油機房全自動水循環(huán)供熱系統(tǒng)的設計與應用

柴油發(fā)電機組是確保通信局站安全供電必不可少的重要設備，由于蓄電池組容量的限制，市電停電時，發(fā)電機組如不能迅速投入使用，有可能發(fā)生通信電源系統(tǒng)供電中斷的嚴重后果。長期以來，柴油發(fā)電機組在低溫季節(jié)柴油結蠟影響安全供電的問題一直是困擾我們的難題。在當今通信網(wǎng)絡高可靠性供電保障要求的大環(huán)境下，解決這一安全隱患無疑具有重要的現(xiàn)實意義。

1發(fā)電機組柴油低溫結蠟安全隱患現(xiàn)狀分析

衡量柴油防凍性能的指標主要有兩項，即冷濾點和凝固點。凝固點是柴油失去流動性的最高溫度，冷濾點是柴油通過發(fā)電機組供油系統(tǒng)時造成濾網(wǎng)堵塞的最高溫度，也就是柴油結蠟的最高溫度。國內柴油是根據(jù)凝固點劃分為6個標號：5號柴油、0號柴油、-10號柴油、-20號柴油、-35號柴油、-50號柴油。柴油冷濾點比凝固點溫度高4-5℃左右，5號柴油凝固點5℃，冷濾點8℃；0號柴油凝固點0℃，冷濾點4℃；-10號柴油凝固點-10℃，冷濾點-5℃；-20號柴油凝固點-20℃，冷濾點-14℃。環(huán)境溫度低于柴油的冷濾點時發(fā)電機組會發(fā)生柴油濾清器堵塞，機組會因油路不暢而發(fā)生無法啟動故障。

按照傳統(tǒng)的處理方法，通信局站在進入寒冷季節(jié)總是通過更換夏季5號柴油的辦法解決柴油冬季不能使用的問題。但實際上各地加油站并不能保證能按季節(jié)給客戶提供合適標號的柴油，現(xiàn)實中加油站的供油標號往往總是滯后于氣溫的變化。更何況重要通信局站一般在夏季儲存的5號柴油量都很大，更換柴油也不是一件容易的事。以延安地區(qū)為例，一般冬季集中供暖時間都是在每年的11月中旬，但每年的10月中下旬氣溫就已經(jīng)降到了5號柴油冷濾點以下了，此期間在加油站又購買不到-10號或-20號柴油，所以，在每年集中供暖的前夕最容易發(fā)生柴油發(fā)電機組因柴油結蠟影響供電安全的通信事故了。

一般柴油發(fā)電機組自身都安裝有冷卻水電加熱器，其主要作用是冬季預防機組冷機啟動困難和冷卻水防凍而設置的，它只能對發(fā)電機組機體上的油路有間接的防凍作用，而對油箱等發(fā)電機組機體以外部分的柴油無任何防凍作用，所以依靠機組自帶的冷卻水電加熱器并不能解決發(fā)電機組柴油結蠟的問題。預防發(fā)電機組柴油結蠟如果用外置輔助電暖器的方式，在油機房這樣一個對防火安全要求很高的特殊環(huán)境中使用顯然也不安全，更何況其加熱的效率也并不高。而采用我公司自主設計的自動化水循環(huán)供熱系統(tǒng)的技術方案屬于機房全方位供熱，能夠比較全面的解決上述諸多問題。此技術方案結合了水冷式小型中央空調系統(tǒng)、水暖系統(tǒng)、油機水套加熱、液位自動控制、自動溫控、動力環(huán)境監(jiān)控等技術內容，通過在延安電信新局和老局安裝試點，效果非常顯著。

2油機房自動化水循環(huán)供熱系統(tǒng)的架構設計

油機房全自動水循環(huán)供熱系統(tǒng)如圖1所示：

全自動水循環(huán)供熱系統(tǒng)主要由冷卻水電加熱器、冷卻水循環(huán)泵、液位自控上水泵、膨脹水箱、蓄水箱、散熱器等部件組成。

系統(tǒng)核心器件冷卻水電加熱器由智能溫度控制器控制其工作狀態(tài)，智能溫度控制器通過設定供熱系統(tǒng)的溫度，由安裝在加熱器回水側的水溫傳感器監(jiān)測水循環(huán)系統(tǒng)的工作溫度，當系統(tǒng)水溫低于設定值，溫度控制器給冷卻水加熱器發(fā)出指令，加熱器工作；當系統(tǒng)水溫高于設定溫度，加熱器停止工作。為防止控制加熱器工作的接觸器頻繁動作，可調整智能溫度控制器的控制回差值，回差值越大，控制精度越低，回差值越小，控制精度越高，可根據(jù)實際需要設定。冷卻水循環(huán)泵無論加熱器是否工作都需要連續(xù)工作，以保證系統(tǒng)的連續(xù)水循環(huán)。散熱器為串聯(lián)安裝，需要安裝在油庫靠近油箱的近端和油機房發(fā)電機組的近端。為防止從油庫敷設到柴油發(fā)電機組的油管部分的柴油低溫結蠟，在敷設供熱系統(tǒng)管道時盡量將油管與熱水管平行同路由敷設。油機房全自動水循環(huán)供熱系統(tǒng)就如同一個小型水冷式中央空調系統(tǒng)一樣，膨脹水箱也是自動供熱系統(tǒng)必不可少的重要組成部件之一，膨脹水箱需要安裝在循環(huán)管路系統(tǒng)的最高處，用于供熱系統(tǒng)的回水，起穩(wěn)壓補水作用，用來收容和補償系統(tǒng)中水的脹縮量。在膨脹水箱中安裝有自動控制液位的液位繼電器的三個電極，根據(jù)液位繼電器的電極安裝位置，保持膨脹水箱液位的恒定，由液位繼電器控制上水泵的自動上水。為防止液位繼電器失靈造成膨脹水箱溢水，在膨脹水箱上安裝有溢水管，如水箱水位超過溢水管水位則通過溢水管自動將溢水排入儲水箱內繼續(xù)循環(huán)使用。

油機房為無人值守機房，為實時監(jiān)測自動水循環(huán)系統(tǒng)的工作狀況，需要對系統(tǒng)的高水溫、低水溫報警信號通過干接點開關量的方式納入動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)；為實時監(jiān)測自動水循環(huán)供熱系統(tǒng)漏水問題，需要安裝動力環(huán)境監(jiān)控地濕探頭；為實時監(jiān)測油機房、油庫的環(huán)境溫度狀況，確保室溫大于柴油的冷濾點溫度，還需要在安裝動力環(huán)境監(jiān)控溫度傳感器。

油機房全自動水循環(huán)供熱系統(tǒng)可根據(jù)油機房的實際環(huán)境溫度需要實時開啟或關閉，一般主要在每年的集中供暖前夕和停暖的前夕啟用，也可在平時氣溫突變時根據(jù)需要啟用。

3系統(tǒng)工作原理

3.1自動水循環(huán)供熱系統(tǒng)的電路原理

自動水循環(huán)供熱系統(tǒng)電路原理如圖2所示：

（1）自動工作方式：將自動/手動轉換開關置于自動檔。智能溫度控制繼電器TC通過安裝在冷卻水電加熱器回水管處的水溫傳感器，實時監(jiān)測系統(tǒng)的回水溫度，當水溫未達到智能溫控器設定的溫度時，智能溫度控制繼電器TC不工作，TC常閉接點保持閉合，接通交流接觸器C的控制電源，交流接觸器C主接點吸合，接通了電加熱器H的電源，系統(tǒng)開始加熱。當回水溫度超過設定溫度時，智能溫度控制繼電器TC工作，TC常閉接點斷開，斷開交流接觸器C的控制電源，交流接觸器C主接點釋放，斷開了電加熱器H的電源，系統(tǒng)停止加熱。為防止交流接觸器C頻繁動作，可適當把智能溫度控制器的控制回差值調大。

（2）手動工作方式：將自動/手動轉換開關置于手動檔。電加熱器H進入人工啟動或人工停止工作模式。按下SB1啟動按鈕，接通交流接觸器C的控制電源，交流接觸器C得電工作，同時交流接觸器C自保接點吸合，保持交流接觸器C繼續(xù)工作，并通過其主接點接通了電加熱器H的電源，系統(tǒng)開始加熱。按下SB2停止按鈕，斷開交流接觸器C的控制電源，交流接觸器C停止工作，交流接觸器C自保接點釋放，其主接點斷開了電加熱器H的電源，系統(tǒng)停止加熱。

（3）圖中M為系統(tǒng)循環(huán)泵，循環(huán)泵無論加熱器是否工作均要保持工作狀態(tài)，其工作電源由空氣開關QF控制。FR為熱繼電器，當三相加熱器因故障等原因使主電路過流時，F(xiàn)R熱繼電器雙金屬片發(fā)熱彎曲，其串聯(lián)在交流接觸器C控制電源上的常閉接點FR斷開，交流接觸器C釋放，電加熱器工作停止，起到過流保護作用。

3.2報警系統(tǒng)與環(huán)境監(jiān)控

為實時監(jiān)測自動水循環(huán)供熱系統(tǒng)因故障等原因引起的供熱系統(tǒng)水溫過高或過低等異常情況，在自動水循環(huán)供熱系統(tǒng)中加裝了高水溫與低水溫告警裝置，報警原理如圖2所示。

（1）高水溫報警原理：TC1為高水溫報警用溫度繼電器。溫度傳感器安裝在加熱器回水管近端，在水溫低于TC1設定的高水溫報警點時，溫度繼電器TC1不工作，其常開接點TC1保持斷開，繼電器K1不工作，系統(tǒng)無告警信號。當水溫高于TC1設定的報警溫度，溫度繼電器TC1工作，其常開接點TC1閉合，繼電器K1吸合，其自保接點K1吸合，保持繼電器K1的吸合狀態(tài)；同時其常開接點K1接通了報警蜂鳴器電路，發(fā)出聲報警信號。為確保維護人員在故障發(fā)生時能到現(xiàn)場進行故障確認，此聲報警信號即使溫度下降為正常值也不能自動恢復，必須人工現(xiàn)場按復位按鈕SB3才能消除報警。開關S為報警消音開關，用于報警消音。

（2）低水溫報警原理：為預警加熱器損壞等原因引起的系統(tǒng)低水溫故障，電路配置了TC2低水溫報警用溫度繼電器。在水溫高于TC2設定的低水溫報警點時，溫度繼電器TC2工作，其常閉接點TC2斷開，繼電器K2不工作，系統(tǒng)無告警信號。在水溫低于TC2設定的低水溫報警點時，溫度繼電器TC2不工作，其常閉接點TC2閉合，繼電器K2吸合，其自保接點K2吸合，保持繼電器K2的吸合狀態(tài)；同時其常開接點K2接通了報警蜂鳴器電路，發(fā)出聲報警信號。低水溫報警信號也設置了一個現(xiàn)場復位按鈕SB4。

（3）系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)控：油機房做為無人值守機房，系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)控是必不可少的。如以圖2所示，系統(tǒng)預留了用于遠程動力環(huán)境監(jiān)控的高水溫與低水溫干接點信號輸出端子，可將高水溫、低水溫告警信號以開關量的方式上報動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，以實現(xiàn)對高水溫與低水溫告警的實時監(jiān)控。通過安裝地濕變送器和地濕探頭，實現(xiàn)油機房地濕告警信號的實時監(jiān)控。通過安裝溫度傳感器，實現(xiàn)油機房、油庫等重要測點的環(huán)境溫度監(jiān)測。

3.3自動補水工作原理

自動水循環(huán)供熱系統(tǒng)的膨脹水箱的自動補水系統(tǒng)，其工作原理如圖3所示：

膨脹水箱是自動水循環(huán)供熱系統(tǒng)必不可少的重要組成部分，為保持膨脹水箱一定的水位，需要安裝液位控制繼電器。液位繼電器市面上種類繁多，圖3中采用的是JYB系列液位繼電器。

液位繼電器控制水位是通過外接的D1、D2、D3三個電極實現(xiàn)的，D1為上限水位電極、D2為下限水位電極、D3為公共電極。液位繼電器內部工作電源利用變壓器把380V電壓降為8V，即兩個電極之間、內部繼電器K的電源電壓亦為8V。

（1）水泵啟動控制過程：合SA空開，液位繼電器電源加電。膨脹水箱因循環(huán)水的消耗液位下降到低于下限水位電極D2時，電極D1、D2與公共電極D3之間變?yōu)榉菍顟B(tài)，內部8V的繼電器K工作，常開接點1-3吸合，通過液位繼電器2-3端子接通了交流接觸器KM的工作電源，KM工作，接通了水泵的三相電源，水泵工作，將蓄水箱的水抽到膨脹水箱。水泵的運轉過程一直持續(xù)到膨脹水箱的水位達到上限水位電極D1時為止。

（2）水泵停止控制過程：膨脹水箱因循環(huán)水的注入液位上升到超過于上限水位電極D1時，電極D1、D2與公共電極D3之間變?yōu)閷顟B(tài)，內部8V的繼電器K停止工作，常開接點1-3斷開，通過液位繼電器2-3端子斷開了交流接觸器KM的工作電源，KM停止工作，水泵亦停止工作，膨脹水箱停止注水。水泵的停止工作過程一直持續(xù)到膨脹水箱的水位低于下限水位電極D2時為止。

4應用實例

根據(jù)以上油機房全自動水循環(huán)供熱系統(tǒng)的設計思路，2011年我們分別在延安電信新局和老局進行了該項目的安裝應用。圖4為延安電信新局油機房自動化水循環(huán)供熱系統(tǒng)安裝實例照片及圖5延安電信新局油庫散熱器安裝實例照片。

延安新局和老局采用CH系列智能溫度控制器，可根據(jù)油機房和油庫室溫的實際需要任意設定溫度值，一般設為60-70℃；散熱器的安裝數(shù)量也可根據(jù)油機室和油庫面積的實際需要進行合理組合。為評估自動供熱系統(tǒng)的性能，安裝完成投入運行后，2011年10月26日我們對供熱系統(tǒng)進行了現(xiàn)場測試。

10月26日當天室外氣溫為1℃-10℃，集中供暖還未開始。在未啟用自動供熱系統(tǒng)前，油機房室溫：6℃，油庫室溫，5℃。由于延安電信新局儲油箱儲存的柴油為夏季購買的5號柴油，其冷濾點為8℃，即當前油機室的溫度已經(jīng)低于5號柴油的冷濾點，如不開啟自動供熱系統(tǒng)，一旦停市電，備用柴油發(fā)電機組就有可能發(fā)生因柴油結蠟機組不能啟動的嚴重后果。

為檢驗自動供熱系統(tǒng)的效果，我們將供熱系統(tǒng)的溫度設定為70℃；然后啟動供熱系統(tǒng)；自動供熱系統(tǒng)工作23分鐘后系統(tǒng)水溫即由5℃逐漸上升為設定溫度70℃。此時再次測試室溫，油機房室溫由6℃上升為 19℃，油庫室溫由5℃上升為22℃，效果非常明顯。自動化水循環(huán)供熱系統(tǒng)試運行一年來，安裝在延安新局和老局的兩套供熱系統(tǒng)均運行穩(wěn)定正常。

全自動水循環(huán)供熱系統(tǒng)的設計與安裝是我們?yōu)榻鉀Q通信局站柴油發(fā)電機組柴油低溫接蠟安全隱患的重要實踐，自動化供熱系統(tǒng)的投入運行使我們徹底擺脫了以往受制于天氣變化、加油站供油標號滯后等諸多客觀因素的制約，變被動預防為主動控制，從而徹底解決了柴油發(fā)電機組低溫結蠟的安全隱患問題。

全自動水循環(huán)供熱系統(tǒng)由于投資低、功能全、安裝簡單易行，可以推廣應用在受寒冷天氣影響較大的廣大北方地區(qū)的油機房改造上，為柴油發(fā)電機組高可靠性供電保障提供強有力的硬件支撐。