变频器在换热站中的应用.docx

一、引言为甯省需源，减少城市污染，充分利用火力发电厂蒸汽轮机发电后的余热，在冬季对北方城市集中供热。从发电厂送出来的热水，到城市中的换热站时，一次供水热水温度有90多度，经过热交换器后，一次回水热水的温度下降到60多度，然后再流回发电厂。送到城市居民家中的热水，进入换热站热交换器的二次回水温度有50多度，二次供水温度60多度。陕西宝鸡有许多这样的换热站，其中有一换热站有四台热交换器，四台37kW的管道泵组成的循环泵组，一台3.7kW的补水泵。循环泵和补水泵采用人工开、关阀门控制流量，使管路的阻尼增大而造成电能浪费。二、换热站的变频调速控制1 .补水泵变频调速控制为更进一步的节能，对换热站实施了自动化改造，循环泵和补水泵用变频调节，整个城市供热系统用计算机进行监控，实现了换热站无人值守。通过循环泵使热水在供热系统中运行，管道、阀门的泄漏引起循环水的水压降低，如不及时补水，会造成供热系统运行不正常。补水泵的变频泵补水方式比较简单，采用恒压供水方式，设定压力为4kg。本例选用一台SB200-3.7T4变频器，选用森纳斯DG130W-BZ-AIMPa压力变送器，变频调速补水系统如图所示：变频调速补水系统原理图2 .循环泵的变频调速控制供热系统的最终目标是保持热用户的室内温度的稳定，但由于热用户没有室温调节器，且对众多的热用户的室温不可能形成闭环控制。为做到经济运行又保证供热质量，最有效的方法是根据控制换热站的二次供水温度。稳态条件下系统的供热量、散热器的散热量及用户的耗热量相等的规律，可得到稳态条件下的二次供水温度：%=。+g（%+J2”（白产.向+5（%0）（告）（1）.WM,1,nM*对（1）式进行修正并考虑到室内温度、二次管网实际流量与设计流量之比和回水温度近似为常数，贝hr2g=6r+4+c2+（2）式中：a、b、C为管网所处地区气象的有关参数。式（2）为二次供水温度给定值的计算方法。由（2）式确定的t2g能跟踪室外温度tw的变化，使热用户室内温度不受tw变化的影响，实现稳定供热。如果室外温度改变，要使室内的温度基本恒定，一种控制策略是用二次进水与回水的温差来控制循环泵变频器的转速，设定二次进水与回水的温差为12摄氏度。当二次进水与回水的温差大于12摄氏度时，循环泵变频器加速；当二次进水与回水的温差小于12摄氏度时，循环泵变频器减速。循环泵变频调速系统图如图所示：图中，BPl森兰SB200-37T4变频器，BU软启动器（自耦减压起动器）,系统采用循环投切方式，温差信号送入P1.c经过P1.C处理后，到变频器作为调速控制信号。整个系统的运行信息由P1.C送到计算机上。循环泵调速系统图三.循环泵的节能循环泵变频调速后，所有的阀门开度最大，系统的阻力最小，当平均流量是设计流量的80%时，节电率可按GB12497三相异步电动机经济运行强制性国家标准实施监督指南中的计算公式计算：=1-0.64=0.36K,1_(8)3即:；0.45+0.55(0.8)2节电率36%,可见节约电能的效益十分可观。四、结束语我国总能立贫乏的国家之一，节能降耗是我们的国策。在全国各城市中集中取暖的换热站成千上万，如果都进行节能改造，节约的电量不可小视。而且，系统运行稳定可靠，实现了无人值守，经济效益和社会效益明显。附参考资料：变频器及P1.C系统在热力站控制中的应用着重介绍了变频器及P1.C在集中供暖系统里换热站控制中的应用。文章从热力站自控系统构成、系统控制思想以及热力站系统的实现几方面来对变频器及P1.C系统在热力站控制中的应用进行了详细阐述和研究。一、刖百在城市集中供热系统中，热力站作为热网系统面对系统热用户最后一级调节单元，热力站的控制效果直接决定热用户的采暖效果。市热力公司所辖城市热网包含400余座热力站，供热面积覆盖市总采暖面积的60%,所有热力站均采用问连型热力换热站。在间连热网热力站中，二次网供回水压力、温度及流量均是影响供热效果的重要因素，而二次网各供参数的调节主要是依靠对二次网循环泵及补水泵的控制。传统的热力站控制中，循环泵与补水泵一般都采用工频泵，系统在设计选型时已经决定了系统二次网的主要参数，但是相对的，系统的适应性、扩展性及各参数的精确调整均受到极大限制。热力公司自年起，开始逐步对集中供热热网的各个热力站进行自动控制化改造。对于原有的热力站，统增加自控仪表、P1.C及变频设备；对于新建的热力站，在设计时即在工艺系统基础上引入自控设备。自控系统辅助将热力站的控制精确化，结合热网中控室全网平衡系统及通讯网络系统，进行全网均匀调节，达到较好的控制效果。本文着重介绍自控系统及变频器在热力站控制中的应用。二、热力站自控系统构成间连型热力站自控系统按设备类型分，可分为：温度、压力变送器，流量计,电动调节阀，循环泵及补水泵；按控制回路分，则可分为：一次网流量控制回路、二次网循环控制回路、二次网定压回路。在热力站自控系统中，一次网流量控制回路主要通过调节一次回水调节阀来实现。二次网的调节回路则是通过调节二次网循环泵及补水泵转速来实现。一次网的控制指令主要由热网调度中心根据全网平衡算法下发，而二次网循环泵及补水泵变频器转速则由站内P1.C系统依据各热力站所带热网的实际情况计算得出。热力站自控系统结构如下图。图1典型热力站系统结构图三、系统控制思想在集/供热工程由于各用户的建筑面积、暖气片性能及房屋保温质量各不相同，很难确定一组典型的室内温度作为直接被控量，而供、回水的平均温度从整体上反映了各用户暖气片的平均温度，因此一般的供热系统都是根据室外环境温度及不同的供热时段来控制供、回水平均温度的方法来间接控制用户室温。在各热网控制中，由于在进行热力站自控改造的同时，对热网调度系统也进行了调整。目前各个热力分公司热网调度中心都加设了全网平衡系统，调度中心通过与个热力站进行通讯，获取热网数据，并根据室外温度情况对全网热力站的供热效果进行均匀调整。各热力站从控制中心获取对应的二次网供回水平均温度，站内系统将独立控制回路分为二次网供回水平均温度控制回路和一次网流量控制回路，根据平均温度的偏差确定一次网流量的设定值，然后调节阀门开度使流量达到设定值。站内的控制系统还根据热力站的实际情况对二次网循环泵及补水泵进行调速，系统根据二次网供、回水平均温度的温差，通过变频器自动调节循环泵的转速，实现对系统总流量和温度的调节。使循环水泵按照实际负荷输出功率，减少不必要的电能损失，实现小流量大温差的运行模式。通过此举，可以及时地把流量、扬程调整到需要的数值上，消除多余的电能消耗，从而达到良好的节能效果。通常热力系统会设计两台变频泵，这不仅是为了系统备用，也是为了防止系统超调。如果负荷不够，则泵的转速加大，达到100%时还不满足要求，则启动第二台泵。同时系统还可以根据运行时间自动切换各循环泵，也提供低水压保护和连锁功能。控制系统的二网供、回水压力是热网安全运行的重要参数。供水压力过高可能造成热水管道及用户暖气片的破裂；供、回水压力过低，使得部分热用户无法的到足够热量。恒压控制的最佳方案是对补水泵进行变频调速控制，但考虑此处对压力的稳定性要求并不高，只要压力不超出某一范围即可，所以也可以采用开关补水控制方案。四、热力站控制系统的实现1、一网回路控制：热力站的一次网回路控制，主要是热负荷控制。通过控制调节一次网回路上的电动调节阀，来调节流过热力站的一次热水的流量。在全网控制系统中，全网控制中心根据目前室外温度情况，参考热源的运行情况及各热力站反馈的二次网运行数据，计算出各热力站一次网控制阀门的开度指令或二次网目标控制温度。热力站系统根据全网控制中心下发的指令，调节一次网流量调节阀，从而实现全热网的热资源均匀分配。一次网回路控制中主要的参考对象为热力站一、二次网供回水温度；一网控制的对象为一次网调节阀；控制目的为提供热力站必须的供暖热量。2、二次网循环泵控制：热力站系统二次网循环泵是通过变频器来调速。传统热力站系统循环泵通常采用工频泵，循环泵选定后，热力站二次网的流量无法进行调整，从而造成热力站系统无法根据室外温度及实际供热需求来调整，造成热力及电力资源的浪费。而且大功率的工频泵在起停时会对电网造成冲击。目前，热力系统自控改造中，对15KW以上的循环泵普遍使用变频控制。一般的循环泵均采用压差控制方式，即循环泵的转速受二次网供回水压差调整。压差控制的方式可以通过调节循环泵转速，调节二网流量以满足供热需求，从而减少浪费。在热力站循环泵控制中，我们采用供回水温差结合供回水压差控制的方式。热力站控制系统根据各系统的实际情况，设定一个供回水压差目标值。设定此供回水压差值以满足二次管网的供暖水循环。在此基础上，热力站P1.C系统通过测量二次网供回水温差来对循环泵进行修正。当二网供回水温差偏大时，则需提高循环泵转速，加大二网流量，提高二网回水温度，改善供热效果；当二网供回水温差过小时，需适当降低循环泵转速，减小二次网的流量，实现小流量大温差的运行模式。这种调整可以起到节约电能及热能的效果，在大型热网中，这种节能手段就能取得可观的效果。3、二网定压补水控制：二次网的补水控制采用的是定压控制，传统热力站中往往采用压力表电节点控制。随着城市集中供热的发展，系统的热负荷越来越大，热力站系统所带的供暖面积都比较大，并且供热网条件不一，二网系统的水力损失较大。严重的水力损失使得二次网的补水系统压力加大，补水频繁。而传统的工频补水泵的频繁起停，容易造成二次管网压力的波动。在热负荷较大的系统中，我们采用补水泵变频控制，对补水系统进行精确的微调。当系统失水时，二网压力下降，系统会通过变频器控制补水泵以一定的转速进行补水，补水泵的转速根据当前压力与目标压力的差值均匀调整，从而避免补水泵在启动和停止时对二次网系统的冲击。4.现场人机界面在现场人机界面上，可以通过操作面板任意调节系统所需的各种运行状态，例如：一、二次网供回水温度及温差，变频器最大最小运行频率等，并可随时查阅以空运行记录。根据用户要求可将当前参数以画面、曲线、报表的形式在屏幕上显示。五、热力站自控系统的优点在热力站中使用变频器及可编程控制器，充分发挥变频器的调速和节能的优点及可编程控制器配置灵活、控制可靠、编程方便的优点，使整个系统的稳定性有了可靠保障。通过热力站自动控制系统的投运，过去主要依靠人工调节的控制手段得到了彻底改善，热网的运行得到合理控制，失调现象得到了有效地解决，消除了热网中各站冷热不均的现象。按需供热、节能降耗，改变了不合理的小温差大流量运行方式，既保证了远端客户的供热需要又避免了近端用户的过热现象直接提高了热网的供热效果。换热站自动化：供热系统利用变频调速补水泵定压控制的运行原理分析补水泵定压就是通过补水泵间断或不间断地向系统补充热媒，保证供热系统在规定的压力下运行。在集中供热系统的多种定压方式中，变频补连续补水定压相较间歇补水定压方式，具有节能显著、系统稳定、操控简便等明显的优势。利用变频调速补水泵定压，能够保证补水压力的稳定，很好的避免因系统压力波动而导致出现积气的问题，从而保证了供暖系统的正常运行。大多数换热站采取离心式补水泵，属于异步三相电机所带动的水泵种类。当水泵运行时，其自身的性能指标和水泵自身的转速存在紧密的联系。其中，水泵的流量大小和水泵的转速呈正比例相关，而水泵的扬程和水泵转速的平方呈正比例相关，水泵拥有的功率大小和水泵转速的三次方呈正比例相关。所以，如果想要对水泵补水量进行控制，能够通过控制其自身的转速来控制不同状态下的运行参数，进而达到控制补水量的效果。变频器用于补水泵调速原理变频器将频率为50Hz的交流电在整流电路的作用下，使其转变成直流电,然后采用逆变电路将所转换得到的直流电再转换成不同频率的交流电。而这一阶段里，通过变频器能将电网所具有的工频转化成能平滑改变大小和相应频率的交流电。同时，变频器在进行相应的电压输出时，其大小能依据不同的频率而按特定的比例转换，因此可以防止水泵电机由于内部磁场过大造成元件损坏。如果是同一水泵，其电机的转差率以及极对数未发生变化，那么其转速和相应的电压频率就会呈现正比例相关性。所以，我们可以采取变换电压频率的手段,以实现对电机转速的控制。而和调节水泵电机的极对数和转差率的手段来使电机转速改变的方法比较，变频控制的方法相对更为可靠与安全，并且可实现更为自由的控制。另外，在变频器装置的内部结构中，有相应的自动化操作元件，能够按照对外界所检测而得的相关信息数据和所设定的标准数据做出对比并计算，以此来不断的调节供热系统应有的电压频率。所以，按照补水泵自身的特征、转速和电机各个参数之间的联系，能够得到变频器所发挥的主要功能及应用有下列几项：(1)电机启动过程中，采用变频器会让系统实现电压的频率和大小逐步改变的目的，进而可以实现电机的平滑启动。在采用变频器后，其中电机启动时的电流仅是电机额定电流的12倍左右，而补水泵又是启停非常频繁的设备，这就有效地提升了相关装置服役的周期和安全可靠程度。(2)采用连续定压补水的方式，设置在回水管位置上的压力测量装置会把所监测到的相关压力信息数据传送至变频器相关的控制元件中，然后此元件将所接收的信息数据和事先设定标准值进行对比，再经由控制元件进行相关的计算并将结果传送至变频器，变频器会依照所接收的数据信息而采取一定的变频操作，同时自动地将适宜的电压频率输送至电机，从而使电机的运转速率得以改变，使相应的补水量得以改变，进而实现对系统的定压补水控制。而如果供热系统的内部压力为最高值，其会自动停止对电机信号的输出，从而让整个供热系统的内部压力稳定。变频定压补水和其他定压补水方式的对比，具备下列的优点：(1)供热系统的补水量是受变频器的自动调节，使得人工成本的投入大大减少，且也极大地避免了因人为操作而导致的各种不确定因素出现，极大地改善了供热系统的稳定度。(2)采用变频器控制，能让水泵电机保持更加适宜的运转速率，因此也会极大地减少供热系统的整体能源消耗,提升设备的运转效率,从而达到节能的目标。(3)供热系统会拥有更加便捷的系统管理。因为变频器能够实现自动化的操控，避免了由于工作人员的操控失误或设备的其他因素等而导致的系统压力太大或太小问题的发生，防止安全隐患的出现，从而也达到了对供热定压补水的自动化控制目标。