Этап единичного внедрения в коммунальном хозяйстве частотно-регулируемого электропривода насосов центральных тепловых пунктов (ЦТП), начало которого можно отнести к 1994 г., явился основой для разработки технических и организационных решений при массовом внедрении энергосберегающих технологий. Этот этап был вынужденным и необходимым в условиях освоения нового оборудования. Во избежание ошибок при массовом внедрении следует учесть прошлые ошибки как принципиальные, так и проектно-технические, организационные и стоимостные. К принципиальным ошибкам, в первую очередь, относится внедрение так называемого параметрического регулирования асинхронных электроприводов, осуществляемое некоторое время параллельно с частотно-регулируемым.
Несмотря на наличие авторитетных оппонентов [1, 2] и достаточно широкое обсуждение в печати с явным преобладанием мнения о непригодности способа регулирования напряжением при неизменной частоте в продолжительных режимах, инициаторы внедрения сумели убедить некоторых руководителей производств в перспективности этого способа и даже преимуществах перед частотно-регулируемым. В результате победы внедренческой напористости над теоретически обоснованной нецелесообразностью множество насосных агрегатов переведено практически сразу после внедрения в категорию «ремонт» (неработоспособное состояние), а в настоящее время по истечении нескольких лет массово демонтируются отнюдь не по причине физического износа. Первым, в значительной мере демонстрационным, внедрениям импортных преобразователей частоты мешала технически некомпетентная реализация систем регулирования всеми участниками процесса от проектирования до наладки. В качестве примера можно назвать однотипное внедрение более двадцати преобразователей частоты фирмы Allen-Bredlay в районе теплосетей «Отрадное», г. Москва.
Формальный проект, который вместо необходимых схем содержал подробное устройство датчика давления, перенесенное из руководства пользователя на этот датчик, размещение блока инвертора в существующем невентилируемом шкафу, где он попросту перегревался, длительные (в течение двух минут) затухающие колебания регулируемого давления после пуска насоса и др. скорее дискредитировали новое направление, чем убеждали в необходимости его развития. Однако критический анализ возникших трудностей показывал возможность устранения замеченных недостатков и повышения технического уровня решений. Впоследствии указанные системы регулирования, находящиеся в эксплуатации, модернизированы или заменены более совершенными без особых претензий к собственно преобразователям частоты, проработавшим более 7 лет. Более убедительными были первые единичные, но профессионально выполненные внедрения на отдельных объектах — административный корпус Московского энергетического института и тепловые пункты Центрального округа Москвы [3]. Эти внедрения с применением отечественного преобразователя «ПЧМЭИ» носили научно-исследовательский и демонстрационный характер и создали базу для всех последующих внедрений с обоснованием как технических, так и экономических аспектов предстоящего массового внедрения энергосберегающего оборудования [4]. Дальнейшее внедрение частотно-регулируемого электропривода в 1999-2003 гг. осуществлялось множеством фирм-исполнителей с применением различных типов преобразователей. Понадобились годы, чтобы понять, что импортные преобразователи независимо от фирм-производителей имеют примерно одинаковую эксплуатационную надежность, а стоимость зависит от функционального наполнения. Это можно оправдать непривычностью российского потребителя к широкому предложению продукции, агрессивностью коммерческой политики и отсутствием объективной технической информации (изначально не было даже русскоязычного руководства пользователя). Можно привести пример попытки ввода в заблуждение потенциального потребителя торговым представительством фирмы АВВ, которое своим информационным письмом делало предложение о покупке их продукции значительно меньшей стоимости, чем в предыдущий период. В этом предложении не акцентировалось внимание на том, что речь идет о преобразователе ACS-300, практически снятом с производства, взамен уже широко внедряемого ACS-400.
Надо отметить, что неправильно понимаемое, а иногда и преднамеренно искажаемое соотношение цена-качество играло отнюдь не позитивную роль. Бытовавший критерий цены «доллар за киловатт» скорее вводил в заблуждение, чем ориентировал потребителя. Так, некоторые внедряющие организации, оперируяэтим критерием и применяя самый дешевый преобразователь частоты, «забывали» довести до заказчика сведения о неизбежно большей дополнительной комплектации и полной стоимости оборудования и, таким образом, имели преимущество при получении заказов. Это сдерживало применение более совершенных технических решений. К примеру, проведенный ГУП «Мостеплоэнерго» в 2003 г. опрос своего эксплуатирующего персонала выявил, что комплектные изделия с применением преобразователя частоты (ПЧ) фирмы «General Electric» не имеют функции автоматического перезапуска через останов при нарушении электропитания, и эксплуатация противится их дальнейшему внедрению. К ошибкам можно отнести сомнительные проектные решения, существенно и неоправданно завышающие стоимость реализации проектов. К примеру, требование степени защиты IP54 для собственно ПЧ с его размещением в шкафу со степенью защиты IP54 и организацией охлаждения с потерей этой степени с обоснованием, что на ЦТП струи воды льют со всех сторон (действительности не соответствует), можно объяснить только некомпетентностью проектировщиков. К настоящему времени накоплен опыт применения и эксплуатации преобразователей частоты отечественного производства. В России насчитывается до 40 фирм-изготовителей, использующих полностью или частично импортную комплектацию и идеологию построения преобразователя. Сложилось впечатление, что ценовая политика оказывает серьезное влияние на отечественного производителя.
Заблуждение потенциального покупателя, равно как и производителя, что отечественное оборудование должно быть дешевле, приводит к искусственному удешевлению продукции за счет качества и эксплуатационной надежности. Однако сам факт, что силовые транзисторы не производятся в стране, а получить скидки на мелкосерийные закупки за рубежом нереально, говорит о сомнительности такого подхода. Очевидно, стремясь к удешевлению, некоторые производители в своих изделиях применяли модуль инвертора на меньший допустимый ток, чем требовалось по паспортным данным, уповая на регулируемый режим с чисто вентиляторной нагрузкой и игнорируя зависимость токовой нагрузки от водоразбора, который определяется потребителем. Закладывались ошибочные алгоритмы управления, например, пуск инвертора по факту включения силового напряжения электропитания, что при совмещении времени зарядки емкости звена постоянного тока и разгона электропривода приводило к перегрузке как выпрямителя, так и инвертора. К сожалению, названные ошибки и погрешности сборки отечественных преобразователей не могли быть выявлены потребителем заранее и проявлялись уже при эксплуатации в виде отказов по истечении времени. Имеющееся некоторое предубеждение против отечественной техники, подкрепляемое подобными явлениями, не способствовало спросу и, соответственно, поощрению отечественного производителя. В то же время, ряд организаций, ответственно и профессионально подошедшие к делу с прицелом на долгосрочную перспективу, на настоящий момент являются конкурентоспособными участниками рынка. Наибольшего успеха добились фирмы, которые не повторяли идеологии построения преобразователя частоты общепромышленного применения, а исходили из необходимости «… развитой объектной ориентации оборудования — адаптации силового и особенно информационного (управляющего) каналов к специфическим требованиям эксплуатации» [5]. По мере внедрения энергосберегающих технологий на ЦТП объектная ориентация оборудования приобретала все большее значение.
Помимо основной функции — регулирование давления воды, сформулированы требования, выполнение которых существенно повышает надежность водоснабжения и частично упрощает обслуживание: многие обязанности обходчика выполняются автоматически. Автоматическое управление узлом насосов холодной воды, как показал опыт, должно реализовывать следующие функции:
– задание и регулирование давления воды в обратном трубопроводе горячего водоснабжения или напорном холодной воды как изменением частоты вращения, так и включением дополнительного насоса;
– автоматический перезапуск насоса через останов при кратковременном нарушении электропитания;
– автоматический перезапуск насоса с несколькими попытками при определении аварии насоса или ПЧ с выбором исправного в группе;
– осуществление статуса насосов в группе «основнойдополнительный-резервный» с автоматической сменой через 5-7 суток для равномерной ресурсной наработки;
– автоматическое переключение на сетевое электропитание при невозможности работы в регулируемом режиме (неисправность ПЧ), если превышение давления над требуемым некритично с точки зрения состояния внутридомовых трубопроводов;
– сигнализация о неисправностях с возможностью анализа событий по банку ошибок;
– возможность управления от внешних устройств автоматики, существующих на ЦТП;
– обеспечение информационной связи с системами диспетчеризации.
Перечисленные функции являются практически обязательными, но не исчерпывают перечень полезных других, вырабатываемых совместно с эксплуатационным персоналом. Например, регулирование давления воды в зависимости от времени суток или уже получивший название режим «сплю», когда ночью давление снижают с целью ресурсо-энергосбережения, сомнительно с точки зрения уровня комфортности водоснабжения. В то же время, реализация способа регулирования давления в зависимости от водопотребления, заведомо исключающая перебои в водоснабжении всех этажей и также направленная на получение дополнительного эффекта энергосбережения, безусловно целесообразна. Реализация функций управления возможна только комплектным оборудованием, включающим преобразователь частоты, коммутирующую аппаратуру, станциюгруппового управления (СГУ) и развитое программное обеспечение. Преобразователь частоты может являться только силовым элементом системы автоматического управления узлом насосов или выполнять, кроме того, программное управление. В первом случае необходим дополнительный программируемый контроллер, а во втором — развитое программное обеспечение собственно котроллера ПЧ. Из сказанного вытекают первые критерии для выбора оборудования при массовом внедрении энергосберегающих средств: уровень объектной ориентации ПЧ и возможность поставки комплектного оборудования. Отсутствие объектной ориентации ПЧ принуждает к разработке комплектного оборудования с применением дополнительного программируемого контроллера, что в целом удорожает комплект, а отсутствие комплектной поставки влечет индивидуальное изготовление, что несовместимо с условиями массового внедрения в сжатые сроки. При выборе оборудования и его поставщика при массовом внедрении следует руководствоваться и критерием, учитывающим способность поставщика к массовым поставкам. Для многих фирм, в том числе и зарубежных, поставка большого количества комплектов оказывается затруднительной из-за ограниченности производительных мощностей, а их расширение оговаривается гарантией рынка в будущем. Как критерий при выборе поставщиков следует отметить и наличие возможности у внедряющих организаций оперативного влияния на технические решения при изготовлении оборудования. Несмотря на общую схожесть технологических процессов, у объектов модернизации имеются различия в существующих системах автоматизации и диспетчеризации, что предопределяет индивидуальный подход для взаимосвязи с ними. Гарантийные обязательства производителей учитываются в стоимости оборудования и, как правило, не имеют решающего значения при его выборе. Эксплутационные затраты на сервисное обслуживание напрямую связаны с эксплутационной надежностью. Как показывает мировой и отечественный опыт эксплуатации ПЧ, его реальный срок службы составляет 7-10 лет с минимальным обслуживанием: очистка от пыли раз в полгода с профилактической протяжкой кабельных соединений и замена вентилятора охлаждения в среднем через полтора года.
Указанные сроки могут служить ориентировочно критерием надежности ПЧ. И наконец, критерий стоимости. Четкого критерия не может быть ввиду различий в мощности, комплектации и множестве других параметров. Показатель «доллар за киловатт» целесообразно использовать для анализа перспектив внедрения преобразовательной техники и ожидаемого эффекта энергосбережения, а при конкретном внедрении следует оценивать весь комплекс оборудования с сопутствующими затратами. Резюмируя, можно рекомендовать следующие критерии оценки оборудования фирм производителей и поставщиков при массовом внедрении частотнорегулируемого электропривода на ЦТП: – объектная ориентация ПЧ и комплектного электропривода; – возможность поставки требуемого количества комплектов оборудования; – возможность оперативного влияния на производство комплектного электропривода с целью создания модификаций с учетом конкретных особенностей объектов; – эксплутационная надежность и затраты на сервисное обслуживание, подтвержденные опытом единичных внедрений; – стоимость комплектного электропривода. Можно привести пример фирм-производителей и поставщиков, ориентированных на российский рынок, частично или полностью удовлетворяющих названным критериям. Из зарубежных фирм следует назвать «Vacon», преобразователи частоты которого в значительной мере объектно ориентированы и имеют развитое программное обеспечение, но комплектный электропривод не поставляется. Фирма «Emotron» совместно с компанией АДЛ (г. Москва) поставляет комплектный электропривод для управления четырьмя насосами, а с релейной платой расширения — до семи. Фирма «Danfoss» осуществляет комплексные поставки оборудования для ЦТП — как технологического, так и преобразователей частоты. Из отечественных фирм, положительно зарекомендовавших себя на рынке и способных на поставку крупных партий комплектного электропривода, можно отметить ООО «Энергосбережение», г. Пущино, «Электротекс», г. Орел, ОАО «Электровыпрямитель», г. Саранск и др. При равных условиях отечественные производители предпочтительнее зарубежных.
ВЫВОДЫ
1. При массовом внедрении энергосберегающих технологий в ЖКХ во избежание прошлых ошибок необходимо систематизировать и учитывать предшествующий опыт внедрения и эксплуатации регулируемых электроприводов.
2. При модернизации ЦТП целесообразно применять комплектный, объектно ориентированный регулируемый электропривод, разработанный с учетом специфических условий эксплуатации.
3. На рынке силовой преобразовательной техники в настоящее время имеются как импортные, так и отечественные комплектные электроприводы. При выборе фирм-производителей или поставщиков следует отдавать предпочтение тем, которые ориентированы на российского потребителя и способны к поставкам в больших объемах.
