Схема управления насосной станцией

• Добавлен: 08.06.2017
• Размер: 59 KB
• Закачек: 2

Описание

Схемой управления предусмотрен автоматический и ручной пуск насосной станции. Рассмотрим подробнее автоматический пуск. Для этого переключатели S3, S4,S5 переведем в положение «Автомата». Далее пуск всей установки осуществляем нажатием кнопки S2. Подав питание на электроустановку, получают питание реле напряжения KV1, KV2, KV3 и замыкают свои контакты в цепях контакторов КМ1, КМ2, КМ3. При нажатии кнопки S2 получает питание реле К1 — реле защиты от повторного автоматического запуска насоса при кратковременном обеспечении системы и замыкает свой контакт К1.1 — кнопку S2. Параллельно получает питание реле КМ5, открывая задвижку первого насоса, и реле магнитного пускателя КМ1, замыкая свои контакты и пуская двигатель первого насоса, так же КМ1 замыкает контакт КМ1.3 после чего включается сигнализация работы первого двигателя. Одновременно с этим получает питание реле времени КТ1 с выдержкой времени, соответствующем пуску двигателя. КТ1 замыкает свой контакт КТ1.2 в цепи управления вторым электродвигателем. Получает питание реле КМ6, открывая задвижку, и реле магнитного пускателя КМ2, пуская двигатель второго насоса, КМ2 замыкает контакт КМ2.3, включается сигнализация работы второго двигателя. Одновременно с этим получает питание реле времени КТ2 и с выдержкой времени замыкает свой контакт КТ2.2 в цепи управления двигателем третьего насоса, далее аналогично включается третий двигатель. Ручной пуск насосной установки. Для этого аппозиционные выключатели S3, S4,S5 переведем в положение «Ручной». Пуск первого двигателя осуществляется нажатием кнопки S2 и SB1, второго и третьего — кнопками SB2 и SB3. Включение двигателя резервного насоса рассмотрим на примере остановки первого насоса. Во время устойчивой работы первого насоса нормально замкнутый контакт реле магнитного пускателя КМ 1.4 находится в разомкнутом положении. При остановке первого двигателя (допустим, сработало тепловое реле) в схеме управления первым двигателем размыкается нормально замкнутый контакт КК1, теряет питание реле КМ1 и его нормально замкнутый контакт КМ1.1 возвращается в исходное положение, то есть размыкается. Таким образом, получает питание реле напряжения KV1 и замыкает свой контакт KV 1.1. Одновременно с ним получает питание реле магнитного пускателя КМ4, замыкает свои контакты, и происходит пуск резервного двигателя. Если останавливаются все двигатели, выпадает сигнал Н5 «Авария» и звонит звонок. Нажатием кнопки S1 схема обесточивается. Максимальная защита силовых цепей обеспечивается автоматическими выключателями SQ1, SQ2, SQ3, SQ4. Защиту ЭД от токов перегрузки обеспечивают тепловые реле КК1. КК4. При токах превышающих уставки тепловых реле, они размыкают свои контакты в цепях контакторов, в результате чего двигатель отключаются.

Схема управления двигателем насос

Для автоматизации насосных установок кроме аппаратуры общего применения (контакторов, магнитных пускателей, переключателей, промежуточных реле) применяются специальные аппараты управления и контроля, например, реле контроля уровня, реле контроля заливки центробежных насосов, струйные реле, поплавковое реле, электродные реле уровня, различные манометры, датчики емкостного типа и др.

Автоматизация насосов и насосных станций , как правило, сводится к управлению погружным электронасосом по уровню воды в баке или давлению в напорном трубопроводе.

Рассмотрим примеры автоматизации насосных установок.

На рис. 1, а показана схема автоматизации простейшей насосной установки — дренажного насоса 1, а на рис. 1, б приведена электрическая схема этой установки. Автоматизация насосной установки осуществляется с помощью поплавкового реле уровня. Ключ управления КУ имеет два положения: для ручного и автоматического управления.

Рис. 1. Конструкция дренажной насосной установки (а) и ее электрическая схема автоматизации (б)

На рис. 2 приведена схема автоматизации управления погружным насосом по уровню воды в баке водонапорной башни, реализованная на релейно-контактных элементах .

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема автоматизации погружным насосом по уровню воды в баке- водонапорной башни

Режим работы схемы автоматизации насосом задается переключателем S А1. При установке его в положение «А» и включении автоматического выключателя QF подается напряжение на электрическую схему управления. Если уровень воды в напорном баке находится ниже электрода нижнего уровня датчика ДУ, то контакты SL 1 и SL 2 в схеме разомкнуты, реле К V 1 обесточено и его контакты в цепи катушки магнитного пускателя КМ замкнуты. В этом случае магнитный пускатель включит электродвигатель насоса, одновременно погаснет сигнальная лампа Н L 1 и загорится лампа Н L 2. Насос будет подавать воду в напорный бак.

Когда вода заполнит пространство между электродом нижнего уровня SL 2 и корпусом датчика, подключенным к нулевому проводу, цепь SL 2 замкнется, но реле K V1 не включится, так как его контакты, включенные последовательно с SL 2, разомкнуты.

Когда вода достигнет электрода верхнего уровня, цепь SL 1 замкнется, реле К V 1 включится и, разомкнув свои контакты в цепи катушки магнитного пускателя КМ, отключит последний, а замкнув замыкающие контакты, станет на самопитание через цепь датчика SL 2. Электродвигатель насоса отключится, погаснет сигнальная лампа Н L 2 и загорится лампа Н L 1. Повторное включение электродвигателя насоса произойдет при понижении уровня воды до положения, когда разомкнётся цепь SL 2 и реле К V 1 будет отключено.

Включение насоса в любом режиме возможно только в том случае, если замкнута цепь датчика «сухого хода» ДСХ ( SL 3), контролирующего уровень воды в скважине.

Основным недостатком управления по уровню является подверженность обмерзанию электродов датчиков уровня в зимнее время, из-за чего насос не выключается и происходит переливание воды из бака. Бывают случаи разрушения водонапорных башен из-за намерзания большой массы льда на их поверхности.

При управлении работой насоса по давлению электроконтактный манометр или реле давления можно смонтировать на напорном трубопроводе в помещении насосной. Это облегчает обслуживание датчиков и исключает воздействие низких температур.

На рис. 3 приведена принципиальная электрическая схема управления башенной водоснабжающей (насосной) установкой по сигналам электроконтактного манометра (по давлению) .

Рис. 3. Принципиальная электрическая схема управления башенной водоснабжающей установкой от электроконтактного манометра

При отсутствии воды в баке контакт манометра S Р1 (нижний уровень) замкнут, а контакт S Р2 (верхний уровень) разомкнут. Реле КV1 срабатывает, замыкая контакты КV1.1 и КV1.2, в результате чего включается магнитный пускатель КМ, который подключает электронасос к трехфазной сети (на схеме силовые цепи не показаны).

Насос подает воду в бак, давление растет до замыкания контакта манометра S Р2, настроенного на верхний уровень воды. После замыкания контакта S Р2 срабатывает реле К V 2, которое размыкает контакты К V 2.2 в цепи катушки реле КV1 и КV2.1 в цепи катушки магнитного пускателя КМ; электродвигатель насоса отключается.

При расходе воды из бака давление снижается, S Р2 размыкается, отключая К V 2, но включение насоса не происходит, так как контакт манометра S Р1 разомкнут и катушка реле КV1 обесточена. Таким образом, включение насоса происходит, когда уровень воды в баке снизится до замыкания контакта манометра S Р1.

Питание цепей управления производится через понижающий трансформатор напряжением 12 В, что повышает безопасность обслуживания схемы управления и электроконтактного манометра.

Для обеспечения работы насоса при неисправности электроконтактного манометра или схемы управления предназначен тумблер S А1. При его включении шунтируются управляющие контакты КV1.2, КV2.1 и катушка магнитного пускателя КМ непосредственно подключается к сети напряжением 380 В.

В разрыв фазы L1 в цепь управления включен контакт РОФ (реле обрыва фазы), который размыкается при неполнофазном или несимметричном режиме питающей сети. В этом случае цепь катушки КМ разрывается и насос автоматически отключается до устранения повреждения.

Защита силовых цепей в данной схеме от перегрузок и коротких замыканий осуществляется автоматическим выключателем.

На рис. 4 приведена схема автоматизации водонасосной установки, которая содержит электронасосный агрегат 7 погружного типа , размещенный в скважине 6. В напорном трубопроводе установлены обратный клапан 5 и расходомер 4.

Насосная установка имеет напорный бак 1 (водонапорная башня или воздущно-водяной котел) и датчики давления (или уровня) 2, 3, причем датчик 2 реагирует на верхнее давление (уровень) в баке, а датчик 3 — на нижнее давление (уровень) в баке. Управление насосной станцией обеспечивает блок управления 8.

Рис. 4. Схема автоматизации водонасосной установки с частотно-регулируемым электроприводом

Управление насосной установкой происходит следующим образом. Предположим, что насосный агрегат отключен, а давление в напорном баке уменьшается и становится ниже Р min . В этом случае от датчика поступает сигнал на включение электронасосного агрегата. Происходит его запуск путем плавного увеличения частоты f тока, питающего электродвигатель насосного агрегата.

Когда частота вращения насосного агрегата достигнет заданного значения, насос выйдет на рабочий режим. Программированием режима работы частотного преобразователя можно обеспечить нужную интенсивность разбега насоса, его плавный пуск и останов.

Применение регулируемого электропривода погружного насоса позволяет реализовать прямоточные системы водоснабжения с автоматическим поддержанием давления в водопроводной сети.

Станция управления, обеспечивающая плавный пуск и останов электронасоса, автоматическое поддержание давления в трубопроводе, содержит преобразователь частоты А1, датчик давления ВР1, электронное реле А2, схему управления и вспомогательные элементы, повышающие надежность работы электронного оборудования (рис. 5).

Схема управления насосом и преобразователь частоты обеспечивают выполнение следующих функций :

— плавный пуск и торможение насоса;

— автоматическое управление по уровню или давлению;

— защиту от «сухого хода»;

— автоматическое отключение электронасоса при неполнофазном режиме, недопустимом снижении напряжения, при аварии в водопроводной сети;

— защиту от перенапряжений на входе преобразователя частоты А1;

— сигнализацию о включении и выключении насоса, а также об аварийных режимах;

— обогрев шкафа управления при отрицательных температурах в помещении насосной.

Плавный пуск и плавное торможение насоса осуществляют с помощью преобразователя частоты А1 типа FR -Е-5,5к-540ЕС.

Рис. 5. Принципиальная электрическая схема автоматизации погружным насосом с устройством плавного пуска и автоматического поддержания давления

Электродвигатель погружного насоса подключается к выводам U , V и W преобразователя частоты. При нажатии кнопки S В2 «Пуск» срабатывает реле К1, контакт которого К1.1 соединяет входы STF и РС преобразователя частоты, обеспечивая плавный пуск электронасоса по программе, заданной при настройке частотного преобразователя.

При аварии частотного преобразователя или цепей электродвигателя насоса замыкается цепь А-С преобразователя, обеспечивая срабатывание реле К2. После срабатывания К2 замыкаются его контакты К2.1, К2.2, а контакт К2.1 в цепи К1 размыкается. Происходит отключение выхода частотного преобразователя и реле К2. Повторное включение схемы возможно только после устранения аварии и сброса защиты кнопкой 8В3.1.

Датчик давления ВР1 с аналоговым выходом 4. 20 мА подключен к аналоговому входу частотного преобразователя (контакты 4, 5), обеспечивая отрицательную обратную связь в системе стабилизации давления.

Функционирование системы стабилизации обеспечивается ПИД-регулятором преобразователя частоты. Требуемое давление задается потенциометром К1 или с пульта управления частотного преобразователя. При «сухом ходе» насоса в цепи катушки реле КЗ замыкается контакт 7-8 электронного реле сопротивления А2, к контактам которого 3-4 подключен датчик «сухого хода».

После срабатывания реле КЗ замыкаются его контакты К3.1 и КЗ.2, в результате чего срабатывает реле защиты К2, обеспечивая отключение электродвигателя насоса. Реле КЗ при этом становится на самопитание через контакт К3.1.

При всех аварийных режимах зажигается лампа НL1; лампа НL2 зажигается при недопустимом снижении уровня воды (при «сухом ходе» насоса). Подогрев шкафа управления в холодное время года осуществляется с помощью электронагревателей ЕК1. ЕК4, которые включаются контактором КМ1 при срабатывании термореле ВК1. Защита входных цепей преобразователя частоты от коротких замыканий и перегрузок осуществляется автоматическим выключателем QF1.

Управление насосом: автоматика

Под автоматикой в данном случае подразумевают совокупность командных реле, силовой электрической части и различные виды защит, задача которых – уберечь электродвигатель и сам прибор от выхода из строя. В этой статье мы рассмотрим системы управления насосами. Наиболее широко распространены две основные схемы управления работой насоса: по уровню рабочей среды (воды) в накопительном резервуаре и по давлению в напорном трубопроводе.

Управление насосом: контроль по уровню

Первая схема управления работой насоса применяется при работе устройства на водонапорную башню или для наполнения емкости, откуда вода к потребителю подается уже насосами второго подъема. Внутри емкостей устанавливаются специальные датчики уровня (электроды), которые с помощью реле контроля уровня отслеживают нижний (включение насоса) и верхний (отключение насоса при заполнении резервуара) уровни. Применение в данной схеме поплавковых выключателей вместо электродов менее надежно, что обусловлено их небольшим рабочим ресурсом. Обязательно предусматривается устройство аварийного слива при переполнении резервуара (сигнализации переполнения обычно не применяется). Данная схема характерна для крупных поселковых скважин, когда от одной емкости осуществляется водоснабжение целого дачного поселка, села, деревни.

Главное преимущество, которое достигается при таком подходе, – стабильный режим работы. Гидравлика постоянна: номинальный расход подается на высоту, определяемую глубиной скважины, высотой башни и дополнительно предусматривает еще 1–2 м – на излив. Один цикл соответствует по расходу полному объему башни с учетом расхода текущего водоразбора. Исключена возможность кратковременных пусков-остановов, что продлевает срок эксплуатации оборудования. Достаточно грамотно подобрать электронасос под требуемые параметры, один раз квалифицированно произвести пусконаладку, и стабильная работа системы обеспечена.

Управление насосом: контроль по давлению

По второй схеме насос управляется командами от реле давления, установленного на трубопроводе. На самом реле настраиваются два параметра: давление включения насоса и давление, при котором он должен отключиться. Данная схема управления насосом характерна для индивидуальных скважин и обычно используется вместе с мембранными баками, предназначенными для поддержания необходимого избыточного давления в сети, компенсации гидравлических ударов и малых расходов. Чрезвычайно важно произвести правильную настройку реле в соответствии с характеристиками устройства и объемом мембранного бака. Чтобы насос не включался слишком часто, заданный предел давлений должен лежать в средней зоне рабочей характеристики. Гистерезис значений выбирается в диапазоне 1,2–2,5 бар с учетом данных о максимально допустимом количестве включений в определенный период времени.

Реле давления, применяющиеся в этой схеме, можно условно разделить на бытовые и промышленные. Первые, реле MDR фирмы Condor, XMP (Telemecanique) и др., имеют мощные контактные группы, способные выдерживать ток до 16 А, но не оборудованы шкалой настройки с указанием регулируемого диапазона давлений. Настройка таких реле производится с помощью манометра. Преимуществами реле данного типа являются их относительная дешевизна и возможность применения в силовых цепях (непосредственно для управления насосом). Недостатками – невысокая точность настройки и небольшой рабочий ресурс – вследствие влияния больших пусковых токов. Промышленные реле, FF4 фирмы Condor и KPI (Danfoss), отличаются повышенной точностью и надежностью, но имеют слаботочные контакты и требуют организации коммутации через внешний пускатель. Тип реле влияет на выбор дальнейшей электрической схемы и системы автоматики.

При использовании бытовых устройств достаточно напрямую подключить насос через его контактные группы к сети. Простота и дешевизна данного варианта привлекают многих покупателей, однако иных преимуществ это не дает. Более того, подобная экономия средств влечет за собой дополнительные затраты в процессе эксплуатации на замену преждевременно вышедшего из строя реле (подгорели или окислились контакты). Сам пользователь, поставив новое реле, вряд ли сможет восстановить прежние настройки и проверить режим работы, что, в худшем случае, может привести к отказу устройства. Известная поговорка «скупой платит дважды» здесь не работает: заплатить при поломке насоса придется трижды – за подъем прибора, ремонт и, в третий раз, за опускание его в скважину и ввод в эксплуатацию. Для работы насоса с промышленным реле необходимы промежуточные устройства (различные варианты шкафов управления с устройствами дополнительной защиты или без них).

Защита насоса

Как показывает практика, основными причинами выхода скважинного насоса из строя являются работа при повышенном или пониженном напряжении питания в электрической сети, перегрузка электродвигателя и работа в режиме «сухого» хода, т.е. без воды. Любой европейский производитель указывает в технической документации требования по питающему напряжению (в Европе стандартно это 1×230 или 3×400 В) и допустимые отклонения относительно номинала.

Радикальный способ обеспечить качественное электропитание насоса – это применение стабилизаторов переменного напряжения соответствующей мощности, что затратно. Чаще всего в систему автоматики управления наососм устанавливают реле контроля напряжения. Данная автоматизация устройства отключает насос при падении напряжения и перенапряжении, а также могут контролировать последовательность и асимметрию фаз (для трехфазных двигателей). Наличие в реле временной задержки по включению обеспечивает защиту от частых скачков напряжения в сети.

Защита электродвигателя от перегрузки осуществляется с помощью тепловых токовых реле, отключающих его при достижении установленного значения тока. Очень важно, чтобы диапазон настройки токового реле соответствовал номинальному току насоса.

Защита насоса от «сухого» хода может осуществляться двумя способами: непосредственно – по уровню воды в скважине с помощью датчиков (электродов) или поплавков и косвенно – по значению тока или сдвигу фаз тока и напряжения электродвигателя с помощью специальных реле. В некоторых двигателях, MS 3 насосов SQ фирмы Grundfos, этот элемент защиты уже стандартно встроен. Недостатком косвенной защиты является именно ее «вторичность»: реле срабатывает только тогда, когда проточная часть и подшипники уже остались без воды, смазывающей и охлаждающей их. В случае, если производительность устойства превышает дебет самой скважины, подобная ситуация может возникать несколько раз в сутки, что негативно сказывается на его сроке службы. В этой ситуации настоятельно рекомендуется использовать электродное реле контроля уровня, которое позволяет отключить насос еще до возникновения аварийной ситуации.

В зависимости от конкретной ситуации для управления и защиты скважинным насосом могут использоваться различные комбинации и типы защитных устройств, выпускаемых как самими заводами-изготовителями насосного оборудования, так и другими производителями. Рассмотрим предлагаемые на сегодня на рынке изделия.

Устройства для управления насосом

Условно их можно разделить на три группы: пускозащитные устройства, собранные на базе печатных плат – QA/50B, QA/60C фирмы Maniero, SK-701 компании Wilo и др.; блоки управления на релейной технике – SK 277 (Wilo), «Гидромат» H110-H311 («Гидроланс») и т.п.; системы управления на базе микропроцессорных устройств – SPCU3 (Control) MP204-S (Grundfos), SK-712 (Wilo) или аналогичные.

Устройства на базе печатных плат являются функционально и конструктивно законченными изделиями и требуют подключения внешнего устройства – собственно насоса часто через пускатель и передающие датчики (уровня, реле давления и т.д.). Они отличаются большим набором контролируемых параметров и функций (тепловая токовая защита, защита от скачков напряжения, контроль «сухого» хода с помощью электродов и по нагрузке электродвигателя и т.п.), которые не всегда используют. Благодаря законченности изменить логику работы прибора практически невозможно. В некоторых устройствах отсутствует возможность изменения значений срабатывания по определенным параметрам. В случае выхода платы из строя требуется ее замена целиком, что сопоставимо со стоимостью нового прибора.

Спектр представленных на рынке устройств на релейной технике достаточно широк – от самых простых, SQSK (Grundfos), до шкафов управления несколькими насосами, изготавливаемых непосредственно по требованиям конкретного заказчика. Модуль SQSK представляет собой обычный пускатель в пластиковом корпусе. Его функция – только коммутация реле давления при токе не более 4 А. Практически этот блок защищает больше не сам насос, а реле давления. Отсутствует сигнализация состояния или настроек. Требуется установка внешнего защитного автомата.

Блок управления и защиты Н110 производства компании «Гидроланс» имеет пластиковый водонепроницаемый корпус размерами 310×230×130 мм, с откидывающейся съемной прозрачной крышкой, класс защиты IP65, герметичные кабельные вводы для подключения. В состав модуля входит контактор с настраиваемым реле тепловой токовой защиты, устройство контроля напряжения со встроенным цифровым вольтметром, показывающим значение питающего напряжения, лампы сигнализации режимов работы, защитный автомат для внутренней цепи управления, двухпозиционный выключатель режима «Вкл./Выкл.».

В качестве опции блок может быть оснащен одним или двумя реле контроля уровня RM4LG фирмы Schneider Electric и клеммами для подключения электродов. Аппаратная «начинка» устройства обеспечивает защиту от всех основных опасностей для скважинного насоса: при работе с перегрузкой срабатывает токовая защита; при просадке или скачке напряжения питания реле контроля размыкает цепь управления и не дает насосу включаться, пока напряжение не нормализуется; при восстановлении питания перезапуск производится автоматически. Цифровой вольтметр показывает действующее напряжение, сигнализирует о причине сбоя, что удобно для конечного потребителя.

Преимуществами приборов данного типа, , как следует из комментариев и отзывов, являются их относительная простота и надежность, возможность быстрой модернизации и переделки для нестандартных применений, в случае выхода из строя какой-то детали меняется только отказавшая деталь.

Устройства управления и защиты скважинных насосов на базе микропроцессорных контроллеров – самые сложные. Они позволяют контролировать такие параметры работы насоса, как величина сопротивления изоляции, температура электродвигателя, фазовая асимметрия и последовательность чередования фаз, защищают насос от повышенного и пониженного напряжения, перегрузки и «сухого» хода, позволяют вести учет времени работы насоса и количества потребляемой электроэнергии. Существует возможность связи и контроля работы насоса через стандартные интерфейсы с модемом или компьютером. Это самые дорогостоящие приборы, и применять их рекомендуется с насосами большой мощности и производительности, когда стоимость возможного ремонта насоса может намного превысить стоимость самой автоматики. Настройка, запуск и ввод в эксплуатацию вышеуказанных устройств без специалистов практически невозможны.

В случае применения в системах управления частотных преобразователей необходимо учитывать минимальную частоту вращения электродвигателя. Эта характеристика указывается в технической документации к насосу и составляет обычно 20–30 % номинала. В случае несоблюдения данного требования существует большая вероятность, что произойдет выход из строя упорного подшипника электродвигателя насоса.

Кроме всего вышесказанного, отдельное внимание необходимо уделить классу выбираемой системы управления по пыле и влагозащищенности в зависимости от места установки (см. ГОСТ Р 51321.1-2000 «Устройства комплектные низковольтные распределения и управления»).

«АКВА-ТЕРМ» № 3 (37) 2007

Больше о способах управлять этими устройствами читайте на нашем сайте.