Тема магистерской диссертация : "Разработка компьютерной системы энергосберегающего управления системой водоснабжения крупного города (На примере г.Амман, Иордания)"

Автор: Омар Аджаж

План магистерской работы

1.Введение.
2.Современное состояние системы автоматизации насосных станции.
  2.1.Характеристика системы коммунального водоснабжения крупного города Амман.
  2.2.Функциональная структура системы коммунального водоснабжения.
  2.3.Проблема энергосбережения и основные пути её решения.
3.Автоматизирование энергосберегающее управление режимной работы насосной станции.
  3.1.Модель технической схемы насосной станции (НС).
  3.2.Метод энергосберегающего управления режимом работы.
  3.3.Выводы.
4.Энергосберегающее управление режимом работы насосной станции в системе водоснабжения города.
  4.1.Критерий эффективности управления НС.
  4.2.Математическая модель потокораспределения в системе водоснабжения.
  4.3.Функциональная структура автоматизированной системы управления техническим оборудованием НС. 
  4.4.Алгоритмическое обеспечение САУ НС.
  4.5.Выводы.
-Общие выводы по работе.
-Списки использованных источников.  

С июня 1994 г. в МЭИ проводятся широкие натурные испытания энергосберегающих насосных станций [1, 2] с частотно-регулируемым электроприводом, установленных на ЦТП МО "Лефортово". В настоящее время энергосбере­гающие комплектные устройства, изготовленные по разработкам МЭИ [3] на Опытном заводе института, работают на трех насосных станциях, расположенных в учебно-лабораторных корпусах, и па трех ЦТП в жилом секторе.
  Энергосберегающие устройства представляют собой электронные преобразователи частоты [3] с необходимой релейно-контакторной аппаратурой и позволяют регулировать частоту вращения центробежных насосов с асинхронными короткозамкнутыми двигателями. Конструктивно они состоят из двух блоков: собственно транзистор­ного преобразователя частоты и модуля сопря­жения, обеспечивающего управление группой нассосов.

  Все шесть устройств установлены на одно­типных насосах холодного водоснабжения (ХВС) типа КМ 80-50-200 с номинальным напором 50 м вод. ст. и номинальной подачей 50 м^э/ч, оснащенных асинхронными короткозамкнутыми двигателями типа 4АМ160S2ЖУ2 (15 кВт, 380 В,29 А, 2900 об/мин). Схема включения агрегатов — параллельная (рис. 1). Один из насосов находится в работе, второй — в резерве. Каждый из насосов включается в работу через 15 дней, чем достигается равномерный износ и сохра­няется работоспособность уплотнений и обрат­ных клапанов. Пожарная магистраль обычно за­крыта и открывается только в случае пожара.

В жилых зданиях включение контакторов КМ1 и КМ2 производится автоматически через блоки автоматики типов "БАТ", "Мастер", управление которыми осуществляется от контактного ма­нометра, устанавливаемого в этом случае в вы­ходной магистрали. В административных зда­ниях контакторы КМ1. и КМ2 включаются и отключаются дежурным персоналом.
  Энергосберегающие устройства дополняют су­ществующую схему на рис.1 и подключаются между линейным автоматом QF2 и линейными контакторами КМ1 и КМ2 (рис. 2). Управление насосами для обслуживающего персонала оста­ется без изменений, В случае срабатывания какой-либо защиты преобразователя частоты ПЧ (перегрузка по току, повышение или понижение напряжения, перегрев и др.) он автоматически отключается от сети контакторами КМ22 и КМЗЗ, а питание двигателя насоса осуществляется на­прямую от сети через шунтирующий контактор КМ11.

Рис. 2. Схема включения энергосберегающего устройства

Установленные в учебно-лабораторных кор­пусах насосы работают с 6.00 до 23.00 при относительно стабильном, незначительно меня­ющемся расходе воды. Поскольку давление го­родской воды в Лефортове также относительно стабильно (2 м вод. ст.), замыкание систем по давлению не использовалось/ Насосы в жилом- -секторе работают круглосуточно при существен­ном различии дневного и ночного расхода.
  На всех шести объектах с энергосберегаю­щими насосными станциями в процессе ввода их в эксплуатацию проводились детальные исследования режимов работы и определялся напор, необходимый для комфортного водоснабжения. Было установлено, что грубые, но достаточные для практики оценки необходимого расчетного напора H_расч м вод. ст., могут быть сделаны на основе соотношения.

Нрасч = а N + Ь ,

где N ~ число этажей, включая подвал, если там установлена насосная (для ) руппы зданий — число этажей самого высокого здания); а = 3 + 3,5; b = 10 + 15.

Выявлено, что на всех шести объектах фак­тический напор H_акт, заложенный при про­ектировании, существенно превышал необходи­мый расчетный (см. таблицу), в связи с чем значительная экономия электроэнергии и воды при модернизации достигалась простым устра­нением этого ненужного и вредного избытка за счет снижения частоты питающего двигатель напряжения и, следовательно, частоты вращения насоса. Значения установленного напора H_уст так­же приведены в таблице.
  В качестве примера на рис. 4 показаны экс­периментальные зависимости напора Я, расхода Q и потребляемой мощности Р от частоты приложенного к двигателю напряжения для насосной станции административно-учебного здания. При снятии этих характеристик измеряли напор в диктующей точке H_д._т, расположенной в наиболее удаленной и высокой части здания. По условиям комфортного водоснабжения в этой точке (Hд.т~ 15,4 м вод. ст.) выбрана вставка напора на выходе насоса Я = 40 м под. ст. и получена (как следует из рис. 4) экономия мощности Д Р = 9 кВт (15%) и воды Д Q = 14 м³/ч (40%). Обследование 12 ЦТП б разных районах Мо­сквы показало, что рассмотренная ситуация — значительный избыточный напор, создаваемый существующим нерегулируемым электроприво­дом, — весьма характерна и при модернизации электропривода   служит   основным   источником значительной экономии электроэнергии и воды. Данные по их экономии, полученные на шести объектах в Лефортове,в качестве примера приведены ди­аграммы месячного расхода воды и электроэнергии для административно-учебного корпуса.

Результаты обследования подтвердили данные по экономии воды, полученные ранее Н.Н. Чистяковым [4]: каждая лишняя атмосфера (10 м вод, ст.) при существующем у нас состоянии гидравлических систем приводит к росту утечек воды на 7 — 9 %, Поскольку утечки горячей воды уносят часть тепла, можно ожидать, что их сокращение экономит около 5% тепла. В тех случаях, когда избыток напора невысок, эко­номия воды и электроэнергии может быть полу­чена за счет суточного программного управления напором.

Опыт эксплуатации шести энергосберегающих устройств позволяет отметить их высокую на­дежность: не было поломок штатного оборудования на­сосных станций (двигателей, насосов, контак­торов, автоматов и др.);ни на одном объекте ни разу не зареги­стрировано случая потери водоснабжения ;профилактический ремонт оборудования (под­тяжка клеммных соединений, зачистка контактов, продувка печатных плат и др.) требуется при­мерно через 1,5 года эксплуатации.
  Двухлетний опыт эксплуатации в МО "Лефортово" шести разработанных в МЭИ и из­готовленных на Опытном заводе института энер­госберегающих устройств для насосных агрегатов показал их высокую эксплуатационную надеж­ность и эффективность: при заметном снижении эксплуатационных затрат и упрощении обслу­живания устройства обеспечивают экономию около 20% воды и 50% электроэнергии. Срок окупаемости не превышает 7 - 8 мес.

Омар Аджаж
2003