Насосы серии FGI FD5000 MVD используются в системах централизованного водоотведения шахт для экономии энергии.

Обзор проекта

Горнодобывающая промышленность потребляет большое количество энергии, перемещает тяжелые грузы и работает непрерывно. Главные дренажные насосы играют ключевую роль в обеспечении безопасности шахт. Они откачивают подземные воды, регулируют уровень воды и предотвращают затопление туннелей. На эти насосы приходится более 35% вспомогательного энергопотребления в шахтах.

Традиционный режим работы с фиксированной скоростью использует выпускные клапаны для регулирования расхода и напора. Это приводит к значительным потерям энергии, вызывает сильные пусковые скачки, нестабильному регулированию уровня воды, увеличивает износ оборудования, повышает затраты на техническое обслуживание и создает риски для безопасности. Горнодобывающим предприятиям срочно необходимы энергосберегающие и интеллектуальные системы управления на основе MVD.

болевые точки клиентов

1. Высокие затраты на электроэнергию – Насосы часто имеют избыточную мощность. Они работают на полной скорости (50 Гц), в то время как клапаны регулируют поток. Клапаны обычно остаются открытыми лишь на 45–60%. Большая часть энергии превращается в потери давления и тепло. Приток воды сильно колеблется между сезонами дождей и засухи. В периоды низкого притока потери энергии превышают 28%. Стоимость электроэнергии остается очень высокой.

2. Сильные механические нагрузки – Прямой пуск высоковольтных двигателей вызывает пусковой ток, в 5–7 раз превышающий номинальный. Это влияет на электросеть шахты, вызывает падение напряжения, срабатывание выключателей и износ распределительного оборудования. Мгновенные скачки крутящего момента приводят к сильной вибрации подшипников насосов, муфт и трубопроводов. Часто возникают протечки уплотнений и износ рабочего колеса.

3. Низкая точность управления – ручная регулировка клапана происходит медленно, вызывая значительные колебания уровня воды. Это увеличивает риск затопления, работы всухую и кавитации, что угрожает подземным работам. Система не может автоматически поддерживать безопасный постоянный уровень воды.

Индивидуальное решение для частотно-регулируемого привода

1. Точный выбор и настройка

Учитывая условия работы в шахте – влажную, пыльную, взрывоопасную среду, требующую круглосуточной работы в тяжелых условиях, а также требования к ПИД-регулированию уровня воды с обратной связью и высокому крутящему моменту на низких частотах, – мы выбрали четырехквадрантный средневольтный привод FGI FD5000-10/900F-1A.

со следующими характеристиками:

- Номинальное напряжение: 10 кВ

- Номинальная мощность: 900 кВт

- Номинальный ток: 65 А

- Режимы управления: бессенсорное векторное управление, ПИД-регулятор с обратной связью для автоматического регулирования уровня воды.

Степень защиты: IP54 – пыле-, влагозащита, защита от помех.

- Основные функции: плавный пуск/остановка, высокий крутящий момент на низких частотах, многоуровневая защита, связь по протоколу Modbus, дистанционный мониторинг, предупреждение о неисправностях.

2. Технические преимущества решения

Энергосберегающее регулирование скорости: больше никаких перегрузок клапанов. Частотно-регулируемый привод регулирует скорость насоса в режиме реального времени в зависимости от притока подземных вод. Он перекачивает воду только по мере необходимости, исключая все потери энергии.

Защита от плавного пуска: ограничивает пусковой ток до значения, в 1,5 раза превышающего номинальный ток. Отсутствие скачков напряжения в сети и механических ударов. Значительно снижается вибрация и шум.

Поддержание постоянного уровня воды: система с ПИД-регулированием автоматически поддерживает уровень подземных вод в заданном диапазоне. Это предотвращает затопление и кавитацию, повышая безопасность водоотведения.

Улучшенное качество электропитания: многоуровневая последовательная топология обеспечивает коэффициент нелинейных искажений входного тока THDi ≤ 4%. Дополнительная фильтрация гармоник не требуется. Коэффициент мощности повышается до значения выше 0,96.

Адаптируется к суровым условиям: выдерживает воздействие влаги, пыли и значительных колебаний напряжения, обеспечивая стабильную круглосуточную работу в подземных условиях.

3. Архитектура реализации

Мы использовали схему автоматического байпасного управления «один привод — один двигатель». Оригинальную схему с фиксированной скоростью мы сохранили в качестве аварийного резерва. Во время технического обслуживания или неисправностей система плавно переключается, не останавливая отвод воды. Частотно-регулируемый привод подключается к системе автоматизированного мониторинга подземных сооружений шахты, обеспечивая дистанционный запуск/остановку, автоматическое регулирование уровня воды, сбор данных и оповещения о тревоге.

Полный процесс внедрения

Этап 1: Предварительное обследование и проектирование.

Наша техническая группа провела многочисленные выездные обследования подземной гидрологии и планировки насосных станций. Мы собрали параметры насосов, рассчитали базовый уровень энергопотребления и разработали специальные электрические схемы и планы безопасности строительства.

Этап 2: Монтаж и подключение проводки.

Мы установили частотно-регулируемый привод в корпус контейнерного типа с влагозащитной и антикоррозионной герметизацией. Мы разделили проводку для сильных и слабых токов, обеспечили надлежащее заземление и добавили внутри корпуса устройства осушения и охлаждения для строгого контроля повышения температуры и конденсации.

Этап 3: Ввод в эксплуатацию и пробная эксплуатация

Наши инженеры настроили параметры ПИД-регулятора для контроля уровня воды. Мы провели поэтапную отладку в режиме холостого хода и под нагрузкой, а затем 72-часовое непрерывное тестирование при полной нагрузке. Мы определили оптимальный диапазон частот для насосов, соответствующий безопасным потребностям в отводе воды.

Этап 4: Приемка и доставка

Мы организовали совместную приемку оборудования и производственных цехов заказчика. Мы предоставили полный комплект «Технической документации по модернизации» и «Руководства по эксплуатации и техническому обслуживанию». Мы также провели два этапа практического обучения для оперативной группы заказчика.

Результаты измерений после модернизации

1. Данные об энергосбережении

До: Среднесуточное потребление энергии насосами – 16 800 кВт·ч. Годовое потребление – 6,13 млн кВт·ч.

После: Среднесуточное потребление энергии насосами – 11 650 кВт·ч. Годовое потребление – 4,25 млн кВт·ч.

Ключевой результат: общая экономия энергии на 30,7% – ежегодное снижение затрат на электроэнергию на 442 000 юаней. Срок окупаемости: приблизительно 1,2 года.

2. Более эффективная работа оборудования

Уровень отказов оборудования снизился на 84%. Количество незапланированных простоев сократилось на 610 часов в год.

Вибрация насоса снижена на 66%. Срок службы рабочих колес, подшипников и уплотнений значительно увеличен.

3. Снижение затрат на техническое обслуживание.

Ежегодные затраты на запасные части снизились на 86%. Объём работ по ручному осмотру и регулировке клапанов сократился на 60%.

Автоматический и стабильный контроль уровня воды значительно повысил безопасность дренажа, устранив риск затопления.

Фотографии с места событий

  Шкаф управления средневольтными приводами серии FGI FD5000 на 10 кВ

Отзывы клиентов

«После модернизации наших основных дренажных насосов с помощью MVD мы увидели явную экономию электроэнергии. Насосы работают плавнее, издают меньше шума и требуют гораздо меньше запасных частей. Контроль уровня подземных вод теперь полностью автоматизирован – больше не требуется ручная регулировка клапанов. Это значительно снижает риски для безопасности. Насосы FGI FD5000 работают надежно, а их техническая поддержка отличается профессионализмом. FGI – надежный партнер для энергосберегающей модернизации шахт».

— Директор электромеханического рудника, крупная горнодобывающая группа

В этом примере показано, как частотно-регулируемый привод среднего напряжения FGI FD5000 успешно решает основные проблемы, возникающие при работе насосов для отвода сточных вод из шахт: высокое энергопотребление, сильные ударные нагрузки, нечеткое управление и серьезные риски для безопасности. Он обеспечивает четыре ключевых преимущества: энергосбережение, безопасную и стабильную работу, снижение затрат и износа, а также интеллектуальную автоматизацию.

Если вам требуется модернизация вентиляторов, насосов, воздушных компрессоров, конвейеров или другого промышленного оборудования с помощью частотно-регулируемых приводов (ЧРП), свяжитесь с нами для бесплатной оценки энергоэффективности, составления индивидуального предложения по модернизации и осмотра объекта. Мы создадим для вас эффективную и интеллектуальную систему промышленной автоматизации.