變頻器在換熱站供熱系統(tǒng)中的閉環(huán)控制作用

魏 萍 彭 瑩 鄧 震

(濟(jì)寧市東郊熱電廠，山東 濟(jì)寧272200)

0 引言

隨著變頻器的推廣應(yīng)用，其在集中供熱行業(yè)中也越來越被廣泛的用于換熱站供熱系統(tǒng)。如補(bǔ)水泵、循環(huán)水泵變頻控制等，其中補(bǔ)水泵變頻控制應(yīng)用較多。變頻調(diào)速屬于無轉(zhuǎn)差損耗的高效調(diào)速方法，功率因數(shù)能達(dá)到90%以上，利用變頻器不僅可以直接控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，而且在變頻的同時(shí)，電源電壓也可以依據(jù)負(fù)載大小相應(yīng)調(diào)節(jié)，利用變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵流量、壓力的調(diào)節(jié)，使供熱系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，操作更為方便、靈活，節(jié)能效果明顯。同時(shí)減少了供熱系統(tǒng)中閥門、管件、換熱器、水泵等設(shè)備的維修量，設(shè)備使用壽命延長，其綜合效益十分顯著。

1 換熱站補(bǔ)水泵的閉環(huán)控制系統(tǒng)

為了保證站內(nèi)及其管網(wǎng)的運(yùn)行水壓恒定，由補(bǔ)水泵及時(shí)補(bǔ)充因流失、泄漏等原因造成的水量損失。在系統(tǒng)補(bǔ)水過程中，換熱站內(nèi)循環(huán)熱水回水管上的壓力變送器或遠(yuǎn)傳壓力表，監(jiān)測系統(tǒng)回水壓力。該信號(hào)傳送到PI調(diào)節(jié)器，經(jīng)與設(shè)定值比較后，其差值模擬量送入控制補(bǔ)水泵的變頻器，來調(diào)節(jié)補(bǔ)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。同時(shí)也調(diào)節(jié)了補(bǔ)水泵的補(bǔ)水流量和壓力，以保證整個(gè)供回水系統(tǒng)內(nèi)的水壓恒定。

補(bǔ)水定壓控制點(diǎn)的位置選擇及設(shè)定值大小：

定壓控制點(diǎn)的選擇，一般有兩種方式。一是，選在循環(huán)水泵入口處，在循環(huán)泵的入口處加裝壓力傳感器或遠(yuǎn)傳壓力表，通過壓力傳感器或遠(yuǎn)傳壓力表與變頻器的聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)來確定系統(tǒng)恒壓點(diǎn)的確切位置；二是，選在最不利環(huán)路用戶的供水入口處。

（1）定壓控制點(diǎn)選在循環(huán)水泵入口處，其設(shè)定值H0為：

式中：H0為系統(tǒng)靜壓Kpa；

Hj為整個(gè)系統(tǒng)最高建筑物（或最高供熱管）高度Kpa；

Hd為最高建筑物（或供熱點(diǎn)）所處地點(diǎn)與換熱站的地形標(biāo)高差（測量高程），Kpa；

Hg相應(yīng)水溫的汽化壓力，Kpa；

20～30 為安全裕量，Kpa。

（2）壓力控制點(diǎn)選在最不利環(huán)路用戶的供水入口處，其設(shè)定值Pn為：

Po：熱源恒壓點(diǎn)的壓力值；

ΔPr：在設(shè)計(jì)工況下，從n用戶到熱源恒壓點(diǎn)的回水干管壓降；

Δpy：n用戶的資用壓頭。

在壓力控制點(diǎn)的選擇方式中，選在最遠(yuǎn)用戶供水入口處利于節(jié)能，而選在循環(huán)水泵入口處便于調(diào)節(jié)。

2 換熱站循環(huán)水泵的閉環(huán)控制作用

在機(jī)械循環(huán)熱水采暖系統(tǒng)中，循環(huán)水泵是系統(tǒng)的核心設(shè)備，同時(shí)又是耗電量較大的設(shè)備，合理的選型既能保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，也降低能耗。在換熱站采暖系統(tǒng)中，循環(huán)水泵的功率較大，利用變頻器調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速的節(jié)電潛力應(yīng)比變頻補(bǔ)水定壓大得多，但是投資比較大。近期設(shè)計(jì)的幾個(gè)換熱站都是利用變頻器調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的。如市區(qū)新世紀(jì)花園換熱站等，雖然建設(shè)投資比較大，但是節(jié)電效果比較明顯。在設(shè)計(jì)的換熱站中，循環(huán)泵一般是一用一備或兩用一備，設(shè)計(jì)中常采用一臺(tái)變頻器控制多臺(tái)循環(huán)水泵的運(yùn)行，其中一臺(tái)循環(huán)水泵變頻運(yùn)行，其它循環(huán)泵工頻運(yùn)行。利用變頻器調(diào)節(jié)循環(huán)水泵，可以由定流量轉(zhuǎn)為變流量運(yùn)行。

在循環(huán)水系統(tǒng)中，水泵的作功通過水泵出水壓力P2和回水壓力P1的壓力差ΔP來描述，即ΔP=P2-P1。

流量Q、管阻R與壓力差ΔP之間的關(guān)系為：

而水泵作功的功率為：

因?yàn)镼∝n，所以水泵的功率P與其轉(zhuǎn)速n的平方成正比。即：

通過理論分析和實(shí)際測定可以得出變頻器控制水泵運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）改善外網(wǎng)運(yùn)行工況，節(jié)能降耗：循環(huán)水泵實(shí)現(xiàn)變流量調(diào)節(jié)后，整個(gè)采暖期與定流量系統(tǒng)相比至少節(jié)電30%-50%，節(jié)能效果十分顯著。

（2）變頻調(diào)速使電動(dòng)機(jī)、水泵經(jīng)常低于工頻狀態(tài)下運(yùn)行，減輕機(jī)械磨損，降低噪音。

（3）電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流為額定電流的4-6倍，而變頻調(diào)速后啟動(dòng)電流是額定電流的1/4，改善了電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能，減少了啟動(dòng)電流對(duì)電氣設(shè)備的沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命。

（4）供熱系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，調(diào)節(jié)靈活，供熱效果較好。

3 結(jié)束語

綜上所述，從現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行效果來看，在換熱站中采用變頻器控制補(bǔ)水泵、循環(huán)泵，即采用變頻調(diào)速技術(shù)，不僅解決了設(shè)備“大馬拉小車”的問題，節(jié)能效果比開環(huán)運(yùn)行有較明顯提高。還能配合自力式平衡閥綜合治理變流量系統(tǒng)水力失調(diào)，更適應(yīng)在分戶計(jì)量控制系統(tǒng)運(yùn)行。延長供熱系統(tǒng)中設(shè)備使用壽命，維修工作量減小。變頻器質(zhì)量和應(yīng)用技術(shù)已十分成熟，今后將會(huì)得到更為廣闊的發(fā)展和應(yīng)用。

［1］熱水采暖設(shè)計(jì)手冊[S].山東建筑設(shè)計(jì)院，山東建筑學(xué)會(huì)暖通空調(diào)專業(yè)委員會(huì).

［2］電氣時(shí)代[J].2005(1).