Защита и управление при эксплуатации погружных электронасосов
За последние 30 лет промышленностью были освоены три поколения наиболее массовых станций и систем защиты и управления погружными электронасосами: станции типа ПЭТ с обогреваемыми датчиками уровня; системы САУНА со станциями типа ШЭТ с необогреваемыми датчиками уровня; комплектное устройство «Каскад», снабжаемые контактными датчиками уровня воды и блоками управления по давлению воды в водонапорных башнях, работающими совместно с электроконтактными монометрами типа ЭКМ.
Выпуск новых устройств «Каскад» был начат в 1982 году, но уже в 1984 году его конструкция была подвергнута резкой критике. В центральной печати появилась статья «Возьмите миллион», где отмечалась неудовлетворительная работа устройства, приводящая к переливу воды в водонапорных башнях, их обмерзанию, частому выходу из строя электронасосов.
Министерство сельского хозяйства поручило ВИЭСХ разработать работоспособные датчики уровня, а в 1988 году – надежное и эффективное устройство защиты и управления погружными электронасосами, работоспособное в любых климатических зонах страны.
Такой комплект – «Высота» – был разработан и, начиная с 1990 года, начал выпускаться малыми партиями внедренческим предприятием «Практик». Основные технические характеристики рассмотренных устройств приведены в таблице.
Тип | Электронасосы | Степень защиты | Элементная | Тип датчика | Габариты, | Масса | ||
системы, | шкафы | мощность | номинальный ток | |||||
-- САУНА-1 Каскад Высота
| ПЭТ-5101 ШЕТ5801-3 ЯНН5111 ЯНН5113 ЯНН5121 ЩУЗ2,8… | 2,8-8 2-11 22 1-11 1-11 16-65 2,8 …
| 1. 6,4-20 2 .Систе 2,8-25 49 3.Устройство 2,8-25 2,8-25 36-130 4. 6,4…
| Станцияуправления IР20, в мы САУНЫ со стан IР20 и ИР21 - “ - “Каскад” со шкафа IР43 для уста- Комплектное устро IР54
| ния типа ПЭТ Релейно- циями ШЭТ Бесконтактная ми управле БОН9200 - “ - - “ - йство“Высота” Современно | Контактные Контактные - “ - ния ЯНН Контактные Блок упр.по Электродный | 435х205х493 700х420х1000 235х589х615 250х800х1000 - “ - 500х250х600 - “ - 500х250х900 400х300х200 | 25,5 29,5 77,5 27,5 26 51,5 > 30,0
|
В чем же заключалась неудовлетворительная работа устройства «Каскад»?
Погружной электронасос является агрегатной установкой и состоит из центробежного насоса и водозаполненного асинхронного короткозамкнутого электродвигателя. Двигатель является электромеханическим устройством, имеющим такие малонадежные узлы, как статорная обмотка, подшипники, кабельные выводы, уплотнители, манжеты.
Обследование причин [1] отказов погружных электродвигателей показал, что на долю статорных обмоток приходится 79,5% всех отказов. Основными причинами выхода из строя статорных обмоток является: неудовлетворительное качество напряжения питающей сети (до 39,1%), межвитковое замыкание и замыкание обмотки на корпус (до 22,6%), другими словами, значительная доля отказов приходится на повреждение обмоток, связанных с неполнофазными режимами, электрическими перегрузками, т.е. неудовлетворительными условиями работы электродвигателей. Ежегодно по этим причинам выходят из строя 50-70% насосов, замена каждого из которых в среднем обходится в 6-7 млн.рублей. По этой причине эксплуатация погружных электронасосов без специальных устройств (станций) защиты и управления запрещена.
Организация защит от потери фазы в сети и от опасных режимов, вызванных симметричными либо несимметричными перегрузками в двигателе, различается принципиально. Первая не требует запоминания при срабатывании и должна автоматически включать электронасос при восстановлении полнофазного режима в сети. Вторая требует такого запоминания для последующего выяснения причины опасного режима. В этом случае электродвигатель включается вручную оператором после выявления и устранения причины аварийной ситуации.
В устройстве «Каскад» отсутствует раздельная защита, применяется единственная защита, реагирующая на токи в фазах двигателя и работающая с запоминанием.
В результате электронасос, как правило, выключен, и в башни, и в резервуары не поступает вода.
В условиях полнофазного режима сети нередко наблюдается несимметрия напряжений, превышающая нормы. Эти отклонения имеют переменный характер и зачастую кратковременны. Так, измерения, произведенные в Чеховском и Раменском районах Московской области, показали, что в течение 10-15 минут коэффициент обратной последовательности менялся от 0,65 до 4,89%, а нулевой – от 1,13 до 4,79%. Как показали результаты проведенных исследований, применяемая в устройствах «Каскад» защита с запоминанием, реагируя на перегрузки, связанные с кратковременно возникающей несимметрией, приводит к неоправданным простоям электронасоса.
Погружной электронасос – это агрегатная электроустановка с определенными характерными параметрами, поэтому для такой установки необходима индивидуальная защита, характеристики которой полностью согласуются с характеристиками защищаемого электродвигателя на всем диапазоне его нагрузок от номинального тока Iн до пускового Iп. Согласно [2], время-токовая характеристика защиты должна совпадать или располагаться в непосредственной близости от перегрузочной характеристики двигателя.
Для оценки свойств защиты устройства «Каскад» были рассчитаны перегрузочные характеристики погружных электродвигателей типа ПЭДВ по методике, изложенной в [2]. Результаты расчета в виде заштрихованной области (1) для электродвигателей мощностью 2,8 - 22 кВт приведены на рисунке, а также время-токовая характеристика защиты (2) устройства «Каскад» [2].
Как видно на рисунке, защита в устройстве «Каскад» для области малых перегрузок дает неоправданно малые выдержки времени, приводящие к частым отключениям электронасоса (с запоминанием) и недоиспользованию двигателя по нагреву.
В результате действия защиты электродвигатель отключается уже через 20 с., хотя мог безаварийно подавать воду в башню 10-15 мин.
В области больших перегрузок время выдержки защиты также недостаточно, что препятствует нормальному пуску электродвигателя. В устройстве «Каскад» функцию формирования времени выдержки, а значит и формы время-токовой характеристики защиты, выполняет R-C цепочка, заряд которой во времени проходит в соответствии с экспоненциальным законом, который определяет форму характеристики.
Как показали исследования зависимости формы от параметров зарядной цепочки, подобрать такую цепочку, которая обеспечила бы форму время-токовой характерис-тики защиты, соответствующую форме перегрузочной характеристики двигателя, невозможно. Она либо не совпадает в зоне больших перегрузок КI (3), либо в зоне малых КI (4), либо вообще в значительной части характеристики (5). В этом заключается принципиальный недостаток организации защиты в рассматриваемом устройстве.
Сельские электрики не удовлетворены действием защиты в устройстве «Каскад» и зачастую отключают ее, оставляя электронасос вовсе незащищенным от аварийных режимов.
(Продолжение следует).
Литература
1. Ахмедов А.Д. К вопросу эксплуатацион-ной надежности погружных двигателей //Промышленная энергетика, 1987, № 7, с. 14-16.
2. Славин Р.М. Режимы работы и защиты автоматических установок животноводческих ферм. М.: Машиностроение, 1965.