Автоматизація свердловин на воду.
Для добування підземних вод бурять свердловини. Починаючи з рівня 10 м від поверхні землі, свердловини обладнують глибоководними вертикальними відцентровими помпами, що одержали назву артезіанських.
В сільському господарстві широко поширені невеликі локальні системи водопостачання – один помповий агрегат відкачує воду із свердловини і подає її у водонапірну башту або у закриту мережу. При великій витраті використовують групу свердловин, які працюють на один резервуар або закриту мережу.
Помпові установки, що відкачують воду із свердловин, крім водопостачання та зрошення, використовують також для вертикального дренажу з метою водопониження, розшарування ґрунтів і запобіганню їх вторинного засолення. Засолення ґрунтів зумовлюється тим, що високомінералізована підземна вода, випаровуючись, залишає солі у верхньому шарі. Тому найбільше ефективним засобом боротьби з засоленням є вертикальний дренаж, що знижує рівень ґрунтових вод і зменшує їх напір до значень, коли вони не можуть підніматися по капілярах і випаровуватись з поверхні ґрунту.
Особливості автоматизації заглибних помпових агрегатів
Заглибні помпові агрегати складаються з жорстко з'єднаних між собою відцентрової помпи 2 і заглибного електродвигуна 1 (рис. 1). Помповий агрегат опускають у обсадну трубу 3 на напірній трубі 4. У верхній частині помпи розташований кульовий зворотний клапан, який
Рис. 1. Схема розташування у свердловині помпового агрегату.
розвантажує помпу від тиску стовпа води у напірному трубопроводі й запобігає зворотному обертанню колеса помпи і ротора двигуна при раптовому його відключенні. Цим запобігається пошкодження електродвигуна, що може виникнути, якщо зникла напруга живлення знову з'явиться у той час, коли помпа обертає ротор двигуна в протилежну сторону. Живлення на електродвигун подається по кабелі 5, який за допомогою поясів 9 кріпиться до колони напірних труб. Електродвигун має водяне охолодження. Тому перед опусканням агрегату у свердловину порожнини електродвигуна заповнюють чистою профільованою водою, температура якої не повинна перевищувати 25 0С.
Помповий агрегат ніколи не повинний працювати «всуху», тому що навіть короткочасна робота без води призводить до ушкодження підшипників помпи, що повинні омиватися відкачуваною водою, і обмотки двигуна, яка теж охолоджується цією же водою. Для захисту електропомпи від роботи «всуху» використовують давач «сухого ходу» 6, що формує сигнал на відключення двигуна, коли рівень води у свердловині опускається нижче електpoда давача. Давач «сухого ходу» являє собою металевий стрижень, зверху покритий ізоляційним матеріалом поліхлор-вінілом. Кріпиться він до труби за допомогою спеціальних хомутів 7, а до схеми керування підключається проводом 8.
Заглибні електропомпи випускаються більше 100 типорозмірів для свердловин діаметром 100... 500 мм, з подачею води 0,63...1200 м3/год і напором 12...680 м.
Система керування роботою артезіанських свердловин повинна забезпечити:
1. Роботу помпових агрегатів незалежно від їх використання в ре-жимах автоматичного, місцевого і дистанційного керування. Місцеве керування, зазвичай, використовують при випробуванні і налагодженні помпової установки.
2. Захист електродвигуна від короткого замикання і перевантаження, яке може виникнути при поломці помпи, обриві однієї з фаз і зниженій напрузі живлення.
3 .Захист електропомпи від роботи «всуху».
4. Виключення автоматичного повторного пуску двигуна при спрацюванні будь-якого з перерахованих захистів.
5. Селективний самозапуск електродвигунів помп після короткочасного відключення напруги живлення. Це зумовлено тим, що одночасний пуск усіх підключених до трансформаторної підстанції електродвигунів недопустимий через виникнення великого сумарного пускового струму.
6. Необхідний для нормальної експлуатації свердловини об’єм вимірювань і сигналізації.
7. Передачу аварійної сигналізації на диспетчерський пункт і дублювання неї на місці.
8. В залежності від призначення свердловин на воду вибирають способи i обсяги автоматизації.
1. Повністю автоматизовані помпові установки, які керуються від давачів рівня або тиску, використовують для водопостачання або вертикального дренажу. При великій кількості свердловин створюють диспетчерський пункт, у функцію якого входить контроль за роботою свердловин. На диспетчерському пункті відображається інформація про роботу свердловин у виді „включено” „відключено” і „аварійно відключено”.
Іноді групу свердловин вертикального дренажу автоматизують у залежності від рівня води в контрольній свердловині. При підніманні рівня води до верхнього давача селективно включається уся група електронасосів. При зниженні рівня нижче нижнього давача вся група також відключається. Якщо в окремих свердловинах із-за нерівномірного притоку або з інших причин рівень води опускається нижче давача «сухого ходу», то помпова установка відключається незалежно від рівня води у контрольній свердловині. Крім того, схема керування повинна передбачати перехід від групового керування до індивідуального місцевого у випадку проведення ревізії або ремонту.
2. Пуск і зупинку помпових агрегатів, призначених для зрошення виконують за місцем, контролюючи аварійне відключення, або дистанційно (з місць розташування дощувальних установок), використовуючи засоби телемеханіки. Пуск і зупинку помпових агрегатів, що подають воду до стаціонарних зрошувальних установок, можна робити за сигналами давачів вологості й електронних лічильників води, що контролюють норму зрошення.
3. Комбіноване керування, (від давачів і з диспетчерського пункту) застосовують, в основному, свердловинами вертикального дренажу з частковим використанням відкачуваних вод на зрошення. При використанні підземних вод на зрошення вимірювання витрат проводять витратомірами, покази яких передаються за допомогою засобів телемеханіки на диспетчерський пункт для оперативного керування роботою дощувальних установок.
Системи автоматичного керування заглибними агрегатами
Застосовуються, в основному, два види систем керування заглибними помповими агрегатами: низьковольтні і високовольтні.
Низьковольтні системи призначені для автоматичного, дистанційного, місцевого керування і захисту помпових агрегатів, які використовуються для водопіднімання і вертикального дренажу з електродвигунами потужністю від 1 до 65 кВт. Пристрої працюють від мережі трифазного струму з заземленою й ізольованою нейтралью напругою 380/220 В.
Така система (рис.2) складається з комірки електроживлення КЖ, комірок автоматичного керування за рівнем ККР і за тиском ККТ, комірки захисту КЗ, вихідного пристрою ВП, який керує електромагнітним або напівпровідниковим реле Р, магнітного пускача КМ, автоматичного вимикача SF, перемикачів SA1 і SA2 і сигнальних ламп HL1 і HL2. Зазначені комірки утворюють блок керування. Вони виконані на базі цифрових мікросхем, мають більш високу надійність і завадозахищеність.
Рис.2. Принципова електрична схема комплексного керування двигуном помпового агрегату.
До комплекту системи керування входить електродний давач «сухого ходу».
При pобoті помпи в режимі вертикального дренажу електроди давачів верхнього і нижнього рівнів встановлюють у свердловині. Спосіб їх кріплення такий же, як і давача «сухого ходу». У режимі водопіднімання електроди давачів рівнів кріплять на металевій рейці, яку опускають у водонапірну башту або резервуар і використовують одночасно як другий електрод.
У залежності від призначення станція керування комплектується коміркою керування за рівнем або за тиском. Для автоматичного керування за рівнем перемикач SA1 переводять в положенно «АВТ». Перемикач SA2 у залежності від режиму роботи свердловини ставлять у положення «Водопіднімання» або «Дренаж».
У режимі водопіднімання керування електропомпою здійснюється за сигналами давачів рівнів, встановлених у баці водонапірної башти. Якщо вода в баці опускається нижче електрода давача нижнього рівня, то кола давачів верхнього ВL1 і нижнього BL2 рівнів розмикаються й комірка керування за рівнем ККР видає сигнал на включення електропомпи. Сигнал з ККР через перемикачі SA2 і SA1 надходить у вихідний пристрій ВП, що із затримкою часу від 2 до 30 с включає реле Р. Замикаючий контакт Р приєднує до мережі котушку магнітного пускача КМ, замикаючі контакти якого підключають електродвигун до мережі. Помпа починає подавати воду у водонапірну башту. Вказана затримка, виключає включення помпи при випадкових короткочасних змінах рівня.
При досягненні водою електрода давача верхнього рівня кола контактів BL1 і BL2 замкнуті і ККР виробляє сигнал на відключенння електродвигуна. Цей сигнал надходить у ВП, який відключає реле Р, що призводить до відключення магнітного пускача й електродвигуна від мережі. Повторне включення двигуна помпи відбудеться, якщо рівень води в баці знову опуститься нижче електрода нижнього давача.
Автоматичне керування в режимі «Дренаж» відрізняється від описаного вище тим, що ККР видає сигнал на включення електродвигуна помпи при підвищенні рівня води у свердловині до електрода верхнього давача (кола контактів BL1 і BL2 закриті). Сигнал на відключення електропомпи формує комірка ККР при зниженні рівня води у свердловині нижче електрода нижнього давача. У цьому випадку кола контактів BL1 і BL2 розімкнені.
При автоматичному керуванні за тиском у напірному трубопроводі використовується комірка керування за тиском ККТ. При зниженні тиску до встановленого значення замикається контакт ВР давача тиску і через визначений інтервал часу комірка ККТ видає сигнал на включення електропомпи. Сигнал надходить в комірку ВП, включається реле Р, магнітний пускач КМ. і електродвигун підключається до мережі. Включений стан запам'ятовує комірка пам'яті у ВП і помпа працює незалежно від зміни тиску в напірному трубопроводі. Час роботи (до 90 хв.) встановлюється при налагодженні схеми в залежності від ємності об'єкта регулювання і продуктивності помпи. Після закінчення заданого часу комірка ККТ видає сигнал на відключення електропомпи.
Для перекладу пристрою на дистанційне керування перемикач SA1 переводять у положення «Дист.». Керування здійснюється за допомогою засобів телемеханіки. При подачі команди на включення реле KV1, встановлене у пристрої телекерування, замикає свої контакти KV1 і з комірки живлення КЖ сигнал подається на ВП, яке включає електропомпу. Якщо подається команда на відключення, то замикаються контакти KV2 і формується сигнал на відключення електродвигуна. Місцеве керування забезпечується перемикачем SA1. При установці його в положення «Місц. пуск» відбувається пуск електропомпи, у положенні «Місц. стоп» він відключається.
Електродвигун і кабель від короткого замикання захищає автоматичний вимикач SF. Захист від перевантаження побудований на порівнянні струмів, що протікають у кожній фазі силового кола, з заданими уставками. Фазні струми вимірюють трансформатори струму ТА. При перевантаженні або обриві фази підвищуються струми у всіх або в окремих фазах вище допустимих значень і комірка захисту КЗ через визначений час видає сигнал на відключення електропомпи. Одночасно загоряється лампа HL1, сигналізуючи про перевантаження. Час затримки зворотно пропорційний струму двигуна.
Захист помпи від роботи «всуху» забезпечує давач «сухого ходу». При зниженні рівня води у свердловині нижче електрода давача «сухого ходу» розмикається контакт SL і комірка КЗ посилає сигнал на відключення електропомпи. Одночасно загоряється сигнальна лампа HL2.
Сигнали, видавані коміркою захисту, запам'ятовуються пристоєм пам'яті і цим виключається повторний пуск електропомпи. Після аварійного відключення пуск помпового агрегату робить обслуговуючий персонал, знявши заборону з комірки КЗ. Сигнали, що надходять з комірки КЗ на аварійне відключення, можна також використовувати для передачі за допомогою засобів телемеханіки на диспетчерський пункт з метою швидкого усунення виниклої аварійної ситуації на свердловині.
Високовольтні системи керування призначені для керування свердловинними помпами з електродвигунами потужністю більше 65 кВт. Вони, як і низьковольтні, забезпечують автоматичне, дистанційне і місцеве керування. Однак, автоматичне керування за тиском не передбачається. Схема керування цілком побудована з безконтактної та контактної апаратури і складається із високовольтної (3 кВ) і низьковольтної (220 В) частин.
Вибір режимів роботи і порядок формування команд керування і захисту такий же, як і у низьковольтних системах. Додатково ці системи мають швидкодіючий захист, котрий відключає електродвигун від мережі при зниженні ізоляції кола трансформатор-кабель-обмотка двигуна нижче 30 ± 10% кОм.