談自動化控制系統(tǒng)在集中供熱中的應(yīng)用

劉 琪

(太原市熱力公司，山西 太原 030001)

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談自動化控制系統(tǒng)在集中供熱中的應(yīng)用

劉 琪

(太原市熱力公司，山西 太原 030001)

分析了城市熱網(wǎng)調(diào)節(jié)中存在的問題，從熱力站、調(diào)度室、能源管理等方面，闡述了自控系統(tǒng)在集中供熱中的應(yīng)用，并針對自控系統(tǒng)在應(yīng)用中的局限性，提出了合理化應(yīng)用自控系統(tǒng)的建議。

集中供熱，自控系統(tǒng)，熱力管網(wǎng)，調(diào)度室

我國幅員遼闊，氣候條件復雜多樣，冬季由于天氣溫度差異較大，尤其是北方地區(qū)室外溫度較低，人們對供暖的需求很大。由于采暖用戶眾多，老舊供熱系統(tǒng)熱利用率低，熱網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)難度大、運行穩(wěn)定性差，供熱能力極為有限，單一的人工調(diào)控技術(shù)成為制約集中供熱發(fā)展的瓶頸。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，自動控制技術(shù)被逐步、廣泛應(yīng)用于集中供熱領(lǐng)域，使得熱網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制更加快速、準確、可靠。

1 城市熱網(wǎng)調(diào)節(jié)的狀況和問題

集中供熱過程是一種單輸入多輸出的非線性變化的傳熱過程，其動態(tài)特性隨著運行工況的變化而大幅度變化，且各個環(huán)節(jié)的動態(tài)特性差異很大。由于供熱系統(tǒng)本身具有連續(xù)性、滯后性、非線性和不確定性等特性，故難以建立精確的數(shù)學模型，使傳統(tǒng)控制理論的應(yīng)用受到極大限制。

1)供熱管線長、設(shè)備多，整體調(diào)控難度大。集中供熱系統(tǒng)雖在工程設(shè)計階段已進行水力平衡設(shè)計，但是工程本身的施工質(zhì)量、管路走向、供熱面積及熱用戶分布等問題與實際運行情況相比往往會有很大出入。加之供熱系統(tǒng)本身熱惰性大，屬于滯后系統(tǒng)，對其參數(shù)調(diào)節(jié)時，流量調(diào)節(jié)閥不宜連續(xù)快速調(diào)節(jié)，避免產(chǎn)生大幅震蕩，使調(diào)節(jié)參數(shù)出現(xiàn)上下反復波動的現(xiàn)象。尤其供暖初期，熱源輸出不穩(wěn)定、熱用戶分布不均衡等問題給管網(wǎng)系統(tǒng)帶來極大考驗，因此僅利用單一的人工調(diào)控方式，無法實現(xiàn)全網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)一步到位的精準調(diào)控。

2)供熱區(qū)域覆蓋面廣，熱用戶眾多，室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)難掌控。冬季采暖期分為初寒期、嚴寒期和末寒期三個階段，隨著室外氣溫的不斷變化，室內(nèi)溫度需做相應(yīng)的調(diào)節(jié)，就要求供熱的參數(shù)也需要跟隨其變化。通常情況下，各個換熱站運行值班人員很難及時了解掌握熱用戶的室內(nèi)溫度和其變化規(guī)律，加之人員素質(zhì)及對熱網(wǎng)調(diào)控經(jīng)驗參差不齊，僅依賴運行員對所屬供熱區(qū)域?qū)嵭辛髁繙囟炔倏貢r，熱用戶的用熱需求往往處于一種被動的狀態(tài)。根據(jù)資料顯示，熱力站近端供熱區(qū)域會出現(xiàn)熱量超標情況，而熱力站末端供熱區(qū)域則往往會出現(xiàn)熱量供給不足，用戶室溫不達標的問題，導致大量的資源浪費和供熱效果不理想。

2 自控系統(tǒng)在集中供熱中的應(yīng)用

時至今日，我公司已歷經(jīng)23個采暖期的歷練與發(fā)展，共管轄一次供熱管網(wǎng)近1 000 km，所屬熱力站1 310余座，總體供熱面積突破1.3億 m2，占到全市主城區(qū)可供面積的70%以上。自動控制技術(shù)應(yīng)用于相關(guān)系統(tǒng)的控制與支配，運用現(xiàn)代遠程傳輸技術(shù)，解決了熱源及各換熱站運行參數(shù)的遠程傳輸采集；利用中央控制技術(shù)，實現(xiàn)中控室集中調(diào)控各熱力站運行參數(shù)。為供熱穩(wěn)定性提供強有力的保障，使得供熱質(zhì)量和熱源高效運行得到整體統(tǒng)一。

2.1 自控系統(tǒng)在熱力站中的應(yīng)用

針對集中供熱工程中熱網(wǎng)分布不均勻、隨機性強等特點，為了進一步提高供熱效益，我公司采用專為應(yīng)用于熱源、熱力站供熱參數(shù)遠程傳輸監(jiān)控的具有高度專業(yè)化、集成化、靈活性和擴展性的新一代自動化控制系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)應(yīng)用，可及時掌握熱源參數(shù)及熱力管網(wǎng)供回水的準確數(shù)據(jù)，如流量、熱量、溫度、壓力、閥門開度等，以光纖傳輸?shù)男问剑瑢?shù)據(jù)遠程傳送至中控室，為熱網(wǎng)整體調(diào)節(jié)和平穩(wěn)運行提供有力數(shù)據(jù)支持，使供熱管網(wǎng)運行更加安全、平穩(wěn)。同時又有效分配了能源，使之被更合理的利用和調(diào)配，從而提高了熱效率，避免了能源浪費。

2.2 自控系統(tǒng)在調(diào)度室的應(yīng)用

供熱調(diào)度自動化系統(tǒng)是在中控室內(nèi)建立一個供熱運行遠程監(jiān)控信息發(fā)布平臺，在站內(nèi)自動采集系統(tǒng)完善的基礎(chǔ)上，利用各種具有自動檢測、反饋、決策和控制功能的裝置，通過將采集的信號、數(shù)據(jù)遠程傳輸至該信息發(fā)布平臺，對熱源、熱網(wǎng)及各熱力站的運行狀態(tài)、運行參數(shù)進行全方位、就地的自動監(jiān)視、協(xié)調(diào)、調(diào)節(jié)和全網(wǎng)平衡控制，保證熱網(wǎng)系統(tǒng)的供熱質(zhì)量和安全，為供熱管網(wǎng)的宏觀調(diào)控和科學的精細化管理提供決策依據(jù)。

2.3 自控系統(tǒng)在能源管理方面的應(yīng)用

在全公司范圍內(nèi)積極推廣全網(wǎng)自控能源管理系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)能降耗。以我分公司為例，原一電廠供熱能力僅1 000萬 m2，通過采取分時段多熱源切換供熱，加大對一電熱網(wǎng)的全網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)，以及實施能源精細化管理，熱網(wǎng)全網(wǎng)實現(xiàn)了自動控制調(diào)節(jié)。目前，供熱面積達到1 300多萬平方米。2012年—2013年采暖季，在超負荷運行并出現(xiàn)極寒天氣的情況下，實現(xiàn)節(jié)熱率5.6%，熱單耗降至0.395 GJ/m2，節(jié)電率7.8%，電單耗降至1.658度/m2，節(jié)能降耗成績顯著。同時，供熱室溫達標率達99%以上，而投訴率僅為以往的77.9%。

由于采用自動化控制技術(shù)，實現(xiàn)了降低生產(chǎn)成本和能耗，給企業(yè)帶來直接經(jīng)濟效應(yīng)的同時，為環(huán)境保護、節(jié)能減排做出貢獻。

3 自控系統(tǒng)應(yīng)用的局限性

熱力網(wǎng)全面實行自動控制調(diào)節(jié)是保證熱網(wǎng)工況正常運行的基礎(chǔ)，但大規(guī)模安裝自控監(jiān)測設(shè)備需要增加投資，使得大范圍推廣至熱用戶家中，受到一定的限制。

1)目前熱力站已投入使用的計算機監(jiān)控系統(tǒng)本身存在一些技術(shù)缺陷。如有些系統(tǒng)投入運行初期，熱力站的終端頻繁出現(xiàn)軟件故障，源于有些系統(tǒng)前端檢測裝置抗干擾性差，經(jīng)常出現(xiàn)機器死鎖現(xiàn)象。2)我國儀表檢測和執(zhí)行建造不完全，質(zhì)量控制也未達到標準要求。會出現(xiàn)各類儀表由于熱網(wǎng)水質(zhì)及自身問題，安裝后出現(xiàn)電動閥自動鎖死、檢測數(shù)據(jù)偏差大等問題，使自動監(jiān)測系統(tǒng)不能發(fā)揮作用。3)很多單位會使用自動監(jiān)控系統(tǒng)，只是單純引進外來技術(shù)，簡單盲目學習使用。缺少根據(jù)自身需要出發(fā)的可行性論證，存在重復試驗和使用現(xiàn)象，出現(xiàn)問題最終仍依賴于系統(tǒng)開發(fā)者解決。4)我國城市集中供熱管理體制自身存在著問題，熱源管理與熱網(wǎng)管理脫節(jié)，使得工作人員難以對供熱系統(tǒng)整體展開全方面的調(diào)節(jié)改善。比較單調(diào)的熱源或熱網(wǎng)控制方法增加了供熱管網(wǎng)自動監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展和完善的難度。

4 自控系統(tǒng)應(yīng)用的合理化建議

1)加強生產(chǎn)調(diào)度中心的職能作用。供熱期間，根據(jù)室外溫度變化情況，生產(chǎn)調(diào)度中心應(yīng)及時調(diào)整熱源廠供回水溫度，同時對所轄熱力站進行全網(wǎng)流量平衡調(diào)節(jié)，使熱量分配更加合理均衡，保證廠、網(wǎng)、站穩(wěn)定、高效地運行，提高熱網(wǎng)輸送效率，保障熱用戶的優(yōu)質(zhì)供熱，降低供熱運行成本。2)大力推進無人值守熱力站改造實施。隨著城鎮(zhèn)集中供熱的快速發(fā)展，為提高供熱系統(tǒng)的技術(shù)管理水平，改善工作人員的人員留守問題，降低供熱運行成本。對具備相應(yīng)條件的熱力站實施無人值守，相較傳統(tǒng)的熱力站管理模式，采用工業(yè)自控、計算機、通訊和視頻監(jiān)控等先進技術(shù)，采取遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)對熱力站實施更科學、更規(guī)范的監(jiān)控管理。3)大面積推進熱用戶室溫檢測的實施。為及時有效地掌握熱用戶采暖室溫情況，準確分析研究熱網(wǎng)運行工況和調(diào)節(jié)供熱參數(shù)提供第一手資料。我公司大面積推廣為熱用戶安裝室內(nèi)溫度檢測裝置，使室溫檢測更加快捷準確，并節(jié)省了大量的人力成本。4)結(jié)合各個熱網(wǎng)情況制定熱網(wǎng)運行方案和供熱應(yīng)急預案等，有條不紊地組織好供熱運行。遇緊急情況，根據(jù)供熱設(shè)施故障的大小，啟動應(yīng)急預案，最大限度地保障熱用戶的優(yōu)質(zhì)供熱。

[1] 王珊珊,胡思琪.淺談自動化集控系統(tǒng)在集中供熱管理中的使用情況[J].節(jié)能，2016(10)：20-21.

[2] 徐麗莎,徐宇航.淺談自動化控制系統(tǒng)的實際操作方式[J].自動化應(yīng)用，2016(7)：60-63.

[3] 李思議,吳漢元.淺談自動化控制及綠色節(jié)能使用措施[J].大河供熱，2016(3)：32-36.

Discussion on the application of automatic control system in central heating

Liu Qi

(TaiyuanHeatingPowerCompany,Taiyuan030001,China)

This paper analyzed the existing problems in city network mediation, from the thermal power station, control room, energy management and other aspects, elaborated the application of automatic control system in central heating, and according to the limitations of automatic control system in the application, put forward some rational suggestions application of automatic control system.

central heating, automatic control system, heat pipe network, dispatching room

1009-6825(2017)13-0116-02

2017-02-25

劉 琪(1983- )，女，工程師

TU995

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