换热站供暖设备中变频器的应用

换热站供暖设备中变频器的应用

杜朋林

中国新时代国际工程公司陕西西安710018

摘要：换热站供暖换热系统采用变频器技术和自控技术，可实现电动机的软起动，启动平滑无冲击?这样一方面可以减少启动时对电机和电网的冲击，既保护了电动机，延长其使用寿命；另一方面调速变流量，达到了调节温度的目的，更重要的是节约了能源，和工频运行相比可节能40~50%?

关键词：换热站；供暖设备；变频器应用

1换热站供暖系统的构成及变频器的工作原理

1.1变频设备的特点

变频设备具有以下特点：设备结构紧凑，占地小，特别适用于空间紧凑的空调间，系统整体压力水平较低，压力稳定，系统更加安全。数字显示，压力和温度控制精度高，自动报警和保护功能，可实现远距离监视和控制，拓展功能强，适用范围广，热网监控系统解决了热网运行失调现象，实现了热网平衡运行，大大提高了供热效果，起到了节能降耗作用，热力站根据室外温度的变化，自动调节供水温度，从而最大限度地节约了能耗，并且提高供热服务的质量，热网监控中心的数据几乎与现场数据保持同步，这是以往热网运行中投入多大的人力及物力都不可能实现的，通过仿真系统对热网进行水利、热力计算，热网的控制运行分析，使热网达到最优化运行，利用故障诊断、能损分析了解管网保温、阻力损失情况，设备的使用效率使热网的管损达到最小值，以达到最经济运行，通过历史数据和实时数据的比较，分析管网是否存在泄露，设备是否需要维修，以达到最安全运行。

1.2变频器工作原理

当前，节能已经成为了整个社会关注的焦点话题，随着变频器的应用使能源的节约目的不再是一句空话?变频技术最开始在无线通信系统中得到使用，有效促进了无线通信技术的健康稳定发展?之后，变频技术又应用到了交流电机速度控制中，将变频器用于风机?水泵等流体机械中可大大节约电费，而将变频器用到机械设备中可保证机电一体化目标的实现?

一般清况下，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器三相或单相交流电变换为直流电，直流电变换为三相或单相交流电”?变频器同时改变输出频率与电压，即对电机运行曲线上的n0进行了改变，以此让电机运行曲线在平稳状态向下移，所以变频器能够使电机以较小的启动电流来实现较大的启动转矩，也就是变频器能够启动重载负荷?

2控制系统设计

2.1系统整体设计及控制原理

以天福换热站设计为例，站内配置了三台75kW的循环泵和两台2.2kW的补水泵?由于实际热负荷大于设计，热负荷随气温变化较大，因此需要及时调节供热量?根据供热的实际情况和用户的要求，系统采用质量双调的控制方式，即同时控制换热站的二次供水设定温度?循环泵的流量，其中量调的节能效果最为显著?再者系统运行过程中，管网失水是不可避免的，因此需要控制补水泵的补水量以保证系统的稳定运行，电气部分的设计都是全部独立运行?PLC程序控制调节流量和电动调节阀调节温度的闭环管理系统?

2.2二次供水设定温度的控制

由于供热系统的最终目标是保持热用户的室内温度稳定，但由于热用户均没有室温调节装置，且对数以万计的热用户的室温不可能形成闭环控制，为了做到既经济运行又保证供热质量，最有效的方法是控制换热站的二次供水温度?根据稳态条件下，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，可以得到稳态条件下二次供水温度：其中，t：?，t：?，t?，t?，B分别为二次供回水温度，室内?室外温度，散热器系数，加的变量为同名变量的设计值，转为二次管网实际流量g与设计流对式（4）进行修正并将近似G2为常数，可得式（5）中，a，b，C为管网所处地区气象的有关参数，式（5）即为二次供水温度给定值的计算方法?由式（5）确定的t：?，能跟踪室外温度的变化，使热用户室内温度不受t?的影响，实现稳定供热?

2.3循环泵的流量控制

由于换热站循环泵的额定流量和电机功率是按照该换热小区最大供热面积配备的，而实际上大多数换热站的供热面积并非一开始就达到设计能力，而是逐步发展用户增加供热面积；另外，也很难选到恰好符合该管网特性流量和扬程的水泵，这就应调节水泵的流量，以满足不同情况的需要?循环水流量减少太多时会使热用户产生垂直失调，因此循环泵流量变化应遵循一定的规律，这一规律是由供热系统的性质和供热质量的要求决定的?由于热用户室内采暖系统采用的都是上供下回式单管供热系统，从供热理论可知，单管供热系统最佳调节工况应为质和量的综合调节?由式（4）可以看出，随着室外温度t?的变化，不但要及时调整二次供水温度th，而且还应相应调整循环水流量g，只有这样热用户室内采暖系统才不会产生垂直失调?而采用变频调速技术控制水泵的流量（变频器的输入由PLC根据室外温度和二次供回水的温度计算给出），无疑是最高效?节能的方法，其节能原理前面已经详细介绍，在此不再赘述?经过计算公式的粗略计算，在循环水泵采用变频变流量调节时，当平均运行流量是设计流量的80%时，节电49%；平均运行流量是设计流量的70%时，节电66%，可见节电效果相当可观?

2.4补水泵的定压控制

热水供热系统在运行中管网失水是不可避免的，如果不及时补水，不仅会造成管网压力降低，还会使管网换热器内的水汽化，造成整个供热系统不能正常运行甚至停止运行?补水泵定压就是通过补水泵间断或不间断地向系统补水，保证供热系统在规定的压力下运行?以往老式换热站的设计方案有两种：一是采用间断性补水，这种系统在热网回水管上安装一块电接点压力表，利用电接点压力表的微动触点开关，根据管网压力的上下限整定值来自动控制补水泵的起?停?这一控制为位式控制，系统压力只能在一区间内波动，补水泵的起?停频繁，在启动的瞬间，会造成管网局部压力突然升高从而造成补水泵误停车，且电动机启动电流一般为其工作电流的7倍左右，极易造成电器元件和设备的损坏；二是采用自力式压力调节阀进行不间断补水?此方法是依靠自力式压力调节阀调节回水管的流量控制补水量，缺点是白白消耗大量能量，而且调节效果要依赖调节阀的质量和使用的好坏鉴于上述的缺点，本系统采用了变频调速技术，利用恒压供水的原理控制补水泵，此方法是利用压力传感器（压力传感器质量的好坏和安装位置的不同，直接影响系统恒压的实现，通过运行实践发现，压力传感器安装在回水母管直线段最为理想）在线监测系统压力作为反馈信号传送给PLC，与给定压力值相比较，如低于此值则加大补水流量，反之则减少流量，如此恰到好处地补充失水量，保证系统压力恒定?在PLC里通过编程实现，此方法的定压误差远小于上述两种方法，节约了电能，且减少了电机启动时大电流对电机定子绕组电动力的作用?

3结论

供暖工作合理?稳定的开展对于保证寒冷地区人们的生产和生活有着重要的意义?但是在供暖系统运行过程中，能源消耗量极大?是否能够对能源的消耗实现科学化管理和控制成为很多热力工作人员工作的重点?在换热站供暖设备中合理设置变频器，不仅能够提高供热效率，而且可以极大地节约能耗?本文就换热站供暖设备中变频器的应用进行了详细的讨论?

参考文献

[1]刘正瑞.变频器在换热站供暖设备上的应用[J].区域供热，2006

[3]王顺发.变频器在换热站供暖设备上的应用研究[J].科技风，2014