變頻調(diào)速技術(shù)在供暖系統(tǒng)中的應(yīng)用

王保濤

（中國石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司第一機(jī)械廠，河北滄州 062650）

0 引言

變頻調(diào)速技術(shù)主要是利用電子自動(dòng)控制和電機(jī)運(yùn)行的高新技術(shù)，具有高效的調(diào)速性能，節(jié)能效果顯著，可適用于各行各業(yè)。變頻調(diào)速技術(shù)是電氣傳動(dòng)重要的發(fā)展方向，能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

供暖系統(tǒng)的控制程序較為復(fù)雜，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中不能較好控制設(shè)備。當(dāng)鍋爐效率變化時(shí)，電能基本不會(huì)出現(xiàn)任何變化，導(dǎo)致大量電能浪費(fèi)。利用變頻調(diào)速技術(shù)可以有效控制電能消耗，提高供暖效率，節(jié)省電能。

1 傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)存在的問題

供暖系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常出現(xiàn)供熱不均勻的現(xiàn)象，主要原因是傳統(tǒng)的供熱系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足各行各業(yè)對(duì)溫度的需求。

目前，我國供暖系統(tǒng)是對(duì)低溫介質(zhì)進(jìn)行加熱，將低溫介質(zhì)變?yōu)楦邷亟橘|(zhì)。通常情況下采用高溫水以及蒸汽的形式，然后利用管道將高溫介質(zhì)輸送至各用戶，利用散熱設(shè)備釋放熱量，達(dá)到取暖目的。高溫介質(zhì)在輸送過程中又變成低溫介質(zhì)，再通過管道返回至加熱源，介質(zhì)重復(fù)使用，達(dá)到室內(nèi)溫度需求。

傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)使用壽命短，故障率較高，溫度調(diào)節(jié)能力較低。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到供暖系統(tǒng)，可以有效提高供暖系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。變頻調(diào)速技術(shù)可操作性較高，維護(hù)程序較簡單，可以有效提高供暖系統(tǒng)的實(shí)用性。

2 變頻調(diào)速裝置的應(yīng)用選擇

（1）使用智能化和網(wǎng)絡(luò)化的科技技術(shù)已經(jīng)成為發(fā)展趨勢。由于現(xiàn)有供暖系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)方式已經(jīng)無法滿足當(dāng)前需求，需要及時(shí)更新變頻設(shè)備。傳統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)利用關(guān)閉閥門等方式，雖然能夠確保所需基本溫度，但是在使用過程中浪費(fèi)大量燃料。

（2）原有供暖系統(tǒng)在選擇機(jī)型上不合理，或者供暖系統(tǒng)原有供熱面積出現(xiàn)變化，導(dǎo)致水泵運(yùn)作壓力和流量超過設(shè)定工況，引起水泵電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，加快對(duì)電能的消耗。

總體講，當(dāng)工業(yè)生產(chǎn)以及人們?nèi)粘Ｉ畹臏囟刃枨笙陆禃r(shí)，水泵調(diào)節(jié)閥門會(huì)出現(xiàn)變化。受溫度影響，在實(shí)際應(yīng)用過程中水泵和管路特性曲線經(jīng)常出現(xiàn)差異性，若不能及時(shí)處理水泵調(diào)節(jié)閥門就會(huì)出現(xiàn)變化，從而引起電機(jī)故障，增加維修成本或?qū)е滤秒姍C(jī)損壞。為確保水泵電機(jī)正常運(yùn)行，目前采用閥門節(jié)流方式：對(duì)溫度需求下降時(shí)關(guān)閉部分閥門；對(duì)溫度需求上升時(shí)開啟部分閥門。該方式主要有兩個(gè)不足：一是有部分能源會(huì)作用于閥門關(guān)閉上，不夠節(jié)能；二是對(duì)閥門的控制不科學(xué)、不合理。

當(dāng)選擇水泵大流量狀態(tài)時(shí)，會(huì)加劇水泵電能消耗，如果沒有采取相應(yīng)節(jié)流措施，會(huì)嚴(yán)重影響供暖系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。如果采用閥門節(jié)流方式，也會(huì)造成閥門部位的能源浪費(fèi)。如果閥門一直處于工作狀態(tài)，會(huì)嚴(yán)重影響閥門的應(yīng)力疲勞，導(dǎo)致閥門過早損壞，嚴(yán)重影響水泵正常運(yùn)行，甚至導(dǎo)致水泵損壞。

（3）在建設(shè)供暖系統(tǒng)過程中，如果供暖面積加大，水泵流量也會(huì)隨之增加。如果一期造成水泵超負(fù)荷運(yùn)行，那么在二期完成之后就必須更換水泵。從一期到二期這段時(shí)間內(nèi)會(huì)浪費(fèi)很多能量，影響供暖系統(tǒng)正常運(yùn)行。

3 變頻器在補(bǔ)水系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 原有補(bǔ)水系統(tǒng)存在的問題

補(bǔ)水系統(tǒng)在供暖系統(tǒng)中起到自動(dòng)補(bǔ)水、補(bǔ)壓的作用，是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。供暖系統(tǒng)長期工作會(huì)受到很多因素影響，造成管線老化、腐蝕等，失水時(shí)如果補(bǔ)水系統(tǒng)不能夠及時(shí)啟動(dòng)，就會(huì)造成因壓力過低供暖系統(tǒng)停止運(yùn)行。另外，補(bǔ)水裝置的電壓系統(tǒng)由電接點(diǎn)壓力表進(jìn)行控制，補(bǔ)水系統(tǒng)壓力值在電接點(diǎn)壓力表最高值和最小值的范圍內(nèi)進(jìn)行不斷切換，造成供暖系統(tǒng)壓力不能穩(wěn)定運(yùn)行，導(dǎo)致運(yùn)輸管道薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)爆管，增加資金投入和維護(hù)成本?？梢?，補(bǔ)水系統(tǒng)可以直接決定供暖系統(tǒng)的質(zhì)量、成本以及維護(hù)投入。

3.2 采用變頻器補(bǔ)水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）采用變頻器可以有效避免補(bǔ)水泵的頻繁啟動(dòng)，減少管網(wǎng)壓力忽高忽低的現(xiàn)象。

（2）利用變頻器調(diào)速可以確保供暖系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，減小系統(tǒng)中各類設(shè)備所受到的沖擊力，降低設(shè)備泄漏的發(fā)生率和管道的爆管概率。

（3）采用變頻器調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。與傳統(tǒng)的水泵調(diào)速相比，由于補(bǔ)水泵啟動(dòng)較為頻繁，不僅會(huì)影響補(bǔ)水泵的使用時(shí)間，而且還會(huì)消耗更多電能。補(bǔ)水泵啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)電流要高于額定電流，從而增加補(bǔ)水泵的電能消耗。采用變頻器調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)零電耗啟動(dòng)，能夠有效減少補(bǔ)水泵的啟動(dòng)頻率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

4 鍋爐風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用

（1）鼓風(fēng)機(jī)在一定轉(zhuǎn)速和介質(zhì)密度下，可以確定風(fēng)壓功率與風(fēng)量之間的關(guān)系。供暖系統(tǒng)中煙道、風(fēng)道的特性是指所受到的阻力與風(fēng)量之間的關(guān)系。這說明，當(dāng)風(fēng)量增加時(shí)，煙道、風(fēng)道中的阻力也會(huì)加大，必須采取合理措施平衡處理。利用變頻調(diào)速技術(shù)可以有效控制用煤量和風(fēng)量之間的比例，根據(jù)煙氣中的含氧量確定鍋爐的送風(fēng)量，合理控制鍋爐燃燒，提高鍋爐經(jīng)濟(jì)效益。

（2）變頻器調(diào)速可以有效控制爐內(nèi)的工作壓力。在調(diào)節(jié)過程中，需要以鼓風(fēng)量作為校對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，因此變頻器調(diào)速能夠?qū)σL(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)依靠變頻器進(jìn)行調(diào)速時(shí)，利用風(fēng)量系數(shù)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果鍋爐所需風(fēng)量減小，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速就會(huì)有所降低，達(dá)到節(jié)電效果。

5 供暖系統(tǒng)變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)

（1）工作效率較高。變頻調(diào)速可以有效調(diào)節(jié)電機(jī)頻率，確保電機(jī)根據(jù)頻率同步運(yùn)行。在確保電機(jī)轉(zhuǎn)速情況下，不會(huì)增加電能消耗，因此變頻器調(diào)速在供暖系統(tǒng)中的應(yīng)用較為廣泛。

（2）工作范圍較大。變頻器調(diào)速范圍在1%～100%，擁有較高調(diào)速效率，能夠有效解決供暖系統(tǒng)中設(shè)備的超負(fù)荷運(yùn)行問題。

（3）變頻器啟動(dòng)電流較小。設(shè)備在變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)電流較小，能夠有效確保設(shè)備啟動(dòng)安全，延長設(shè)備運(yùn)行時(shí)間。

（4）應(yīng)用方便。利用變頻器調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的調(diào)速改造。

6 變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)

（1）過電壓保護(hù)。變頻器調(diào)速能夠自動(dòng)控制輸出電壓，當(dāng)輸出電壓超過平常電壓時(shí)，能夠自動(dòng)控制設(shè)備運(yùn)行，確保供暖設(shè)備不會(huì)受到過電壓沖擊。實(shí)現(xiàn)對(duì)供暖設(shè)備的保護(hù)作用，有效節(jié)能。

（2）欠電壓保護(hù)。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行電壓低于正常電壓時(shí)，變頻器能夠自動(dòng)控制設(shè)備運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備保護(hù)。

（3）過電流保護(hù)。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行電流超過額定電流時(shí)，變頻器能夠自動(dòng)控制設(shè)備運(yùn)行，確保設(shè)備安全。

（4）缺相保護(hù)。變頻器在運(yùn)行過程中可以自動(dòng)檢測輸出電壓，當(dāng)檢測出輸出電壓缺相時(shí)，變頻器發(fā)出警報(bào)，及時(shí)停止設(shè)備運(yùn)行，確保設(shè)備安全。

（5）負(fù)荷保護(hù)。變頻器能夠自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行電流，當(dāng)設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)變頻器能夠自動(dòng)控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，保護(hù)設(shè)備。

（6）接地保護(hù)。在安裝變頻器過程中設(shè)置專門的接地保護(hù)電路，主要由接地保護(hù)互感器和繼電器構(gòu)成。當(dāng)電流線路發(fā)生接地時(shí)，會(huì)觸發(fā)變頻器自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，確保設(shè)備正常運(yùn)行。