Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 12/2016 vyšlo tiskem
7. 12. 2016. V elektronické verzi na webu od 6. 1. 2017. 

Téma: Měření, měřicí přístroje a měřicí technika; Zkušebnictví a diagnostika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu (2. část – dokončení)

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Čerpací stanice Stranná

číslo 11/2002

Inovace, technologie, komponenty

Čerpací stanice Stranná

Společnost ABB s. r. o. zajišťovala kompletní realizaci projektu rekonstrukce technologické a stavební části objektu a plné automatizace čerpací stanice Stranná. Přímá dodávka vlastních produktů ABB zahrnovala rozvodnu 6 kV, dva vysokonapěťové měniče frekvence ACS 1000 a rekonstrukci stávajících elektromotorů (v prostorách ABB Servis Ostrava). Projekt též obsahoval subdodavatelské produkty a činnosti: instalaci nového řídicího systému SAT a jeho komunikaci s navazujícími objekty, dodávku dvou čerpadel Sigma, výměnu celého hlavního potrubního systému v čerpací stanici, dodávku nového čisticího stroje jemných česlí, repasi čočkových uzávěrů jemných česlí, včetně doplnění o nové servopohony, a repasi čisticích strojů hrubých česlí (firma Dragon).

Obr. 10.

Čerpací stanice Stranná (dále jen ČS) je určena k napájení průmyslového vodovodu Nechranice (dále jen PVN) vodou, čerpanou z řeky Ohře po jejím hrubém a jemném předčištění (ilustr. obr.).

Řešení ČS je koncipováno tak, aby stanice mohla pracovat jako bezobslužná, provoz odpolední, noční a ve dnech pracovního klidu je dozorován z velínu hydrocentrály Nechranice (dále jen HCN). Tomu je přizpůsobeno řešení řídicího systému (dále jen ŘS) i zabezpečení objektu ČS, které je zajištěno dvěma navzájem nezávislými systémy, a to elektronickým zabezpečovacím systémem (EZS) a kamerovým systémem.

Do komplexu ČS patří též přelivné objekty (PO), do nichž ústí výtlačné řady hlavních čerpadel, které nebyly předmětem rekonstrukce. Na komplex ČS dále navazuje soustava průmyslového vodovodu Nechranice. Čerpaná voda je dvěma nezávislými výtlačnými řady vytlačována do převýšení asi 110 m do dvou vzájemně propojených zásobníků – přelivných objektů, které je možné v případě potřeby navzájem oddělit. Z těchto přelivných objektů odtéká voda dvěma nezávislými řady PVN samospádem k jednotlivým odběratelům. Koncové místo PVN (tzv. výustný objekt) se nachází ve vzdálenosti asi 18 km od PO v lokalitě Komořany, v blízkosti teplárny a úpravny uhlí Komořany. Po celé trase PVN je rozmístěno několik odběrných stanic, vybavených uzavíracími armaturami a snímači provozních hodnot, které jsou zobrazovány na monitoru řídicího systému ČS.

Obr. 1. Obr. 2. Obr. 6.

Technologie ČS Stranná se skládá ze dvou symetrických částí strojní technologie, tzv. větve V1 a větve V2, přičemž každá tato větev se vyznačuje:

  • samostatným bazénem hrubých česlí vybaveným dvojicí čisticích strojů těchto hrubých česlí (obr. 1),

  • samostatným bazénem jemných česlí (obr. 2) pro každé čerpadlo odděleným od bazénu hrubých česlí dvojicí kanálových šoupat (zvaných též „čočkové uzávěry“),

  • jedním „velkým“ a jedním „malým“ čerpadlem, z nichž každé odebírá vodu z vlastního bazénu jemných česlí a je napájeno z jednoho měniče frekvence (FM1, FM2),

  • společným výtlakem do jednoho ze dvou výtlačných řadů, přičemž oba tyto řady mohou být propojeny pomocí příčného potrubí a uzávěru o Js 800 mm.Těmito výtlačnými řady je čerpaná voda dopravována do přelivných objektů, umístěných na kopci nad ČS Stranná.

Obr. 3.

Řad Stranná (ŘS) je připojen k celé rekonstruované části, tj. k čerpacím soustrojím č. 12, 13, 14 a 15 a všem zařízením souvisejícím s nimi, od tabulových uzávěrů až po vstup do výtlačného řadu V1, resp.V2 (Js 1 000 mm) v komoře uzávěrů.

ŘS zobrazuje stav na celé trase PVN. Je vybaven dvěma samostatnými pracovišti, z nichž jedno (hlavní) je umístěno v dozorně ČS Stranná a druhé (podružné) v dozorně hydrocentrály Nechranice. Na obou pracovištích je synchronně zobrazován celý provozní stav soustavy ČS a PVN, přičemž jedno z obou uvedených pracovišť má postavení řídicího pracoviště, kdežto druhé je ve stejnou dobu v postavení monitorovacího pracoviště. Přidělený status postavení pracoviště je současně vizualizován na obou obrazovkách ŘS.

Uspořádání čerpací stanice
ČS se skládá ze čtyř čerpacích soustrojí, označených čísly 12, 13, 14 a 15, z nichž za běžného provozu mohou pouze dvě pracovat současně, přičemž každé je napájeno z jednoho měniče frekvence, umožňujícího regulovat jeho otáčky a tím i množství čerpané vody. Čerpadla č. 12 a 13 (obdobně 14 a 15) tvoří tzv. technologickou větev (ozn. V1, popř. V2). Výtlak každého čerpadla prochází výtlačnou uzavírací klapkou, následovanou zpětnou klapkou, za níž se obě výtlačná potrubí daného páru spojují a přes klapku výtlačného řadu pokračují do příslušného výtlačného řadu (k dispozici jsou dva samostatné výtlačné řady Js 1 200 mm).

Daná dvojice čerpadel tedy představuje plnou konfiguraci čerpací stanice, v níž lze provoz čerpadel kombinačně volit podle požadovaného výkonu až na maximální výkon asi 1 600 l/s (obr. 3).

Na obr. 3 je znázorněna tzv. vodní cesta, tvořená „částí sání“, čerpadly, „částí výtlačnou“ a dvěma „výtlačnými řady“. Ve schématu nejsou pro přehlednost vyznačeny uzavírací armatury ani čidla pro zjišťování hladiny nebo tlaku vody. Každé čerpací soustrojí je vybaveno poháněcím elektromotorem, jehož napájení zajišťuje tzv. elektrická cesta (obr. 4). Každý z uvedených měničů frekvence (FM1, FM2) může současně napájet pouze jeden motor, tzn. že současně mohou být v provozu pouze dvě (kterákoliv) z čerpadel č. 12 až 15 (obr. 5). Druhá dvojice čerpadel je tak 100% zálohou celkového výkonu ČS (obr. 6). Ve skutečnosti lze pomocí spojky výtlačných řadů (obr. 7) dosáhnout různých kombinací uspořádání vodní cesty, čemuž odpovídá i definice spouštěcích a provozních podmínek vložených do ŘS. Obdobně lze využitím podélných spojek v rozvodnách R110 a R6 docílit různých kombinací elektrické napájecí cesty pro jednotlivá čerpací soustrojí.

Obr. 4.

Rozvodna 6 kV (přímá dodávka ABB)
Stávající rozvodna 6,3 kV byla v rámci rekonstrukce nahrazena novou rozvodnou – typ ABB SR7,2 kV. Z této nové rozvodny jsou napojeny dva vysokonapěťové měniče frekvence s transformátory. Další dva vývody jsou určeny pro dva transformátory napájení vlastní spotřeby ČS. Oba transformátory 400 kV·A jsou původní.

Z těchto dvou transformátorů je napájen rozváděč nn pro motorové, světelné a zásuvkové obvody. Světelný rozváděč napájí světelné obvody včetně zásuvek 230 V a dva usměrňovače pro stejnosměrný rozvod stanice 110 V. Stejnosměrný rozvod 110 V obsahuje rozváděč s vývody pro potřeby ochran a řízení rozvoden vvn a čerpací stanice vn.

Baterie akumulátorů zůstala stávající, avšak nyní je umístěna přímo ve strojovně v samostatné skříni.

Rozváděče vn a nn jsou nové. Stávající rozvod vn a nn byl v rámci rekonstrukce demontován.

Měniče frekvence
Technické řešení systému regulace otáček čerpadel je založeno na aplikaci vysokonapěťových měničů frekvence. Tyto měniče zajišťují napájení poháněcích elektromotorů o příkonu až 1 600 kW pomocí pulsně šířkové modulace usměrněného napětí vn. Vlastní řízení měniče využívá technologii přímého řízení momentu (DTC, regulovanou veličinou je přímo moment na hřídeli motoru). Frekvence výstupního napětí a proudu měničů frekvence je regulovatelná a zaručuje optimalizaci chodu čerpadel. Měniče frekvence jsou vybaveny digitálním displejem pro zobrazování stavu systému.

Společnost ABB má dlouholeté zkušenosti s výrobou a instalací vysokonapěťových měničů frekvence. Systém ACS 1000 (obr. 8) instalovaný v ČS Stranná byl již aplikován v mnoha obdobných projektech. Jde o zásadní modernizaci dřívější řady SAMI MEGASTAR, která se osvědčila i v nejtěžších podmínkách námořní dopravy, elektrické trakce a těžkého průmyslu.

Obr. 5.

Systém zajišťuje naprosto plynulou regulaci s vysokou účinností, odolností, malými požadavky na údržbu, vysokou spolehlivostí a přesností s napájením z trojfázové sítě 6 kV, 50 Hz.

Výstupem měniče frekvence je trojfázové napětí 3,46 kV s regulovatelnou frekvencí, vhodné k řízení standardního indukčního asynchronního motoru s kotvou nakrátko. Vinutí motorů 6 kV je přepojeno z hvězdy do trojúhelníku (dodavatel ABB Servis Ostrava). Měnič frekvence má odpovídající výkon s příslušnou rezervou a produkuje vysoce kvalitní průběhy výstupních veličin. Napětí i proud jsou sinusové a měnič pracuje s účiníkem 0,98, takže dosavadní kompenzační baterie mohla být bez náhrady odstraněna. Vypočtená účinnost celé sestavy systému (stávající motor – měnič frekvence ACS 1000 (obr. 9) – vstupní izolační transformátor) dosahuje hodnoty 93,5 % při plné zátěži a nominálních otáčkách.

Princip a cíle řízení ČS
ČS Stranná je vybavena technickými prostředky, které umožňují řídit množství čerpané vody tak, aby ekonomika provozu byla optimální, tj.:

  • bylo čerpáno jen takové množství vody, které je v systému PVN skutečně zapotřebí (nebylo nutné přebytek bez užitku vracet zpět do řeky Ohře potokem Hutná),

  • nedocházelo ke vzniku akutního nedostatku vody, který by bylo nutné řešit mimořádnými prostředky (neekonomickým provozem instalovaných zařízení).

Základní ovládaná zařízení ČS jsou:

  • dvě dvojice hlavních čerpadel o různém čerpacím výkonu, umožňující i v případě nutné odstávky některého z nich volbu optimální kombinace počtu a sestavy běžících čerpadel k dosažení optimálních parametrů čerpání potřebného množství vody v daném časovém okamžiku,

  • frekvenčně řízené pohony hlavních čerpadel, umožňující plynulou bezeztrátovou změnu otáček hlavních čerpadel a tím plynulou změnu čerpaného množství vody a hladký rozběh bez nežádoucích výkonových rázů v elektrické napájecí síti,

  • řídicí systém, který průběžně vyhodnocuje stav hladiny v přelivných objektech ČS a vydává povely regulovaným pohonům (start, nastavení otáček, zastavení) tak, aby byla optimálně využita nastavená bilance spotřeby elektrické energie (optimální využití sjednaného čtvrthodinového maxima).

Obr. 7. Obr. 8. Obr. 9.

Pro optimální využití zmíněných nástrojů je žádoucí, aby řízení ČS bylo přednostně zajišťováno jejím řídicím systémem pracujícím v režimu automatického řízení. Řídicí systém je instalován v dozorně ČS. Jsou-li k tomu zvláštní provozní důvody, lze ČS řídit i manuálně, a to s podporou zejména kontrolních funkcí řídicího systému – tzv. dálkové ruční řízení. Pouze jako přechodné řešení lze dočasně akceptovat řízení ČS z místa instalace jednotlivých zařízení – tzv. místní ruční řízení.

Základní strategie automatického řízení
Režim automatického řízení ČS má k dispozici informace o stavu hladiny v přelivných objektech, na jejichž základě spouští, reguluje, popř. odstavuje jednotlivá čerpací soustrojí. Obdobně probíhá řízení i podle:

  • povolené hodnoty čtvrhodinového maxima činného příkonu odebíraného ze sítě 110 kV,

  • trendu nárůstu skutečného čtvrhodinového maxima činného příkonu odebíraného ze sítě 110 kV (tj. předpoklad dosažené skutečnosti po uplynutí právě probíhajícího intervalu měření).

S výjimkou posledního údaje všechny ostatní zadává obsluha ČS na obrazovce „Čerpadla“ a tím je řízena četnost spouštění jednotlivých soustrojí. V konečném důsledku tím ovlivňuje i ekonomiku provozu celé ČS.

(firemní článek ABB s. r. o.)