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.

Каскадное управление насосами с помощью ЧРП

Каскадное управление насосами с помощью частотно-регулируемых приводов (ЧРП) — это метод управления работой нескольких насосов, при котором их включение, выключение и скорость вращения регулируются автоматически на основе изменения параметров системы для обеспечения оптимального поддержания заданного уровня давления или потока.

Принцип каскадного управления заключается в следующем:

1. Основной насос, оборудованный ЧРП, обеспечивает автоматическую регулировку скорости вращения двигателя для поддержания целевого значения давления или потока. При этом эффективность насоса и расход электроэнергии оптимизируется.

2. В случае изменения нагрузки, когда одного основного насоса недостаточно для поддержания требуемых параметров, в систему последовательно включаются дополнительные насосы (вспомогательные), оборудованные или не оборудованные ЧРП. Включение/выключение каждого последующего насоса происходит в зависимости от текущих параметров системы, что позволяет обеспечить необходимый уровень давления или потока при минимизации энергопотребления.

3. В случае понижения нагрузки первоначально изменяется скорость вращения основного насоса, а при достижении некоторого порогового значения происходит отключение вспомогательных насосов. Это позволяет избегать одновременной работы всех насосов в системе и ненужного потребления электроэнергии.

Преимущества каскадного управления насосами с помощью ЧРП:

1. Улучшение эффективности работы насосов и снижение энергопотребления;
2. Более стабильное поддержание заданных параметров давления или потока;
3. Уменьшение износа оборудования и увеличение срока службы насосов;
4. Упрощение взаимодействия с системами автоматизации и контроля.
Примеры применения каскадного управления насосами с помощью ЧРП включают системы водоснабжения, теплоснабжения, системы обогрева или охлаждения в промышленных или коммерческих зданиях, а также в системах очистки воды и других жидкостей.

Выше на картинке представлена система каскадного управления с помощью ПЧ 6 кВ шестью бустерными насосами на ТЭЦ мощностью 560 кВт.

Подробнее данную систему можно изучить в нашем предыдущем посте «Однолинейная схема ЧРП 6 кВ».

Однолинейная схема высоковольтного ЧРП

На схеме выше представлена однолинейная схема группового ЧРП 6 кВ, реализующего метод каскадного управления 6 электронасосами. Однолинейная схема ЧРП 6 кВ отображает конфигурацию и связи электрических компонентов частотно-регулируемого привода 6 кВ.

При разработке однолинейной схемы ЧРП 6 кВ важно учесть требования к электрическим параметрам и защите, а также особенности работы оборудования в конкретных условиях эксплуатации. Схема должна быть разработана и просчитана специалистом-инженером для каждого конкретного случая.

Описание ПЧ ABS-DRIVE:

Высоковольтный преобразователь частоты ABS-DRIVE представляет собой автономный инвертор напряжения, выполненный по многоуровневой схеме, с интегрированным многообмоточным силовым трансформатором.

ABS DRIVE должен обеспечивает следующие функции защиты:

—           от коротких замыканий внутри и на выходе ПЧ;

—           времятоковая защита;

—           максимально-токовая защита;

—           от перегрева силовых ячеек и трансформатора ПЧ, в том числе при пропадании принудительной вентиляции;

—           от исчезновения напряжения сети;

—           от недопустимого повышения и понижения напряжения сети;

—           от открытия дверей щита.

ABS-DRIVE имеет следующие технические характеристики:

1. Номинальная полная мощность — 585 кВА;
2. Номинальная мощность электродвигателя — 560 кВт;
3. Номинальный выходной ток — 65 A;
4. Частота питающей сети — 50 Гц;
5. Напряжение питающей сети — 6000 В ± 10%;
6. Выходное напряжение — от 0 до 6000 В;
7. КПД под полной нагрузкой, не менее — 0,97;
8. Диапазон изменения выходной частоты — от 0,5 до 120 Гц.

Скачать однолинейную схему ЧРП 6 кВ в формате pdf >>>

Высоковольтный ЧРП

Частотно-регулируемый привод (ЧРП) 6 кВ предназначен для управления и регулирования высоковольтными электродвигателями, работающими на напряжении 6 кВ. Он состоит из различных компонентов, которые работают совместно для регулирования частоты и напряжения, подаваемых на электродвигатель.

Основные компоненты ЧРП 6 кВ включают:

1. Высоковольтный автоматический выключатель (ВАВ) – защищает систему от коротких замыканий и перегрузок.
2. Входной дроссель – улучшает качество питающего напряжения, уменьшает высокочастотные помехи и пусковые токи.
3. Силовой трансформатор – понижает входное напряжение до уровня, соответствующего номинальным параметрам ЧРП.
4. Высоковольтный преобразователь частоты – основной компонент системы, который преобразует постоянное напряжение в переменное с регулируемой частотой, для управления скоростью вращения электродвигателя.
5. Выходной фильтр (реактор) – снижает высокочастотный шум и гармонические искажения, которые могут негативно влиять на работу электродвигателя.
6. Высоковольтный кабель, соединяющий ЧРП с электродвигателем.
7. Высоковольтный электродвигатель (несколько ЭД) мощностью соответствующей системе 6 кВ.
8. Устройства защиты и измерительные приборы, контролирующие работу системы и обеспечивающие ее безопасность.
9. Блок управления – осуществляет координацию работы ЧРП с другими вспомогательными системами, а также взаимодействует с системами автоматического управления процессами.
10. Система электропитания управления и вспомогательных устройств – питает блок управления и другие компоненты для корректной работы системы.

На рисунке выше показан фрагмент однолинейной схемы ЧРП 6 кВ – ПЧ ABS-DRIVE-A06/65.

Важно отметить, что конкретная конфигурация ЧРП 6 кВ может зависеть от метода регулирования частоты, а также от особенностей применения и требований к безопасности. При проектировании ЧРП 6 кВ следует учитывать все эти факторы и разрабатывать схему в соответствии с нормами, стандартами и реальными условиями эксплуатации.

Список пуско-наладочных работ на настройку преобразователя частоты (ПЧ) электронасосов 6 кВ.

Система частотного регулирования двух насосов, оснащенных асинхронными электродвигателями мощностью 630 кВт, напряжением 6кВ в составе: ABS-DRIVE A06/080 со шкафом реактора ШР, ШВК-6/400-2 УХЛ4, ШК-СЧР-1/2.

Список пуско-наладочных работ:

1. Установка и настройка АРМ оператора на персональный компьютер в диспетчерской для дистанционного управления системой частотного регулирования двух насосов оснащенных асинхронными электродвигателями мощностью 630 кВт, напряжением 6кВ.
2. Обновление программного обеспечения контроллера WinPac в ШК-СЧР-1/2 УХЛ4 и обновление АРМ оператора на планшетном промышленном компьютере для регулирования системы через ПИД-регулятор.
3. Проверка алгоритма работы системы частотного регулирования в контрольном режиме, без подачи силового напряжения 6 кВ.
4. Дистанционные пуски электродвигателей насосов на холостом ходу (без подключенных насосов) через систему частотного регулирования. Проверка вращения электродвигателей.
5. Подключение датчиков давления в ШК-СЧР-1/2 УХЛ4 зав. № 30105220519.
6. Дистанционные пуски электродвигателей насосов под нагрузкой через систему частотного регулирования с последующим регулированием системы через ПИД-регулятор и диапазоном регулирования 4 – 10 кгс/см².
7. Комплексное опробование системы частотного регулирования двух насосов в течении «72» часов.
8. Настройка системы по карте уставок ПЧ.
9. Настройка системы по карте уставок ПИД-регулятора.
10. Обучение пользованию SCADA-системой ПЧ.