ЩИТ УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ ВОДОГРЕЙНОЙ ТЕПЛОЦЕНТРАЛИ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ НЕФТИ

Полезная модель относится к электротехнике, а более конкретно к конструкциям распределительных устройств для подвода и распределения электрической энергии, в том числе щитов, панелей, пультов, шкафов и т.п., и может быть применена при разработке и изготовлении устройств управления технологическим оборудованием различного назначения в ручном и автоматическом режиме, например при создании устройств управления и контроля работы установки водогрейной теплоцентрали (УВТ) для транспортировки нефти.
Известен щит управления для электроагрегатов, предназначенный для управления и контроля работы электроагрегатов с изолированной или заземленной нейтралью (см. патент на полезную модель №85271, приор. 14.04.2008, опубл. 27.07.2009, кл.: Н02Н 7/06), содержащий в верхней части пульт управления, оснащенный передней панелью управления и индикации и снабженный измерительными приборами и элементами управления, а в нижней части - щит силовой, соединенный с пультом управления и снабженный аппаратурой релейной защиты, при этом на передней панели щита силового, снабженного трансформаторами тока, расположены предохранители защиты измерительных приборов пульта управления, автоматический выключатель генератора, переменный резистор регулировки напряжения и кнопка «стоп» аварийного останова электроагрегата, а на передней панели управления и индикации установлены прибор контроля двигателя, амперметры для измерения тока в каждой фазе, частотомер, вольтметр, сигнальный светодиод, переключатель вольтметра, кнопка поверки реле контроля изоляции, лампа сигнализации о снижении уровня изоляции, кнопка включения указателей прибора контроля двигателя, переключатель «пуск-стоп», светодиод положения механизма привода регулятора «минимум», переключатель частоты, светодиод положения механизма привода регулятора «максимум», автоматический выключатель, светодиод аварийной сигнализации, пятисегментный световой индикатор, светодиод «управление местное», тумблер «управление местное-дистанционное», светодиод «управление дистанционное», светодиод «неисправность» и кнопка сброса.
Недостатками аналога являются: отсутствие в его конструкции схемы автоматического ввода резерва, а также невозможность автоматического перевода питания на другой ввод при аварийном отключении питающего напряжения. Недостатком также является невозможность перехода на питание от аварийного дизель-генератора при полном отключении питающей сети.
Наиболее близким техническим решением по своей технической сущности (количеству сходных существенных признаков) и назначению к заявляемому, принятым в качестве ближайшего аналога - прототипа полезной модели, является щит электропитания устройств железнодорожной автоматики, предназначенный для размещения аппаратуры железнодорожной автоматики и других элементов устройств сигнализации, централизации и блокировки (см. патент на полезную модель №57701, приор. 22.05.2006, опубл. 27.10.2006, кл.: B61L 23/22; Н05К 7/18), выполненный в виде закрытого напольного шкафа и содержащий устройство автоматического включения резерва (АВР) двух независимых источников питания переменного тока (фидеров) и дизелей-генератора с автозапуском (ДГА), устройство распределения переменного тока от фидеров и ДГА по различным нагрузкам, а также через разделительные трансформаторы по нагрузкам железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ), источники питания постоянного тока и устройства распределения постоянного тока по различным нагрузкам ЖАТ, при этом все вышеупомянутые устройства расположены в единой конструкции шкафа, устройства автоматического включения резерва (АВР) двух фидеров внутри шкафа отделены друг от друга сплошными перегородками, для кабелей вводов фидеров на внешней боковой стенке шкафа установлены металлические разборные желоба, кроме того, мнемосхемы разводки питания переменного и постоянного тока с установленными элементами индикации и контроля параметров выполнены отдельно и размещены на разных дверях с лицевой стороны шкафа, а клеммы подключения нагрузок и цепей управления переменного и постоянного тока отделены друг от друга двухрядным расположением в разных плоскостях по глубине шкафа, также цепи и входные клеммы для питания нагрузок ЖАТ выполнены изолированными от цепей и выходных клемм фидеров и ДГА для включения между ними входа-выхода источников бесперебойного питания, а нагрузки переменного тока общего назначения подключены к выходам фидеров и ДГА через устройства защитного отключения. При этом все устройства расположены в единой конструкции шкафа.
Недостатком указанного прототипа является неудобство технического обслуживания оборудования и выполнения ремонтных работ щита непосредственно в процессе его эксплуатации без отключения установки водогрейной теплоцентрали (УВТ) по причине отсутствия возможности свободного доступа одновременно к силовой аппаратуре и измерительным приборам и элементам управления и автоматики ввиду того, что все устройства размещены в единой конструкции шкафа.
Кроме того, недостатком прототипа является относительно низкая надежность щита, обусловленная повышенной вероятностью выхода из строя отдельных релейных схем, а также недостаточные функциональные возможности щита, ввиду отсутствия, например, возможности контроля и управления насосными агрегатами, а также не предусмотрены средства контроля и автоматического управления противопожарной системой, что делает невозможным его использование в качестве устройства управления и контроля работы установок водогрейный теплоцентрали (УВТ) при транспортировке нефти.
Предлагаемая полезная модель направлена на устранение недостатков ближайшего аналога - прототипа, включая повышение удобства технического обслуживания оборудования и выполнения ремонтных работ щита, в т.ч. без отключения установки (УВТ), а также - на повышение надежности и расширение функциональных возможностей щита в отношении его использования в составе более сложных технических систем, в том числе в качестве устройства управления и контроля работы установки водогрейной теплоцентрали для транспортировки нефти по магистральным трубопроводам на длительные расстояния.
При этом решена задача создания щита управления установкой водогрейной теплоцентрали для транспортировки нефти, особенности конструкции которого позволяют значительно повысить удобство его технического обслуживания и выполнения ремонтных работ непосредственно в процессе рабочей эксплуатации щита с одновременным расширением его функциональных возможностей и повышением надежности контроля и управления основными технологическими процессами и оборудованием, входящим в состав конструкции щита.
Это достигается тем, что в конструкции предлагаемого щита управления установкой водогрейной теплоцентрали для транспортировки нефти, выполненного в виде многосекционного шкафа, включающего взаимосвязанные между собой элементы управления, измерительные приборы, пускорегулирующую и силовую аппаратуру, а также содержащего релейные схемы контроля и управления технологическими процессами и оборудованием, в отличие от ближайшего аналога - прототипа, шкаф выполнен в составе, по меньшей мере трех, вертикально ориентированных секций, средняя из которых является силовой и содержит только силовую аппаратуру, а боковые - являются секциями управления и автоматики, при этом релейные схемы контроля и управления основными технологическими процессами и оборудованием выполнены с применением электрических цепей резервирования таким образом, что каждая из вышеупомянутых релейных схем дополнительно снабжена дублирующей ее релейной схемой, установленной с возможностью переключения в автоматический или ручной режим работы.
Кроме того, поставленные цели, а именно: расширение функциональных возможностей и повышение надежности щита, достигаются тем, что с применением электрических цепей резервирования выполнены, в первую очередь, следующие релейные схемы контроля и управления основными технологическими процессами и оборудованием: контроля и управления насосными агрегатами, автоматического ввода резервных насосных агрегатов, автоматического управления противопожарной системой. Также в составе резервируемых релейных схем контроля и управления основными технологическими процессами и оборудованием предусмотрена схема автоматического ввода резервных источников питания, при этом для подключения вышеупомянутых резервных источников питания силовая секция дополнительно снабжена резервным и генераторным устройствами ввода.
В общем случае щит состоит из трех вертикальных секций - прямоугольных металлических шкафов, средний из которых является силовым и содержит вводные автоматы, трансформаторы тока. В корпусе имеется специальная сальниковая панель с отверстиями для кабелей силового ввода, кабелей управления всеми агрегатами и сигнальных кабелей.
В одном из вариантов выполнения силовой секции на лицевой панели силового шкафа могут быть установлены аварийные кнопки аварийного отключения питания и системы пожаротушения. Ниже установлены кнопки включения - отключения вводов I и II, секционного выключателя. В этой секции находятся зарезервированные релейные схемы автоматического ввода резервных источников питания Предусмотрен также переключатель автоматического или ручного режима работы ввода резерва. Для индикации состояния перечисленных элементов установлены световые индикаторы. На переднюю панель выведены мощные автоматические выключатели по вводам: - основному (ВВОД I), - резервному (ВВОД II) и - генераторному (ВВОД Г), автоматический выключатель генератора и секционный выключатель. На этой же секции установлены силовые розетки для подключения дополнительных внешних устройств.
В предложенном варианте одна из боковых (несиловых) секций может быть выполнена с предусмотренными цифровыми счетчиками по вводам с возможностью передачи данных в автоматизированную систему управления; световыми индикаторами наличия напряжения на шинах этой секции и состояния проходного выключателя. В этой секции находятся зарезервированные релейные схемы контроля и управления насосными агрегатами, автоматического управления противопожарной системой, а также автоматические выключатели, защищающие сетевой, подпиточный насосы, насос рециркуляции, вентилятор и другие элементы технологического цикла, вт.ч. управления горелкой. Здесь же установлена пускорегулирующая аппаратура с необходимыми элементами защиты. В этой секции находятся элементы управления горелкой, автоматические выключатели насоса перекачки топлива, топливного насоса, вентилятора, подогревателя и пожарный выключатель.
Другая боковая (несиловая) секция в предложенном варианте конструкции щита может быть выполнена с установленными индикаторами наличия напряжения и пожарного выключателя. В этой секции размещены зарезервированные релейные схемы автоматического ввода резервных насосных агрегатов, а также переключатели автоматического и ручного режимов работы сетевых, топливных насосов, насосов рециркуляции, подпиточных насосов. По всем этим устройствам имеются световые индикаторы их состояния. Здесь же установлены автоматические выключатели защиты насосов. Ниже установлены автоматические выключатели элементов управления горелкой второй горелкой.
В стандартном виде каждая из релейных схем контроля и управления технологическими процессами и/или оборудованием представляет собой набор релейно-контактных элементов, электрически соединенных между собой в определенной последовательности (по определенной схеме), и регулирующих устройств, на которые эти контакты воздействуют.
В двух боковых секциях управления щита установлены релейные схемы, обеспечивающие логическое управление, т.е. управление посредством выполнения определенной последовательности действий и выдачи, управляющих воздействий (микроопераций) для объектов управления - основных технологических процессов и оборудования в ручном и автоматическом режимах. На специальных рейках установлены держатели с реле, монтаж которых выполнен по специально разработанным схемам.
В условиях серийного производства изготовление заявленной конструкции щита управления осуществляют с использованием известных материалов и оборудования посредством последовательного выполнения взаимосвязанных стадий и операций известного технологического процесса.
Все измерительные приборы, элементы управления, пускорегулирующая аппаратура являются стандартными элементами электротехники.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором схематично изображен общий вид спереди щита управления с «функционально» обозначенными основными его узлами и элементами.
Примером конкретного выполнения одного из оптимальных вариантов заявляемой полезной модели является щит управления установкой водогрейной теплоцентрали для транспортировки нефти, получивший в дальнейшем коммерческое наименование «ЩУ-4А».
Щит управления состоит из трех вертикальных секций - прямоугольных металлических шкафов и содержит: средний силовой шкаф - 1, включающий три силовых ввода: - основной (ВВОД I) - 2, -резервный (ВВОД II) - 3 и - генераторный (ВВОД Г) - 4, а также зарезервированную релейную схему автоматического ввода резервных источников питания - 5; первый боковой шкаф - 6 управления и автоматики, включающий зарезервированную релейную схему контроля и управления насосными агрегатами - 7 и зарезервированную релейную схему автоматического управления противопожарной системой - 8; второй боковой шкаф - 9 управления и автоматики, включающий зарезервированную релейную схему автоматического ввода резервных насосных агрегатов - 10.
Все необходимые для функционирования щита управления отдельные комплектующие соединены между собой электрически согласно специально разработанным схеме электрической принципиальной и схеме электрической соединений щита (на чертеже не показано).
Эксплуатацию щита управления установкой водогрейной теплоцентрали для транспортировки нефти вышеописанной конструкции осуществляют следующим образом.
В штатном режиме работы щит управления обеспечивает:
- оперативное ручное включение/отключение всех отходящих присоединений;
- логическое (посредством релейных схем контроля и управления) управление всеми технологическими процессами и оборудованием в ручном и автоматическом режимах.
- защиту от токов перегрузки;
- защиту от токов короткого замыкания;
- отслеживание состояния автоматических выключателей и пускозащитной аппаратуры, установленных в щите, посредством контактов состояния и передачу данной информации на диспетчерский пульт;
- контроль наличия напряжения на секциях шин;
- пуск, останов и защиту электродвигателей всех технологических механизмов.
При отклонении от штатного режима работы, например, при пропадании питания на основном вводе 2, происходит срабатывание релейной схемы 5 автоматического ввода резерва, и щит получает питание от резервного ввода 3. При аварийном пропадании напряжения на обоих вводах: основном 2 и резервном 3, происходит автоматическое включение генератора (на чертеже не показан) и щит посредством срабатывания релейной схемы 5 автоматического ввода резерва получает питание от генераторного ввода 4.
В другом случае отклонения от штатного режима работы, например, при обнаружении неисправности любого из штатных насосных агрегатов (на чертеже не показаны) релейные схемы 7 и 10 производят отключение неисправного насосного агрегата и осуществляют ввод в работу резервного насосного агрегата (на чертеже не показаны).
Точно также, в случае обнаружения угрозы пожарной безопасности, посредством срабатывания релейной схемы 8 происходит автоматическое включение противопожарной системы (на чертеже не показана).
Во всех вышеперечисленных случаях высокая надежность работы релейных схем контроля и управления основными технологическими процессами и оборудованием достигается применением для каждой из релейных схем, по меньшей мере одной, электрической цепи резервирования с дублирующей ее релейной схемой.
При этом, расширение функциональных возможностей щита достигается за счет 100%-ного охвата в отношении контроля и управления всех основных и вспомогательных параметров технологических процессов и оборудования УВТ при транспортировке нефти.