礦區(qū)熱網(wǎng)變頻循環(huán)泵節(jié)電技術(shù)

張秀萍

[摘? ? 要]現(xiàn)如今，變頻調(diào)速技術(shù)在國(guó)內(nèi)很多地區(qū)的換熱站循環(huán)泵中均有應(yīng)用。但因技術(shù)的自動(dòng)化水平參差不齊，很多企業(yè)長(zhǎng)期采用人工手動(dòng)方式調(diào)控變頻器的運(yùn)行狀態(tài)，以致供熱電指標(biāo)（kWh/萬m2）長(zhǎng)期處于較高水平，耗電輸熱比大，運(yùn)行效率整體偏低。在節(jié)能減排、低碳生活理念被大力倡導(dǎo)的背景下，應(yīng)深刻認(rèn)識(shí)到變頻技術(shù)在實(shí)現(xiàn)節(jié)電方面表現(xiàn)出的優(yōu)越性，將其合理用于礦區(qū)熱網(wǎng)變頻循環(huán)泵日常運(yùn)行活動(dòng)中。

[關(guān)鍵詞]礦區(qū);熱網(wǎng)變頻;循環(huán)泵;變頻器;節(jié)電技術(shù)

[中圖分類號(hào)]TM92 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）06–00–03

Energy-saving Technology of Frequency Conversion Circulating Pump in Mining Area

Zhang Xiu-ping

[Abstract]Nowadays， frequency conversion speed regulation technology has been applied in the circulating pump of heat exchange stations in many areas of China. However， due to the uneven automation level of technology， many enterprises have long adopted manual control of the operation state of frequency converter， resulting in a long-term high level of heating and electricity index （kWh/ 10，000m2）， high power consumption and heat transfer ratio， and overall low operating efficiency. Under the background of energy saving， emission reduction and low-carbon life concept being strongly advocated， we should deeply realize the advantages of frequency conversion technology in realizing power saving and reasonably apply it to the daily operation of the heat grid frequency conversion circulating pump in the mining area.

[Keywords]mining area; Heat network frequency conversion; Circulating pump; Frequency converter; Power saving technology

自2008年以來，國(guó)家相關(guān)部門加大對(duì)落后生產(chǎn)能力的整治力度，力爭(zhēng)全面貫徹落實(shí)節(jié)能減排重點(diǎn)工程項(xiàng)目。在這樣的時(shí)代背景下，礦區(qū)供熱網(wǎng)順理成章的成為了節(jié)能減排工作的重點(diǎn)項(xiàng)目之一。既往，熱網(wǎng)運(yùn)作階段，多采用定流量循環(huán)系統(tǒng)作為熱水循環(huán)系統(tǒng)，不管末端負(fù)荷需求出現(xiàn)怎樣的波動(dòng)，循環(huán)流量均能始終維持恒定狀態(tài)。

若能依照建筑體內(nèi)部對(duì)熱負(fù)荷的現(xiàn)實(shí)需求能動(dòng)態(tài)調(diào)整循環(huán)泵的流量，不僅能維持建筑內(nèi)部溫度的舒適性，還能規(guī)避因外界溫度改變引起室溫明顯變動(dòng)的問題，減少了電能資源的耗用量。將變頻調(diào)速技術(shù)用于熱網(wǎng)循環(huán)泵控制領(lǐng)域中，能更好的滿足熱網(wǎng)變工況運(yùn)作的現(xiàn)實(shí)需求，為其實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排發(fā)展目標(biāo)提供可靠的技術(shù)支撐。

1 變頻運(yùn)行的依據(jù)

（1）理論計(jì)算環(huán)節(jié)的保險(xiǎn)系數(shù)，具體是水利項(xiàng)目測(cè)算后獲得的結(jié)果均要乘以保險(xiǎn)系數(shù)，這是設(shè)計(jì)值高于現(xiàn)實(shí)需求的主要原因。

（2）生產(chǎn)制造廠家會(huì)參照鍋爐裝備的蒸發(fā)量設(shè)定循環(huán)泵爐的型號(hào)，而不會(huì)為滿足某個(gè)用戶的主觀需求而進(jìn)行單一化設(shè)計(jì)加工，故而選用循環(huán)泵過程中均會(huì)存有一定余量。比如，經(jīng)測(cè)算后，發(fā)現(xiàn)某企業(yè)運(yùn)行需要配置流量為30m3/h的循環(huán)泵，若沒有采購到和其生產(chǎn)要求完全匹配的循環(huán)泵，和其相臨近的有24m3/h與45m3/h循環(huán)泵，此時(shí)多數(shù)設(shè)計(jì)人員會(huì)選用45m3/h循環(huán)泵，其比計(jì)算流量高出50%。

（3）參照參數(shù)設(shè)定情況完成理論計(jì)算工作，比如某企業(yè)設(shè)計(jì)參數(shù)室之一的外溫度為-24℃，這就意味著各個(gè)采暖期的嚴(yán)寒期中某段時(shí)間室外溫度均值能達(dá)到該溫度值，其他時(shí)段均是高于該溫度的，系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)階段所需機(jī)泵處理是低于該設(shè)計(jì)參數(shù)的。

2 現(xiàn)實(shí)運(yùn)行的主要形式

（1）集中供熱熱負(fù)荷依照正態(tài)曲線走失分布的。在供熱活動(dòng)的早期、終末期熱負(fù)荷偏小，在這樣的工況下系統(tǒng)正常運(yùn)行對(duì)流量的需求量較少，資用壓力相應(yīng)降低;進(jìn)入嚴(yán)寒期時(shí)，熱負(fù)荷有所增加，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需要有大流量做支撐，資用壓力也會(huì)提升。電機(jī)的軸功率提供流量與揚(yáng)程，故而經(jīng)由變頻調(diào)整以后的供熱耗電量分布也遵照正態(tài)曲線的走勢(shì)規(guī)律，但由于于供熱早期可能存在著跑冒滴漏、用戶存氣及初調(diào)節(jié)等因素，可能會(huì)在一小段時(shí)間內(nèi)耗電量會(huì)分布在正態(tài)曲線外側(cè)。

（2）平衡調(diào)節(jié)和變頻調(diào)節(jié)相互配合，變頻調(diào)節(jié)過程并不是孤立存在的，一定要和供熱系統(tǒng)的水利項(xiàng)目平衡、熱工平衡調(diào)節(jié)相整合。若生產(chǎn)實(shí)踐中檢測(cè)到變頻器頻率有跌落趨勢(shì)，循環(huán)泵電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度下降，軸功率、循環(huán)泵出力、流量以及揚(yáng)程指標(biāo)均同步降低，那么既往依賴大流量運(yùn)作狀態(tài)掩飾的問題很可能會(huì)一一浮出水面，此時(shí)需要調(diào)節(jié)供熱系統(tǒng)的水力以及熱工平衡?；谄胶庹{(diào)節(jié)使系統(tǒng)內(nèi)短循環(huán)與過熱部分實(shí)現(xiàn)熱工平衡，借此方式提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

（3）基礎(chǔ)的調(diào)節(jié)方法。首先，在現(xiàn)實(shí)操作過程，相關(guān)人員要明確循環(huán)泵的特性參數(shù)與頻率兩者的關(guān)系，水泵流量和頻率之間存在正比例關(guān)系，揚(yáng)程與頻率平方成正比。其次，要明確水平運(yùn)行頻率降低對(duì)流量、揚(yáng)程即電機(jī)功率各自形成的影響。常規(guī)做法是應(yīng)用系統(tǒng)最不利環(huán)路設(shè)定系統(tǒng)所需的揚(yáng)程值，其它環(huán)路基于調(diào)節(jié)閥門的過程與其形成平衡關(guān)系。最后，在生產(chǎn)實(shí)踐中，會(huì)經(jīng)常觀察到很多處于運(yùn)行狀態(tài)下的系統(tǒng)內(nèi)全部閥門處于極度調(diào)節(jié)狀態(tài)，這是導(dǎo)致循環(huán)泵提供的很多揚(yáng)程在調(diào)節(jié)設(shè)備上被消除的主要原因之一，最后會(huì)浪費(fèi)掉大量的電能資源。在現(xiàn)實(shí)調(diào)整操作中，應(yīng)給予二級(jí)網(wǎng)流量、溫差以及壓差等參數(shù)較高重視，需要參照熱指標(biāo)及室外實(shí)測(cè)溫度進(jìn)行微調(diào)節(jié)。

（4）電動(dòng)機(jī)自然功率因數(shù)和電損耗大小之間關(guān)系。從宏觀層面上，可以將電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)分為自然、總功率因數(shù)2種類型。若電動(dòng)機(jī)能處于最適宜負(fù)載率狀態(tài)下運(yùn)作，那么其運(yùn)行效率能抵達(dá)峰值，此時(shí)自然功率因數(shù)最大。在調(diào)節(jié)變頻器過程中，要力求電動(dòng)機(jī)能夠在差異化的供熱指標(biāo)下維持最佳負(fù)載狀態(tài)。伴隨電動(dòng)機(jī)自然功率因數(shù)的提升過程，驅(qū)動(dòng)了電功率的無用功轉(zhuǎn)型為有用功的過程，便能較順利的降低壓網(wǎng)絡(luò)中輸送的無功負(fù)荷，進(jìn)而減少電能資源的損耗量。

（5）耗電輸熱比的約束。當(dāng)下，業(yè)內(nèi)很多人員會(huì)采用耗電輸熱比去權(quán)衡、判斷熱網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)效率的高低。其代表的是系統(tǒng)輸送熱能階段耗損電能的比率，系統(tǒng)的運(yùn)行半徑對(duì)該項(xiàng)指標(biāo)大小起到?jīng)Q定性作用。這也就意味著，當(dāng)建成某個(gè)供熱系統(tǒng)項(xiàng)目時(shí)，該系統(tǒng)的運(yùn)行半徑就已明確化，耗電輸熱比區(qū)間隨之被設(shè)定，我們通過調(diào)節(jié)變頻器去實(shí)現(xiàn)節(jié)約電能資源的限度也被確定，無限的降低循環(huán)泵的運(yùn)行頻率是不可能實(shí)現(xiàn)的。

3 變頻器調(diào)速及停機(jī)時(shí)注意事項(xiàng)

3.1 調(diào)速

在生產(chǎn)實(shí)踐中，調(diào)整循環(huán)水泵的運(yùn)行頻率時(shí)，變頻器作出響應(yīng)需要?dú)v經(jīng)一個(gè)過程，即循環(huán)泵現(xiàn)實(shí)運(yùn)行頻率抵達(dá)設(shè)定頻率需要?dú)v經(jīng)一個(gè)過程。若檢測(cè)到水泵現(xiàn)實(shí)運(yùn)行頻率未抵達(dá)頻率時(shí);或者負(fù)載無法符合現(xiàn)實(shí)正常生產(chǎn)需求時(shí)，一定要以冷靜的態(tài)度面對(duì)，不要急于在水泵狀態(tài)沒有穩(wěn)定時(shí)大范圍的頻率的給定值，規(guī)避形成超調(diào)現(xiàn)象。

3.2 停機(jī)

（1）若循環(huán)水泵處于變頻調(diào)速狀態(tài)下運(yùn)作，則要對(duì)水泵做停機(jī)處理，一定要將停機(jī)指令先發(fā)送給變頻器，嚴(yán)禁出現(xiàn)直接斷離斷6 kV小車開關(guān)的操作行為。若在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下斷離6 kV小車開關(guān)，那么就會(huì)依照電源故障處理變頻器，對(duì)電機(jī)裝置正常運(yùn)行過程形成不良影響。

（2）當(dāng)有停機(jī)指令被傳送給變頻器，進(jìn)而使水泵正常停運(yùn)以后，若后續(xù)需持續(xù)運(yùn)行變頻器，則無需分?jǐn)? kV小車開關(guān);弱沒有繼續(xù)變頻器的需求，那么當(dāng)觀察到運(yùn)行頻率抵達(dá)“0 Hz”位以后，則可以直接斷離6 kV小車開關(guān)。

（3）循環(huán)泵泵變頻調(diào)速常態(tài)運(yùn)行下有正常停機(jī)的需求時(shí)，直接將停機(jī)指令傳達(dá)給變頻器就可以，不必事前降低電機(jī)的運(yùn)行頻率。

（4）正常停機(jī)的順序可以做出如下表述：明確生產(chǎn)要求停機(jī)→停運(yùn)變頻器→停6 kV小車開關(guān)。

（5）在工頻旁路工況下，若要想使電機(jī)停機(jī)制動(dòng)，直接斷離6 kV小車開關(guān)就可以。

4 設(shè)計(jì)變頻節(jié)電系統(tǒng)的自控方案

為實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)泵運(yùn)行階段電能消耗量的有效控制，不僅需要調(diào)整水泵裝置自身的運(yùn)行頻率，進(jìn)而更好的適應(yīng)不同時(shí)間段的運(yùn)行工況，還需要科學(xué)調(diào)整供熱系統(tǒng)的供水溫度值。圖1是控制方案圖示，通過對(duì)循環(huán)水泵的運(yùn)行頻次作出科學(xué)調(diào)度，能夠較順利的實(shí)現(xiàn)循環(huán)水泵的變流量。與此同時(shí)，結(jié)合室外環(huán)境溫度的改變狀況，快速、精確的調(diào)度熱遠(yuǎn)處供熱介質(zhì)的出口溫度值。

5 變頻節(jié)點(diǎn)改造實(shí)例

在間接式集中供熱階段，利用分階段調(diào)整變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)控制法去改造二次循環(huán)系統(tǒng)，將智能控制器設(shè)定為整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)控核心，采集并解讀始源于電動(dòng)機(jī)、變頻器、傳感器即系統(tǒng)邊界條件的各種數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)化的歲電動(dòng)機(jī)、變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)作出微調(diào)整，等同于結(jié)合二次供水測(cè)算出的溫差之及回水溫度區(qū)間下限值調(diào)控?fù)Q熱站循環(huán)泵的流量。利用變頻技術(shù)調(diào)控循環(huán)泵電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，能間接的控制其輸出流量值，在符合現(xiàn)實(shí)供暖負(fù)荷要求的基礎(chǔ)上，明顯降低了循環(huán)水泵自體的耗電量，使電動(dòng)機(jī)在熱負(fù)荷指標(biāo)改變的全過程將能耗量降至最低水平，并且還能間接式的減少熱能的耗損量，取得了較好的節(jié)能成績(jī)。

使用變頻器階段還能利用自身轉(zhuǎn)速及基于PLC控制泵的運(yùn)轉(zhuǎn)邏輯去提升系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低電動(dòng)機(jī)的無功損耗量，同步提高供電效率與質(zhì)量。為了取得最佳的循環(huán)泵組運(yùn)行效率，本課題研究中選用>2臺(tái)同揚(yáng)程的循環(huán)泵并聯(lián)運(yùn)行狀態(tài)下的泵組為研究對(duì)象，利用數(shù)目等同的變頻器（ABBACS510）設(shè)備進(jìn)行同頻率驅(qū)動(dòng)。

某換熱站二次高、低區(qū)域循環(huán)泵變頻改造前后的節(jié)能檢測(cè)情況見表1。

對(duì)表1內(nèi)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)換熱站經(jīng)改造以后，現(xiàn)實(shí)節(jié)能率達(dá)到了10%，系統(tǒng)的功率因數(shù)由改造前的0.750提升至0.993，降低了電動(dòng)機(jī)的無功損耗，進(jìn)而提升了供電活動(dòng)效率，優(yōu)化供電質(zhì)量。

6 結(jié)束語

綜合本文論述的內(nèi)容，在閉環(huán)控制系統(tǒng)內(nèi)，結(jié)合廣大熱用戶對(duì)熱能供應(yīng)的現(xiàn)實(shí)需求，利用變頻循環(huán)泵自控調(diào)整循環(huán)系統(tǒng)的流量，能明顯降低其無功損耗量，一方面使熱用戶的用熱量與舒適度得到保障，另一方面也協(xié)助供熱單位實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，能夠創(chuàng)造出較高的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

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