Высоковольтный частотно-регулируемый электропривод (ПЧ) представляет собой автономный инвертор напряжения по многоуровневой схеме с интегрированным многообмоточным силовым трансформатором. В ПЧ в качестве основного преобразовательного устройства используются низковольтные частотно-преобразовательные модули (силовые ячейки ПЧ), соединенные последовательно. В комплекте с ПЧ установлен шкаф реактора, который подключается к его выходу и служит для безударного перевода двигателя на работу от сети 6 кВ.

В состав ПЧ входит:

— Трансформатор силовой многообмоточный – 1 шт.;

— Шкаф силовой с установленными силовыми модулями (ШС) – 3 шт.;

— Шкаф управления (ШУ) – 1 шт.;

— Шкаф контакторный распределительный, в состав каждого из ШКР входит высоковольтный вакуумный контактор и высоковольтный разъединитель, а также заземлитель.

— Система заземления ПЧ;

— Высоковольтный токоограничивающий реактор – 1 шт.

Защиты, необходимые в ПЧ:

— от коротких замыканий внутри и на выходе преобразователя частоты;

— время-токовая защита;

— максимально-токовая защита;

— от перегрева выпрямителя, инвертора;

— от перенапряжений;

— от исчезновения напряжения сети;

— от недопустимого повышения и понижения напряжения сети;

— от открытия дверей шкафов.

Структурная схема частотного регулирования на примере автоматизированной системы управления высоковольтным преобразователем частоты (ПЧ), работающим с зимними сетевыми насосами, а также летними сетевыми насосами, установленными на ТЭЦ.

АСУ реализована на технологическом контроллере ОВЕН, программное обеспечение – ОВЕН.

ПЧ предназначен для обеспечения плавного пуска и останова ЭД сетевых насосов, увеличения и уменьшения частоты вращения ЭД с заданной интенсивностью до заданных оборотов, регулирования частоты вращения в автоматическом режиме по сигналам от АСУ.

В состав оборудования АСУ сетевых насосов входит:

1. Преобразователь частоты.
2. Шкаф контакторный распределительный.
3. Местная сенсорная панель управления (СПУ) с диагональю 12 дюймов.
4. Дистанционная СПУ с диагональю 12 дюймов.
5. Технологический контроллер.
6. Датчик давления в напорной магистрали.
7. Датчик давления на всасе коллектора.
8. Задвижки на напоре.
9. Электроконтактные манометры давления масла в системах смазки насосов
10. АРМ оператора.

Примечание: сенсорная панель управления, представляет собой компьютер с диагональю экрана 12 дюймов с установленной операционной системой и программой интерфейса. Общение пользователя с панелью происходит с помощью легких касаний пальцами рук виртуальных кнопок, изображенных на экране панели.

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.

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.