Система преобразователя частоты (ЧРП) 6 кВ (далее – СИСТЕМА) предназначена для пуска и регулирования частоты вращения насосов, приводимых в движение асинхронными электродвигателями мощностью 630 кВт, управляемого с помощью высоковольтного частотно-регулируемого электропривода типа ABS-DRIVE, в дальнейшем именуемого «ABS-DRIVE».

СИСТЕМА так же позволяет осуществлять прямые пуски электродвигателей от сети 6 кВ. При работе электродвигателя насоса от сети СИСТЕМА запрещает подключение к преобразователю частоты.

СИСТЕМА обеспечивает плавный пуск двигателя насосного агрегата (далее НА), подключенного к преобразователю частоты, регулирование его производительности и дальнейший безударный перевод в работу от сети 6 кВ. Выбор электродвигателя для его подключения к преобразователю частоты (далее ПЧ), регулировка производительности НА осуществляется от АСУ ТП.

Электродвигатели насосных агрегатов подключены к двум секциям шин 6 кВ –M1 к шинам секции 1, М2 к шинам секции II. Подключение ПЧ к электродвигателям осуществляется с помощью высоковольтных контакторов КМ1, КМ2 (пусковые контакторы), а к сети 6 кВ — головными выключателями QF1, QF2.

Управление СИСТЕМОЙ осуществляет ШК (шкаф контроллеров), связанный контрольными кабелями со всеми высоковольтными ячейками и контакторами, участвующими в процессе запуска и работы электродвигателей. По этим кабелям из контроллера СИСТЕМЫ передаются команды на включение и отключение высоковольтных аппаратов соответствующих ячеек, а через блок-контакты высоковольтных аппаратов выдаётся информация об их положении. На сенсорном дисплее ШК отображаются состояния входящих в СИСТЕМУ элементов.

Управление СИСТЕМОЙ осуществляется из АСУ ТП сигналами типа «сухой» контакт.

Выбор режима работы каждого двигателя (работа от ПЧ или работа от сети) осуществляется переключателями «ОТ СЕТИ/ОТ ПЧ», расположенными на лицевой панели ШК для каждого двигателя.

Пуск электродвигателя насоса напрямую от сети 6 кВ может осуществляться независимо от СИСТЕМЫ при условии, что он не подключен к ПЧ. В режиме работы «ОТ СЕТИ» СИСТЕМА запрещает подключение электродвигателя к ПЧ.

Схема электрическая принципиальная ПЧ 6 кВ представлена в следующем материале >>>

Система управления преобразователем частоты (ПЧ, ЧРП) состоит из шкафа контроллера (ШК), устанавливаемого в помещении ЧРП и пульта управления на базе ПК, устанавливаемого в местном посте управления, в диспетчерской.

Управление технологическим процессом пуска и регулирования давления на напоре электронасосов через ЧРП, контроль состояния схемы ЧРП и давления воды на напоре и на всасе осуществляется, как от сенсорного дисплея установленного в шкафу контроллера, так и от ПК, установленного в диспетчерской.

Для переключения управления от диспетчерской, к шкафу контроллера и наоборот, на двери шкафа контроллера предусмотрен переключатель с ключом.

Система управления реализует алгоритм управления шестью насосами при каскадном их включении, посредством одного преобразователя частоты. Кроме того система управления координирует работу и взаимодействие регулируемых насосов и их напорных задвижек.

Блокировки от неправильных действий оперативного персонала и надежной работы первичной схемы ЧРП реализовано программно в контроллере шкафа контроллера и выполнено схемотехническими решениями.

В составе шкафа контроллера предусмотреть программируемый промышленный контроллер серии WinPac 8000. На двери ШК должен располагаться планшетный компьютер с сенсорным дисплеем с размером экрана 17 дюймов. Так же на двери предусмотреть переключатель с ключом «Местн – Дист.» для переключения управления СИСТЕМОЙ с планшетного компьютера на АРМ оператора.

Сенсорная панель используется:

— для отображения скорости, напряжения, диагностики и т.д. во время работы ЧРП;

— для установки параметров и ввода команд.

АРМ оператора должен быть выполнен на базе ПК. На дисплее ПК необходимо отобразить мнемосхему работы системы, дублирующую мнемосхему, отображенную на планшетном компьютере.

Соединение АРМ оператора со шкафом ШК должно быть выполнено по сети Ethernet.

Защита ЧРП 6 кВ

Для выполнения релейной защиты ПЧ (преобразователя частоты) предусмотрен микропроцессорный терминал (МП) в ячейке ввода ЧРП. МП терминал вводной ячейки к ЧРП монтируется непосредственно в существующем шкафу КРУ внутренней установки (в релейном отсеке ячейки). Во вводной ячейке предусматривается:

— организация цепей защиты ввода ЧРП на базе микропроцессорного устройства защиты с вакуумным выключателем;

— организация цепей сигнализации, автоматики и управления для шкафа контроллера ПЧ;

МП терминал, устанавливаемый во вводной ячейке преобразователя частоты, предусматривает отстройку от защит преобразователя с таким расчетом, чтобы в первую очередь срабатывали всегда защиты преобразователя. Отключение вводной ячейки преобразователя осуществляется в крайних случаях при тяжелых авариях.

В качестве защиты линии 6 кВ к ЧРП предусматриваются:

— двухступенчатая максимальная токовая защита, содержащая токовую отсечку (ТО) и максимальную токовую защиту (МТЗ) с ускорением при включении выключателя. В качестве токовой отсечки используется первая ступень максимальной токовой защиты, при этом выдержка времени устанавливается равной нулю. В качестве МТЗ используется вторая ступень максимальной токовой защиты от междуфазных замыканий;

— защита от однофазных замыканий на землю (с действием на сигнал);

— защита от перегрузки по току. Выполняется в виде одноступенчатой МТЗ с независимой характеристикой выдержки времени. Уставка по току отстраивается от номинального тока ЧРП и принимается равной (1,05-1,1)·I_НОМ. Защита действует на сигнал с выдержкой времени, регулируемой в диапазоне (1-9) с.

В ячейках регулируемых насосов предусматривается организация дополнительных цепей для обеспечения управления, сигнализации выключателей со стороны шкафа контроллера.

В связи с появлением двухстороннего электропитания, предусмотрена электромагнитная блокировка от ошибочных действий оперативного персонала при выводе в ремонт электродвигателей насосных агрегатов, силовых кабелей 6 кВ, ячеек РУ-6 кВ, преобразователя частоты, шкафов коммутационных аппаратов.

В ячейке ввода ПЧ, а также в ячейках регулируемых насосов при замене выкатного элемента с вакуумным выключателем заводом-изготовителем предусмотрена механическая блокировка тележек ячеек в зависимости от положения выключателя.

Для организации цепей оперативной блокировки ЧРП на выкатных тележках и заземляющих разъединителях дополнительно устанавливаются блок-замки электромагнитной блокировки и путевые выключатели.

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) — это наполовину управляемый полупроводниковый прибор комбинации структуры двух приборов MOSFET и биполярного транзистора. IGBT-транзисторы широко используются в силовой электронике и являются ключевым компонентом в высоковольтных преобразователях частоты для регулирования оборотов асинхронного электродвигателя изменением частоты напряжения питания.

Применение IGBT-транзисторов (ключей, модулей) в высоковольтных преобразователях частоты имеет ряд преимуществ:

1. Высокая скорость переключения: IGBT-транзисторы могут быстро переключаться между включенным и выключенным состояниями, что позволяет контролировать частоту напряжения питания с высокой точностью и быстродействием.
2. Высокая эффективность энергопередачи: из-за низкого сопротивления и небольшого падения напряжения во включенном состоянии, потери мощности в IGBT-транзисторах невелики. Это обеспечивает высокую эффективность работы преобразователя частоты.
3. Высокая надежность: IGBT-транзисторы имеют низкую тепловую нагрузку и обладают высокой термической стабильностью, что делает их более надежными для применения в высоковольтных устройствах.
4. Возможность работы в большом диапазоне напряжений: современные IGBT-транзисторы могут обрабатывать высоковольтные напряжения до 6 кВ и выше. Это делает их идеальными для применения в высоковольтных преобразователях частоты.
5. Управление с минимальным током утечки: между затвором и истоком IGBT-транзисторов расположен полупроводниковый слой-диэлектрик, который уменьшает ток утечки и обеспечивает высокую степень изоляции между управляющими и силовыми цепями.

Резюмируя, IGBT-транзисторы обеспечивают высокую эффективность и надежность при использовании в высоковольтных преобразователях частоты. Они позволяют управлять работой асинхронных двигателей с высоким быстродействием и точностью, что важно для повышения эффективности промышленных процессов и экономии энергии.

Частотно-регулируемый привод 6 кВ, известный также как переменно-частотный привод или частотный преобразователь, представляет собой электрическое устройство, используемое для управления скоростью и мощностью электродвигателей высокого напряжения. Благодаря преобразованию частоты и уровня сетевого напряжения, привод позволяет регулировать скорость вращения и характеристики двигателя в соответствии с требованиями процесса или рабочей нагрузкой.

Основные преимущества частотно-регулируемого привода 6 кВ включают:

1. Улучшение процесса и повышение эффективности. Применение частотного привода позволяет точно контролировать скорость и расход оборудования (например, насосы, компрессоры, вентиляторы), что способствует оптимизации рабочих характеристик и повышению эффективности систем в целом.
2. Снижение энергопотребления. Регулирование скорости двигателя обеспечивает экономию электроэнергии, так как привод позволяет снизить уровень мощности устройства или использует только необходимое количество энергии для выполнения задачи. Таким образом, износ оборудования снижается, а также снижаются эксплуатационные расходы.
3. Более плавный пуск и остановка двигателя. Вместо резкой остановки или мгновенного запуска двигателя, частотный привод предоставляет возможность изменять скорость вращения постепенно, что минимизирует механическую нагрузку на оборудование и увеличивает срок службы.
4. Улучшение контроля тока и снижение механической нагрузки на сеть. Применение частотного привода также позволяет снизить пусковые токи и создавать менее агрессивные механические ускорения на сети, которые облегчают менеджмент и планирование электроснабжения.

Таким образом, частотно-регулируемый привод 6 кВ является эффективным компонентом для управления электродвигателями, позволяющим оптимизировать процесс и снизить эксплуатационные затраты.

Наибольшую энергетическую эффективность демонстрируют комплексные системы регулирования на основе частотного привода, такие как, система каскадного управления электронасосами с помощью ПЧ 6 кВ.