Анализ использования преобразователей частоты VFD-F и VFD-M в системе водоснабжения.

 

Преобразователи частоты (дальше ПЧ) используются в агрофирме с ноября 2007 года. За этот период, они зарекомендовали себя как надёжные и неприхотливые в эксплуатации устройства.

Наряду с бесспорными преимуществами, такими как невысокая стоимость (в сравнении с водонапорными башнями) и точность регулирования давления в трубопроводе, ПЧ имеют и некоторые недостатки.

К таковым можно отнести сложность настройки двух и более ПЧ в режиме ПИД-регулирования.

Проблема заключается в том, что при незначительном разборе воды в ночное время суток, один из ПЧ находится в "спящем" состоянии. Если в дневное время  разбор воды превышает производительность одного насоса, ничего страшного не происходит так как в работу включается, находившийся в "спящем" состоянии ПЧ. Если же суточный разбор воды, не превышает производительности одного насоса, дополнительный ПЧ постоянно находится в ждущем режиме. В результате, при длительной эксплуатации, происходит застой воды, накопление грязи и ржавчины в трубопроводе. Такой режим работы, безусловно нельзя назвать оптимальным.

Ручное переключение режима работы ПЧ не всегда может быть применено из-за удалённости и разбросанности объектов, а так же низкой квалификации персонала находящегося в непосредственной близости от них.

Точная настройка двух ПЧ по давлению, ведёт к другому неприятному эффекту. Один из насосов работает на прокачку воды по трубопроводу, в то время как другой, создаёт давление подпора, не прокачивая воду через обратный клапан. Такой режим не только не рационален, так как ведёт к повышенному износу насосов но и экономически невыгоден из-за повышенного потребления электроэнергии.

Одним из решений (не оптимальным) является переключение скважин через определённый промежуток времени (10 - 50) часов при помощи реле времени. Но такой способ приемлем если максимальный разбор воды не превышает производительности одного насоса.

Если превышает, то в трубопроводе будет наблюдаться снижение давления. При этом второй насос будет бездействовать.

Можно, конечно, ещё больше усложнить схему, настроив ПЧ на подключение дополнительного насоса, но как быть если к одному коллектору подключено не две, а скажем, восемь скважин, к тому же находящихся на разном расстоянии друг от друга и на разных высотах? Для ручной регулировки такая задача практически неразрешима.

Действительно, уже при подключении трёх скважин ярко проявляется эффект "каскадности" о котором будет подробно рассказано ниже.

При использовании трёх и более ПЧ, применение реле времени вообще неприемлемо из-за сложности схемы соединения.

 

          F - частота на выходе VFD-F;

P - давление в системе;

V - объём потребления.

    Рис.1

 

Рассмотрим работу системы с одним насосом в режиме монотонного возрастания нагрузки. Как видно из рис.1, по мере того, как потребление возрастает, увеличивается и частота на выходе ПЧ. При этом давление в системе будет поддерживаться на заданном уровне. Дальнейший рост потребления приведёт к тому, что частота достигнет своего максимального значения (точка а). Работая на максимальной мощности, насос не сможет справиться с дальнейшим увеличением потребления. В результате будет наблюдаться снижение давления в системе.

Теперь рассмотрим случай с 3-я ПЧ. Предположим у нас имеется 3-и скважины находящиеся на одной высоте, соединённые друг с другом и потребителем последовательно, как показано на рис. 2.

Рис. 2

 

В этом случае, понижение давления приведёт к включению в работу скважины В. Давление в точке в нормализуется, а в точке с по прежнему будет пониженным так как сопротивление трубопровода R2 не равно нулю. При дальнейшем увеличении расхода, давление в точке а снизится до величины включения скважины A. Выключение скважин будет происходить в обратной последовательности.

Как видно из вышеприведённого описания, насос скважины C постоянно загружен, в то время, как насосы  A и B включаются в работу по мере возрастания уровня потребления. Это и есть эффект каскадного включения. Может оказаться, что разбор не превысит мощности двух скважин. Тогда скважина А вообще не включится в работу и через некоторое время произойдёт её заиливание.

Возникает правомерный вопрос, а можно ли сделать так, чтобы ПЧ работали в режиме ПИД-регулирования при равномерной загрузке насосов?

Да, такой способ существует. Если соединить все ПЧ через разъём RS-485 и подсоединить к ПК.

Один из вариантов такого соединения показан на рис.3.

 

 

Рис.3

 

Недостаток его в том, что необходима прокладка дополнительного кабеля, длина которого не может превышать 1200м. Это возможно только при небольшой удалённости объектов от места контроля.

При значительном разбросе объектов, предпочтительна схема соединения через радиомодемы. При этом, скважины расположенные в непосредственной близости друг от друга соединяются кабелем, а связь с "пунктом управления и контроля" осуществляется через радиомодемы.

Схема такого соединения представлена на рис.4.

 

 

Как видно из рисунка, скважины, расположенные в непосредственной близости друг от друга образуют кластеры. Соединение ПЧ внутри кластера производится посредством кабельного соединения.

Кластер № 1 (КЛ1) - это самый простой из возможных. В нём соединены между собой только ПЧ и РМ.

В КЛ2, к линии подключены две скважины СК1 и СК2. Кроме ПЧ к линии подключены водосчётчики (Всч) и блок управления водоузлом (БУВУ), к которому, в свою очередь, подключены исполнительные устройства (ИУ) такие как автоматические заслонки и блок принудительного перезапуска ПЧ.

Алгоритм работы такой системы заключается в следующем:

- ведётся постоянный контроль водопотребления и загруженностью скважин.

- скважины, наиболее загруженные в период максимального потребления, отключаются в период среднего и малого потребления. В этом случае достигается равномерная их загрузка.

 

Выводы.

Оперативный контроль за состоянием оборудования скважин позволяет сократить периоды аварийного простоя, что, в конечном итоге, ведёт к бесперебойности водоснабжения.

Выравнивание загруженности насосов увеличивает срок их эксплуатации и предотвращает эффект заиливания слабонагруженных скважин.

Возможность дистанционного управления, позволяет оперативно управлять давлением в трубопроводе, минимизируя его в ночные часы и повышая в часы пиковых нагрузок. Это позволит значительно сократить расход электроэнергии.

 

© Прохневский С. А.