Изучение системы управления электроснабжения нефтехимического предприятия

Метод преобразования частоты  основывается на следующем принципе. Как правило, частота промышленной сети составляет 50 Гц. Для примера  возьмём насос с двухполюсным электродвигателем. С учетом скольжения скорость вращения двигателя составляет около 2800 (зависит от мощности) оборотов в минуту и даёт на выходе насосного  агрегата номинальный напор и  производительность (так как это  его номинальные параметры, согласно паспорту). Если с помощью частотного преобразователя понизить частоту  и амплитуду подаваемого на него переменного напряжения, то соответственно понизятся скорость вращения двигателя, и, следовательно, изменится производительность насосного агрегата. Информация о  давлении в сети поступает в блок частотного преобразователя от специального датчика давления, установленного у  потребителя, на основании этих данных преобразователь соответствующим образом меняет частоту, подаваемую на двигатель.

Современный преобразователь  частоты имеет компактное исполнение, пыле- и влагозащищённый корпус, удобный интерфейс, что позволяет применять его в самых сложных условиях и проблемных средах. Диапазон мощности весьма широк и составляет от 0,18 до 630 кВт и более при стандартном питании 220/380 В и 50-60 Гц. Практика показывает, что применение частотных преобразователей на насосных станциях позволяет:

• экономить электроэнергию (при существенных изменениях расхода), регулируя мощность электропривода в зависимости от реального водопотребления (эффект экономии 20-50 %);
• снизить расход воды, за счёт сокращения утечек при превышении давления в магистрали, когда расход водопотребления в действительности мал (в среднем на 5 %);
• уменьшить расходы (основной экономический эффект) на аварийные ремонты оборудования (всей инфраструктуры подачи воды за счет резкого уменьшения числа аварийных ситуаций, вызванных в частности гидравлическим ударом, который нередко случается в случае использования нерегулируемого электропривода (доказано, что ресурс службы оборудования повышается минимум в 1,5 раза);
• достичь определённой экономии тепла в системах горячего водоснабжения за счёт снижения потерь воды, несущей тепло;
• увеличить напор выше обычного в случае необходимости;
• комплексно автоматизировать систему водоснабжения, тем самым снижая фонд заработной платы обслуживающего и дежурного персонала, и исключить влияние «человеческого фактора» на работу системы, что тоже немаловажно.

По имеющимся данным срок окупаемости проекта по внедрению преобразователей частоты составляет от 3 месяцев до 2 лет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Потери энергии  при торможении двигателя

 

 

Во многих установках на регулируемый электропривод возлагаются задачи не только плавного регулирования момента  и скорости вращения электродвигателя, но и задачи замедления и торможения элементов установки. Классическим решением такой задачи является система  привода с асинхронным двигателем с преобразователем частоты, оснащённым тормозным переключателем с тормозным резистором.

При этом в режиме замедления/торможения электродвигатель работает как генератор, преобразуя механическую энергию в  электрическую, которая в итоге  рассеивается на тормозном резисторе. Типичными установками, в которых циклы разгона чередуются с циклами замедления являются тяговый привод электротранспорта, подъёмники, лифты, центрифуги, намоточные машины и т. п. Функция электрического торможения вначале появилась на приводе постоянного тока (например, троллейбус). В конце ХХ века появились преобразователи частоты со встроенным рекуператором, которые позволяют возвращать энергию, полученную от двигателя, работающего в режиме торможения, обратно в сеть. В этом случае, установка начинает «приносить деньги» фактически сразу после ввода в эксплуатацию.

 

 

 

 

 

 

 

Экономическое обоснование  ЧРП.

      Частотно-регулируемый  электропривод – это статическое преобразовательное устройство, предназначенное для изменения скорости вращения асинхронных электродвигателей переменного тока.     

 Асинхронные электродвигатели  просты по своей конструкции и удобны в обслуживании, поэтому имеют значительное преимущество перед электродвигателями постоянного тока. Этот факт обуславливает их однозначное преобладание и повсеместное применение практически во всех отраслях промышленности, энергетики и т.д.     

 Регулирование скорости вращения исполнительного механизма можно производить посредством различных по своему составу и принципу действия устройств. Так, например, наиболее известными и распространенными устройствами являются следующие:

1. Гидравлическое устройство - гидравлическая муфта.
2. Механическое устройство - механический вариатор.
3. Электрические устройства:

• электромеханический преобразователь частоты (системы Генератор-Двигатель)

• дополнительно вводимые в статор или фазный ротор сопротивления и др.
• статический преобразователь частоты

 

      При использовании частотных преобразователей отсутствуют все недостатки, присутствующие при использовании остальных устройств, а именно:

• низкое качество регулирования
• малый диапазон регулирования
• низкая экономичность
• сложности в применении
• сложность эксплуатации и обслуживания

 

      Регулирование скорости вращения  асинхронного электродвигателя  в этом случае производится  путем изменения частоты и  величины напряжения питания  двигателя.     

 КПД такого преобразования  очень высокое и составляет порядка 98 %. При этом из сети потребляется практически только активная составляющая тока нагрузки.      

 Микропроцессорная управляющая  система обеспечивает высокое  качество управления электродвигателем  и контролирует множество его  параметров, предотвращая тем самым  возможность возникновения аварийных  ситуаций.     

 Состав силовой части  такого преобразователя приведён  на рис. 1.

• входной неуправляемый выпрямитель
• звено постоянного тока с LC-фильтром
• автономный инвертор напряжения с ШИМ

     

 Частотный преобразователь  необходим для решения стандартных  проблем практически любого предприятия  или организации, например таких  как:

• экономия энергоресурсов
• снижение затрат на плановые ремонтные работы и капитальный ремонт
• увеличение срока службы технологического оборудования
• обеспечение оперативного управления и достоверного контроля за ходом выполнения технологических процессов

 

      Значительная экономия электроэнергии  достигается при одном условии  – приводной механизм должен  что-либо регулировать (поддерживать  какой-либо технологический параметр):

• если используется насос, то необходимо регулировать расход воды, давление в сети или температуру чего-либо охлаждаемого или нагреваемого 
• если используется вентилятор или дымосос, то регулировать нужно температуру или давление воздуха, разрежение газов
• если используется конвейер, то часто бывает нужно регулировать его производительность
• если используется станок, то нужно регулировать скорости подачи или главного движения

 

      Можно выделить типовые механизмы,  эксплуатационная и экономическая  эффективность которых значительно  увеличивается при внедрении  частотных преобразователей и  систем автоматизации на их  базе:

• насосы, вентиляторы, дымососы;
• конвейеры, транспортеры;
• подъемники, краны, лифты и др.

 

      Особый экономический эффект  от использования частотных преобразователей  дает применение принципа частотного  регулирования на объектах, обеспечивающих  транспортировку жидкостей.     

 До сих пор самым  распространённым способом регулирования  производительности таких объектов  является использование задвижек  или регулирующих клапанов, но  сегодня абсолютно доступным  становится частотное регулирование  асинхронного двигателя, приводящего  в движение, например, рабочее колесо  насосного агрегата или вентилятора.  Перспективность частотного регулирования  наглядно видна на рис.2.     

 Для дросселирования – в точке Q=0(Pmin) задвижка закрыта, а в точке Q=1(Pmax) задвижка открыта.

     

 Можно заметить, что  при дросселировании энергия потока вещества, сдерживаемого задвижкой или клапаном, просто теряется, не совершая никакой полезной работы. Применение частотного преобразователя в составе насосного агрегата или вентилятора позволяет просто задать необходимое давление или расход, что обеспечит не только экономию электроэнергии, но и снижение потерь транспортируемого вещества.     

 В промышленно развитых  странах уже практически невозможно  найти асинхронный электродвигатель  без преобразователя частоты.

Экономическая и  техническая эффективность ЧРП.     

 Несмотря на кажущуюся  значительную стоимость современных  преобразователей, окупаемость вложенных  средств за счёт экономии энергоресурсов  и других составляющих эффективности  не превышает в среднем 1,5 лет.  Это вполне реальные сроки,  а учитывая многолетний ресурс  подобной техники, можно подсчитать  ожидаемую экономию на длительный  период и принять правильное  решение.     

 Самая привлекательная  особенность этого оборудования  заключается в том, что оно  представляет из себя один  из наиболее выгодных объектов для инвестирования средств предприятия.     

 С одной стороны, инвестируя средства в преобразователи частоты для своего производства, предприятие гарантированно возвращает эти средства за период срока окупаемости, а в последующие 15-20 лет предприятие просто получает чистую прибыль. С другой стороны, сделанные инвестиции ни на минуту не покидают пределов вашего предприятия.

Обоснование технической  эффективности внедрения ЧРП.     

 При использовании  преобразователя частоты появляются  следующие технические возможности:

• регулирование скорости от нуля до номинальной и выше номинальной
• плавный разгон и торможение
• ограничение тока на уровне номинального в пусковых, рабочих и аварийных режимах
• увеличение срока службы механической и электрической частей оборудования
• высвобождается некоторое оборудование
• монтаж частотного преобразователя возможен в стандартной ячейке распредустройства на месте высвобождаемого оборудования

Обоснование экономической  эффективности внедрения частотного привода – расчет окупаемости:     

 Оценим величину экономического  эффекта от применения преобразователя  частоты Lenze SMDESMD223L4TXA (цена со склада в Петербурге 37 000 р. с НДС) на насосном агрегате мощностью 22 кВт.     

 Величина экономии  электроэнергии при внедрении  преобразователей частоты может  составлять до 45 %. Мы в своих  расчетах примем экономию за  20% хотя на практике она может составлять и 40%. Таким образом, для насосного агрегата мощностью 22 кВт и работающего, к примеру, 9 месяцев в году, величина экономии электроэнергии за 1 год составит:

Е(1 год, кВт*ч) = 90 кВт * 0,2 * 24 часа * 22 дней * 12 месяцев = 27 878,4 кВт*ч. 
В денежном выражении при стоимости 1 кВт*ч = 106,85 коп. (тариф на электроэнергию для промышленных и приравненных к ним потребителей с присоединенной мощностью > 750 кВА, 2007 г.) величина экономии составит:

Е(1 год, руб.) = 27 878,4 кВт*ч * 1,0685 руб. = 29 788,07 руб.     

 Таким образом, срок  окупаемости в этом случае  составляет 37 000/ 29 788,07 = 1,24 года, дальше будем экономить более 9 000 руб. ежемесячно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод.

Регулирование насосного оборудования с помощью изменения частоты  вращения позволяет не только сэкономить энергию,но и оптимизировать технологические процессы перекачивания различных жидкостей.