформаторные подстанции.
На рис. 11-1 приведена принципиальная схема электрооборудования типовой насосной станции противопожарного водоснабжения. На станции установлено два асинхронных короткозамкнутых электродвигателя: главного насоса мощностью 75 кВт и вакуум-насоса мощностью 6 кВт.
Питание электроприемников насосной станции производится от комплектной понизительной подстанции типа. КТП-100 с трансформатором мощностью 100 кВА и напряжением 10/0,4/0,23 кВ. Нейтраль трансформатора имеет глухое заземление, что позволяет иметь два напряжения: 380 В — для силовых электроприемников и 220 В — для освещения.
В цепи 10 кВ силового трансформатора установлены разъединитель, разрядник и предохранитель. На стороне 0,4/0,23 кВ — автоматический воздушный выключатель с тремя максимальными расцепителями.
В цепи электродвигателей в качестве коммутационных и защитных аппаратов установлены автоматические воздушные выключатели, осуществляющие защиту от коротких замыканий, перегрузок и понижения напряжения. Для автоматического управления электродвигателями предусмотрены контакторы.
По степени автоматизации управление насосными установками подразделяется на ручное, частично автоматическое и автоматическое. При автоматическом управлении все механизмы работают без дежурного персонала. Подача командных сигналов на включение и отключение подается с диспетчерского поста управления. Передачи сигналов на большие расстояния осуществляются по системе телеуправления.
Рис. 11-1. Принципиальная схема насосной станции.
Для автоматизации работы насосных установок применяются различные устройства, к которым относятся управляемые задвижки и вентили, поплавковые и электродные датчики уровня жидкости, реле давления, манометры, контрольно-измерительные приборы.
Рис. 11-2. Схема управления электрозадвижкой.
Наиболее просто вопросы автоматизации насосных установок решаются при использовании управляемых задвижек, которые обычно имеют электрический привод. Основными элементами электропривода задвижки являются асинхронный короткозамкнутый электродвигатель мощностью от 0,6 до 7 кВт, червячный редуктор и коробка с конечными выключателями.
На рис. 11-2 приведена схема привода задвижки с асинхронным короткозамкнутым электродвигателем. Для дистанционного управления электродвигателем служит реверсивный магнитный пускатель 0—3 («открытие» — «закрытие»). Для пуска электродвигателя на «открытие» нажимают кнопку О. Контактор О срабатывает, включается электродвигатель, и задвижка начинает открываться. В крайнем ее положении конечный выключатель открытия КВ О разрывает цепь катушки контактора О, и электродвигатель останавливается. Одновременно вторая пара контактов КВО замкнет цепь лампы ЛО, сигнализирующей об окончании открытия задвижки. Аналогично работает электропривод на «закрытие» при нажатии кнопки 3.
Закрытие задвижки должно быть полным, так как в противном случае неизбежна утечка воды. Для исключения этого в цепь контактора 3 включен конечный выключатель КВМ муфты предельного момента. Муфта представляет собой механическое устройство, срабатывающее при больших крутящих моментах и приводящее в действие конечный выключатель. Если в процессе закрытия задвижки момент нагрузки на валу электродвигателя резко возрастает, муфта срабатывает и выключатель КВМ отключает электродвигатель. Вторая пара контактов КВМ замыкает цепь сигнальной лампы ЛМ.
После срабатывания муфты контакты выключателя КВМ возвращаются в исходное положение. Схема в этом случае может работать только на «открытие». Повторное включение электродвигателя на «закрытие» снова приведет к срабатыванию муфты предельного момента.
Схема дистанционного управления задвижкой может быть, встроена в систему автоматизированного управления насосным агрегатом. В этом случае включение задвижки на «открытие» и «закрытие» осуществляется контактами реле пуска и останова насоса, которые включаются в цепь катушки контакторов О и З.
В некоторых схемах управления электроприводом задвижки вместо муфты предельного момента и конечных выключателей предусматривают максимальные токовые реле, которые включаются в цепь статора электродвигателя.
При автоматизации насосных установок используют стандартные станции управления и блоки автоматики, на которых смонтированы пусковые и защитные устройства. Станции выпускаются для управления электродвигателями напряжением до 1000 В и выше на различные мощности.
Электрическая схема одной из таких типовых станций (ПЭХ-5003-33А2) приведена на рис. 11-3. Станция предназначена для управления насосным агрегатом без управляемой задвижки с электродвигателем мощностью до 55 кВт. Схема станции предусматривает ручное (местное), автоматическое и дистанционное управление насосом.
При ручном управлении универсальный переключатель режимов УП устанавливается в положение Р. В этом случае пуск и останов электродвигателя осуществляются дистанционно с помощью кнопок П и С, путем воздействия на линейный контактор Л, установленный в цепи статора электродвигателя.
Для автоматического управления от датчиков или телеуправления с диспетчерского пункта переключатель УП ставят в положение А. Импульсы на включение и отключение насоса подаются в катушки реле телеуправления РКВ («включить») и РКО («отключить») .
Последовательность работы схемы следующая. При подаче импульса на включение срабатывает реле РКВ и своим замыкающим контактом включает реле пуска агрегата РП.
Это реле одним своим контактом самоблокируется, а другим включает реле управления контактором РПЛ. Последнее также самоблокируется и вторым контактом замыкает цепь катушки линейного контактоpa Л. Электродвигатель насоса пускается в ход. Реле РКВ, рассчитанное на кратковременную работу, отключается размыкающим блок-контактом Л.
При подаче импульса на отключение сработает реле останова РКО, которое разомкнет цепь катушки реле РПЛ, а оно в свою очередь отключит контактор Л.
Уровень воды в скважине контролируется электродным сигнализатором 1СВ, контакт которого включен в цепь реле РКВ. Если уровень воды мал, контакт разомкнут и реле не включится. Сигнализатор 2СВ контролирует исправность трубопровода. Его контакт установлен на высоте 5—10 см над уровнем пола павильона скважины. Если контакт 2СВ будет залит водой, он замкнет цепь, аварийного реле РА, которое размыкающим контактом отключит реле РПЛ и остановит агрегат, а размыкающим контактом подаст сигнал на диспетчерский пункт. Сигнализатор 3СВ, контакт которого включен в цепь реле РП, контролирует подачу воды к подшипникам трансмиссионного вала. При отсутствии воды в трубопроводе, подающем воду к подшипникам, контакт 3СВ разомкнут и насос не будет включен.
Давление воды в напорном трубопроводе контролируется контактным манометром КМ, размыкающий контакт которого включен, в цепь реле контроля работы агрегата РВ. Если при пуске насос развивает нормальное давление в трубопроводе, КМ разомкнут и. не дает включиться реле РВ, которое срабатывает с выдержкой времени. Если же нужного давления не создается, КМ остается замкнутым, РВ срабатывает и замыкающим контактом включает реле аварии РА, после чего агрегат останавливается. Одновременно подается сигнал на диспетчерский пункт.
Схема предусматривает устройство охранной сигнализации. Дверной контакт ДК при открытой двери павильона станции замыкается, что приводит к срабатыванию с выдержкой времени реле сигнала РПС. Замыкающий контакт этого реле, включенный в цепь собственной катушки, разорвет ее цепь, и реле вновь отключится также с выдержкой времени, так как параллельно катушке подключен конденсатор К. Контакт РПС, включенный в цеиь телеуправления, вызовет при этом мигание сигнальной лампы на диспетчерском пункте. Так как подобные схемы работают на постоянном токе, в цепи катушки РПС и конденсатора К включен полупроводниковый вентиль.
На станции управления установлен счетчик электроэнергии, параллельная катушка которого включена на напряжение сети, а последовательная в цепь фазы статора через трансформатор тока.
В системах осушения и водоснабжения торфопредприятий широко используются погружение насосы с электродвигателями специальной конструкции. Подобные агрегаты предназначены для артезианских скважин. На рис. 11-4 приведена схема установки насосов ЭЦВН, выпускаемых в настоящее время. Весь агрегат подвешен в скважине на водопроводной трубе. Насос и электродвигатель должны быть полностью погружены в воду.
Погружные насосы могут подавать воду или непосредственно в систему водоснабжения, или в сборный резервуар (водонапорную башню).
Рис. 11-4. Схема установки погружного электронасоса:
1 — электродвигатель; 2 — сетки; 3 — насос; 4 — кабель; 5 — обсадная колонка; 6 — муфта; 7 — колено с фланцем; 8 — станция управления; 9 — манометр; 10 — задвижка.
В последнем случае для автоматизации работы насоса применяют поплавковые датчики уровня или электродные реле уровня.
Поплавковые датчики уровня имеют различные конструкции и используются в сочетании с электрическими выключателями, которыми могут быть конечные выключатели, микропереключатели,
ртутные контакты. Датчики применяются также для контроля и автоматизации заливки насосов.
Электродные реле уровня являются более совершенными по сравнению с поплавковыми датчиками. На рис. 11-5 показана схема реле, работающего в системе водопонижения. В резервуар на различном уровне опущены стальные или латунные стержни-электроды. Они включены в электрическую цепь промежуточного реле РП, получающего питание от понижающего трансформатора ТП с вторичным напряжением 36 В.
Пока вода не достигнет верхней отметки Нв, реле отключено и его замыкающий контакт РП1 в цепи магнитного пускателя разомкнут, насос не работает. При достижении водой уровня Нв цепь катушки реле замыкается через воду и электроды К и Э. Реле срабатывает и включает электродвигатель насоса. Замыкающий контакт РП2 при этом обеспечивает питание катушки через электроды Э и К.
При опускании уровня воды до отметки Нн, насос будет работать. Когда уровень воды станет меньше Нн, реле РП будет обесточено и насос отключится. Таким образом, автоматически обеспечивается периодичность работы откачивающего насоса в пределах заданного изменения уровня воды.
Вопросы для самопроверки
1. Дайте характеристику основного электрооборудования, устанавливаемого на насосных станциях. Поясните схему электроснабжения насосных агрегатов.
2. Приведите обоснование типов электроприводов, применяемых для насосов.
- Поясните необходимость автоматизации насосных установок на торфопредприятиях.
- Поясните схему управления электрифицированной задвижной (рис. 11-2).
- Разберите электрическую схему насосной станции, приведенную на рис. 11-3, и поясните автоматический пуск и отключение насосных агрегатов при управлении с диспетчерского пункта.
