Опыт эксплуатации преобразователей частоты Реутовской теплосети

1 января 2001

Преобразователи частоты Emotron

В 1998 году в Реутовских теплосетях на сетевой насос был установлен преобразователь частоты шведской фирмы Emotron AB мощностью 132 кВт. Нужно отметить, что инженерный персонал МП «Реутовские теплосети» подошел к этому делу основательно. До заказа преобразователя в течение года снимались характеристики энергопотребления насоса.

Задолго до установки наладчики получили от Компании АДЛ — эксклюзивного дистрибьютора Emotron в России — всю техническую документацию на преобразователь и тщательно изучили ее. Монтаж был проведен грамотно и с соблюдением всех требований производителя. На первый пуск были приглашены инженеры фирмы-дистрибьютора, которые провели небольшое экспресс-обучение и помогли настроить параметры преобразователя.

Наконец все было сделано, кран открыт и заветная кнопочка «пуск» нажата. Двигатель плавно разогнался, насос начал качать первые кубометры воды в сеть, а преобразователь — первые киловатты электроэнергии из сети...

Надо сказать, что причиной такого осторожного и тщательного подхода к решению о покупке и установке преобразователей частоты является не столько сложность интегрирования преобразователей частоты в систему управления (ведущие фирмы производители добились серьезных успехов в упрощении этого процесса), сколько цена. Однако время не стоит на месте. Разработчики преобразователей частоты давно поняли, что наиболее частый объект применения регулировочного привода — именно насос. По счастью, насосы являются очень удобной нагрузкой для асинхронного двигателя, т.к. двигатель не испытывает перегрузок во время работы, а нагрузочная диаграмма насоса практически параллельна механической характеристике двигателя (рис.1). Соответственно снижаются и требования к преобразователям частоты, поэтому многие фирмы наряду с общепромышленными сериями, рассчитанными на высокодинамичные применения, предлагают и специальные разработки, ориентированные на применение с насосно-вентиляторной нагрузкой. Однако лицом фирмы по-прежнему остаются параметры и возможности высокотехнологичных общепромышленных серии, поэтому именно к их совершенствованию прилагаются основные усилия, в то время как насосное и вентиляторное применения обеспечиваются по остаточному принципу: для насосов предлагается использование либо таких же преобразователей, либо их модификаций в сторону упрощения. Такой подход, конечно, дает небольшое снижение цены, но не использует весь потенциал простоты насосного применения, и тем более не учитывает некоторых специфических требований.

Рис. 1. Механическая
характеристика двигателя и
нагрузочная диаграмма насоса

Другим путем пошла шведская фирма Emotron AB (имеющая, кстати, в своем арсенале прекрасную серию общепромышленных преобразователей с передовым на сегодня способом прямого управления моментом), организовав разработку с «0» специализированной насосно-вентиляторной серии преобразователей частоты, получившей название FlowDrive (в маркировке FDU). Такая стратегия привела к серьезному снижению цены и введению специализированных свойств преобразователя, например, наличию программного монитора нагрузки, позволяющего отслеживать режимы «сухого хода», кавитации или работы на закрытую заслонку.

Уже только наличие этих возможностей существенно снижает вероятность аварии насоса и работы в недопустимых режимах, что значительно продлевает срок его эксплуатации. Кроме того, планируется введение специальной опции, позволяющей управлять дополнительными насосами, включая и выключая их по мере необходимости.

Такая работа превращает преобразователь практически в контроллер насосной станции.

Есть в преобразователях серии FDU и возможности, милые сердцу именно российского потребителя. Одна из них — преодоление провалов напряжения. При снижении напряжения в питающей сети преобразователь не отключается, в плавно уменьшает скорость насоса пропорционально величине просадки напряжения, оставляя двигатель в нормальном режиме работы. Производительность насоса при этом, конечно, падает, но это лучше, чем отключать его совсем. При восстановлении нормального напряжения в сети преобразователь возвращается к заданным параметрам.

Радует еще и то, что преобразователи этой серии выпускаются в прочном металлическом корпусе, позволяющем просто повесить преобразователь на любую стену, не озадачиваясь изготовлением и монтажом электрошкафа. Если при этом необходимо ограничить доступ к изменениям параметров настройки преобразователя, можно заблокировать клавиатуру или вообще заказать модель со съемным пультом управления.

Рис. 2. Преобразователь FDU
на 5,5 кВт в электрошкафу

Типоряд преобразователей частоты этой серии доходит до 800 кВт, при необходимости преобразователи частоты могут выпускаться и на напряжение 690 В, что вместе с начавшимся в России выпуском низковольтных (380/660 В) двигателей большой мощности позволяет во многих случаях заменить дорогостоящие высоковольтные привода на низковольтные.

Прошло три года. Все это время персонал Реутовской теплосети снимал характеристики установки и сравнивал их с аналогичными характеристиками привода без преобразователя. По словам главного инженера теплосети Н.И. Суслина, результат сравнения показал снижение энергопотребления в летний период до 50%, зимой — до 30%. Расчеты показали, что срок окупаемости в этом случае составляет менее трех лет. При этом учитывалась только экономия по электроэнергии, однако реально следует иметь в виду весь комплекс снижения затрат — от снижения расхода воды за счет оптимизации давления на выходе насоса до увеличения ресурса насоса и трубопровода за счет снижения механических и гидравлических нагрузок как во время пуска и останова, так и во время стабильной работы. Преобразователь окупился и продолжает работать, принося уже чистую прибыль. За это время на объектах Реутовской теплосети установлено несколько преобразователей частоты фирмы Emotron AB, а технический персонал оценил все удобства и преимущества их эксплуатации.

Вернемся назад, в 1998 год (в прошлый век?). При планировании покупки преобразователя основной целью его приобретения была экономия электроэнергии, и все расчеты целесообразности применения регулируемого электропривода сводились в основном к этому. Однако на сегодняшний день положение не так однозначно. По различным причинам Россия отстает от передовых западных стран в плане автоматизации и регулирования технологических процессов. Не будем сейчас рассматривать эти причины, воспользуемся положительным следствием этого отставания: мы можем не ходить теми путями, которые наши западные коллеги признали неэффективными, можем не ждать появления собственной статистики, а просто посмотреть, к каким выводам пришли наши зарубежные коллеги, и перенять их положительный опыт. С точки зрения применения регулируемого электропривода опыт этот показывает, что использование преобразователей частоты необходимо не только и не столько с целью экономии электроэнергии. Основная причина применения регулируемого привода за рубежом — получение мощного инструмента управления процессами. Это касается практически всех систем, так или иначе использующих асинхронные электродвигатели в качестве активного элемента. Применительно к системам теплоснабжения использование возможностей регулирования дает снижение потребления тепловой энергии, и здесь цифры экономической эффективности совсем другие. Если благодаря применению преобразователей частоты удастся уйти хотя бы от регулирования температуры в помещениях при помощи форточек, сэкономленных за год средств может хватить на автоматизацию следующей очереди оборудования. А если учесть возможность оптимизации работы котлов как по теплоносителю, так и по расходу топлива... ну, вы понимаете.

Рассмотрим теперь собственно теплосеть, а именно трубу. Думаю, не ошибусь, если скажу, что именно в трубопроводах сосредоточена львиная доля стоимости всей системы. Поддержание этой «закопанной в землю» сети в исправном состоянии есть головная боль всего жилищно коммунального хозяйства. Могут ли в этом деле помочь современные технологии регулируемого привода? Могут. На наших латанных-перелатанных магистралях любое повышение давления приводит к порывам. Вот и не будем его повышать, ведь насос, работающий от преобразователя частоты, точно поддерживает заданное давление на своем выходе, независимо от времени года и времени суток.

Другая проблема — гидравлические удары, появляющиеся при пусках и остановах насосов. Если на насосе стоит преобразователь частоты — этой проблемы нет, он плавно разгоняет и плавно останавливает насос. Если на преобразователь денег не нашлось — можно приобрести хотя бы мягкий пускатель: регулировать давление он не сможет, но организация плавного пуска и останова — его профессия, стоит он намного дешевле, и первая же несостоявшаяся авария на трубопроводе окупит его применение. Мне могут возразить: можно запустить насос на закрытую заслонку, а потом ее плавно открыть. Можно, но кто будет закрывать и открывать заслонку при отключении питания на 10 минут? И еще одна частая причина использования высоких технологий в приводе таких простых устройств, как насосы — отрицательное влияние переходных режимов на срок службы оборудования. Дело в том, что при прямом пуске любой двигатель испытывает серьезные перегрузки, как механические, так и электрические, что отрицательно сказывается на долговечности его компонентов.

Поэтому применение устройств, смягчающих этот процесс, может существенно увеличить срок службы как двигателя, так и присоединенного к нему механизма.

Подводя итог вышесказанному, следует сделать вывод, что при определении целесообразности покупки преобразователей частоты и мягких пускателей необходимо учитывать не только очевидные преимущества экономии электроэнергии, но и другие факторы, не столь очевидные, но, как показывает практика и опыт той же Реутовской теплосети, гораздо более существенные. Удачи вам в нелегком деле экономических обоснований...