Насосы НСУ

Насосные станции управления (НСУ): конструкция, назначение и применение в энергетике

Насосная станция управления (НСУ) представляет собой комплексное устройство, предназначенное для автоматического или ручного управления работой погружных или скважинных электронасосов. Основная функция НСУ — защита электродвигателя насоса от аварийных режимов работы и обеспечение стабильного водоснабжения или перекачки других жидкостей в соответствии с заданными параметрами. В энергетике НСУ находят широкое применение в системах технического водоснабжения (ТВС) для охлаждения конденсаторов турбин, подачи воды на гидрозолоудаление (ГЗУ), хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения объектов энергетики, а также в системах дренажа и откачки.

Конструктивное исполнение и состав НСУ

Типовая насосная станция управления состоит из нескольких ключевых модулей, смонтированных в едином шкафу (щите) или на общей раме. Конструкция должна соответствовать требованиям ГОСТ Р 51732-2001 «Устройства вводно-распределительные для жилых и общественных зданий. Общие технические условия» и другим отраслевым стандартам.

• Силовой ввод и коммутационная аппаратура: Включает в себя вводной автоматический выключатель (или рубильник с предохранителями), контакторы или пускатели для непосредственного или реверсивного пуска электродвигателя. Аппаратура выбирается исходя из номинального тока и мощности двигателя насоса.
• Цепь управления: Состоит из кнопок «Пуск/Стоп», переключателя режимов работы (Автомат/Ручной/0), реле контроля фаз (РКФ) и напряжения. В автоматическом режиме управление осуществляется сигналами от датчиков или реле давления/уровня.
• Система защиты: Обязательный комплекс устройств, предохраняющих дорогостоящий погружной насос от повреждений. Включает:
  • Тепловое реле или защиту от перегрузки в составе прерывателя цепи двигателя.
  • Защиту от «сухого хода» (работы без воды). Реализуется через реле контроля уровня (поплавковые выключатели, электродные датчики) или реле минимального тока.
  • Защиту от токов утечки на землю (УЗО или дифференциальные автоматы) особенно для влажных сред.
  • Защиту от перекоса и обрыва фаз (обеспечивается РКФ).
• Система контроля и сигнализации: Световая индикация (лампы или светодиоды) состояния «Включено», «Авария», «Работа». Может включать аналоговые или цифровые приборы: амперметры, вольтметры, счетчики моточасов. В современных НСУ реализуется связь с АСУ ТП через интерфейсы (например, Modbus RTU).
• Преобразователь частоты (ПЧ): Опциональный, но все более распространенный элемент. Устанавливается для плавного пуска насоса (снижение пусковых токов и гидроударов), а также для регулирования производительности насоса в зависимости от потребления (поддержание постоянного давления в системе).

Принцип работы и основные схемы управления

Принцип работы НСУ основан на получении сигнала от внешнего датчика, его обработке логической частью схемы и выдаче команды на включение или отключение силового коммутационного аппарата.

Управление по уровню (для скважин и резервуаров)

Наиболее распространенная схема в системах водоснабжения. Используются три электродных датчика или два поплавковых выключателя, установленных в баке или скважине.

• Электродное управление: Датчики опускаются в воду на разную глубину: общий (COM), нижнего уровня (L) и верхнего уровня (H). При понижении уровня воды до датчика L цепь размыкается, и реле уровня подает команду на пуск насоса. При заполнении емкости до датчика H цепь замыкается, и реле отключает насос. Датчик аварийного нижнего уровня (LL) отключает насос при критическом падении уровня для защиты от «сухого хода».
• Поплавковое управление: Два поплавковых выключателя (для откачки и для заполнения) механически замыкают/размыкают контакты в зависимости от угла наклона.

Управление по давлению (для поддержания давления в напорных системах)

Применяется в системах водоснабжения с гидроаккумулятором. Основной элемент — реле давления (например, РДМ-5). При падении давления в системе ниже уставки включения (Pвкл) реле замыкает контакты, запуская насос. При достижении давления отключения (Pвыкл) контакты размыкаются, насос останавливается. Для расширения функциональности и повышения точности поддержания давления реле давления часто заменяют на аналоговый датчик давления и частотный преобразователь.

Классификация и типы НСУ

Насосные станции управления классифицируются по нескольким ключевым параметрам:

Таблица 1. Классификация НСУ

Критерий классификации	Типы НСУ	Описание и применение
По типу управляемого насоса	Для погружных (скважинных) насосов	Имеют элементы защиты от «сухого хода», часто оснащаются станциями контроля изоляции (СКИ).
	Для поверхностных насосов	Могут иметь встроенные системы повышения давления.
По количеству управляемых насосов	Однодвигательные (одиночные)	Управление одним насосом. Базовая, наиболее простая конфигурация.
	Многодвигательные (каскадные)	Управление несколькими насосами (обычно 2-4) с функцией их поочередного включения для равномерной выработки ресурса и поддержания давления/производительности при переменном расходе.
По степени автоматизации	Ручного управления	Пуск и останов осуществляются оператором. Защитные функции сохранены.
	Автоматического управления	Работа по сигналу от датчиков уровня, давления, потока.
	С частотным регулированием	Наиболее технологичный вариант с ПЧ для плавного регулирования производительности.
По назначению	Общепромышленные	Стандартное исполнение для нормальных условий.
	Взрывозащищенные (Ex)	Для работы во взрывоопасных зонах (шахты, нефтегаз, химические производства).
	Для систем пожаротушения	Соответствуют строгим нормам по надежности, часто с дублированием систем питания и управления.

Критерии выбора НСУ для объектов энергетики

Выбор конкретной модели НСУ является ответственной задачей, от которой зависит надежность работы критически важных систем энергообъекта.

• Мощность и номинальный ток насоса: Силовая часть НСУ (автоматы, контакторы, кабельные вводы) должна быть рассчитана на пусковые и рабочие токи конкретного электродвигателя. Необходим запас по току не менее 10-15%.
• Напряжение питания: На энергетических объектах распространены сети 380В 50Гц, реже 6(10) кВ для высоковольтных насосов. НСУ для высоковольтных двигателей имеют принципиально иную конструкцию с использованием высоковольтной ячейки и системы релейной защиты.
• Степень защиты оболочки (IP): Для установки в отапливаемых сухих помещениях (насосные станции) достаточно IP54. Для монтажа в условиях повышенной влажности, на улице или в местах возможного попадания струй воды требуется IP65 и выше.
• Климатическое исполнение (У, УХЛ и т.д.): Определяет допустимый диапазон рабочих температур и влажности.
• Необходимость частотного преобразователя: Применение ПЧ экономически оправдано для насосов с переменным графиком нагрузки, где требуется точное поддержание давления или расхода, а также для исключения гидроударов и снижения нагрузок на сеть при пуске.
• Требования к системе сигнализации и диспетчеризации: Наличие аварийных реле-повторителей (сухой контакт), цифрового интерфейса (RS-485/Modbus) для интеграции в АСУ ТП энергоблока или цеха.
• Надежность компонентов: Качество используемой коммутационной аппаратуры (например, ABB, Schneider Electric, IEK), реле управления, датчиков напрямую влияет на межремонтный период и отказоустойчивость.

Особенности монтажа, наладки и технического обслуживания

Монтаж НСУ должен производиться квалифицированным персоналом в соответствии с проектной документацией, ПУЭ и инструкцией завода-изготовителя.

• Установка: Шкаф НСУ крепится на жесткое, выверенное по уровню основание или на стену. Обеспечивается свободный доступ для обслуживания. Подвод кабелей осуществляется через штатные сальниковые вводы с обеспечением требуемой степени защиты.
• Подключение: Строго соблюдается схема подключения силовых цепей и цепей управления. Особое внимание уделяется подключению датчиков уровня (электродов) – необходимо использовать специальный кабель с влагостойкой изоляцией и правильной фазировкой.
• Наладка (пуско-наладка): Включает в себя:
  • Проверку правильности и надежности всех соединений.
  • Настройку уставок защитных устройств: теплового реле (по номинальному току двигателя), реле контроля фаз, УЗО (как правило, 30 мА или 300 мА в зависимости от назначения).
  • Настройку уставок реле давления (Pвкл, Pвыкл) или настройку уровней срабатывания датчиков уровня.
  • Проверку работы во всех режимах (Ручной, Автомат) и срабатывания всех видов защиты путем имитации аварийных ситуаций.
• Техническое обслуживание (ТО): Проводится по графику, обычно ежеквартально или раз в полгода. Включает:
  • Внешний осмотр, очистку от пыли.
  • Контроль затяжки силовых и контрольных клемм (важно из-за вибраций от работы насоса).
  • Проверку механической и электрической работоспособности коммутационных аппаратов (в отключенном состоянии).
  • Контроль состояния и калибровку датчиков (давления, уровня).
  • Проверку функционирования защит.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем НСУ отличается от простого пускателя (магнитного пускателя)?

НСУ — это комплексное устройство на базе пускателя, дополненное полным набором защит (от сухого хода, перекоса фаз, утечек), системой управления по датчикам и, часто, средствами индикации и диспетчеризации. Простой пускатель обеспечивает только дистанционный пуск и защиту от перегрузки.

Как правильно выбрать сечение кабеля от НСУ к погружному насосу?

Сечение выбирается по току двигателя с учетом длины линии (падения напряжения). Для погружных насосов падение напряжения не должно превышать 5% от номинального. Используются специальные водостойкие кабели (например, КВВГ, или импортные аналоги). Расчет сечения должен быть выполнен в проектной документации.

Что делать, если насос часто включается-выключается (тактует) при работе с гидроаккумулятором?

Основные причины: неверно настроены уставки реле давления (слишком малая разница между Pвкл и Pвыкл), повреждена мембрана гидроаккумулятора (нет воздушной подушки), утечка в системе или слишком малый объем гидроаккумулятора для данного расхода. Необходимо проверить давление воздуха в гидроаккумуляторе (должно быть на 10% ниже Pвкл) и отрегулировать реле давления.

Нужно ли заземлять корпус НСУ и насоса?

Да, это обязательное требование ПУЭ для обеспечения электробезопасности. Корпус НСУ, двигатель насоса и металлические части трубопровода должны быть надежно соединены с контуром защитного заземления.

Почему срабатывает защита от «сухого хода», хотя вода в скважине есть?

Возможные причины: неправильная установка или настройка датчика уровня (реле уровня), засорение или зарастание солевыми отложениями электродов датчика, неисправность реле контроля тока, падение напряжения в сети, приводящее к снижению тока ниже уставки срабатывания защиты по току.

Целесообразно ли устанавливать частотный преобразователь на все насосы в системе ТВС?

Не всегда. ПЧ экономически оправдан на насосах с переменным графиком нагрузки, где требуется точное регулирование параметров. На насосах, работающих постоянно на номинальной производительности (например, циркуляционные насосы основного конденсата), установка ПЧ может быть излишней. Однако ПЧ дает существенное преимущество в виде плавного пуска, продлевающего ресурс насоса и электродвигателя.

Заключение

Насосная станция управления является критически важным звеном в системе надежного и безопасного водоснабжения объектов энергетики. Правильный выбор, монтаж и регулярное техническое обслуживание НСУ, выполненные с учетом всех особенностей технологического процесса, позволяют обеспечить бесперебойную работу ответственных потребителей воды, минимизировать риск выхода из строя дорогостоящего насосного оборудования и избежать аварийных ситуаций. Современные тенденции ведут к повсеместному внедрению частотно-регулируемого привода и глубокой интеграции НСУ в системы автоматизированного управления технологическими процессами (АСУ ТП), что повышает энергоэффективность и общую управляемость систем.