變頻器在換熱站中的應用

韓賓

摘 要 在我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的的指導下，各行各業(yè)節(jié)能減排已成為企業(yè)日常經營管理活動中十分重要的一項內容，而供熱企業(yè)換熱站是傳統(tǒng)的能源消耗大戶更需要通過技術更新不斷提高能源使用效率。變頻器是換熱站眾多機電設備中重要的電能控制裝置，通過變頻器的合理應用能夠有效提高換熱站運行穩(wěn)定的同時起到節(jié)能的作用。本文從變頻器在換熱站的具體應用入手，分析換熱站供暖系統(tǒng)結構及變頻器在其中的工作原理，并針對變頻器常見的幾種故障提出相應的處理方式，旨在為我國換熱站合理運用變頻器，實現節(jié)能減排提供機電指導。

關鍵詞 變頻器 換熱站 故障處理

中圖分類號：TN77 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）02-0056-02

當前能源供應壓力是我國經濟發(fā)展所不得不面對的重要問題，在能源供應壓力不斷緊張的情況下，供熱企業(yè)的能源消耗控制能力成為影響企業(yè)發(fā)展的重要因素。因此，對于供熱企業(yè)而言，在生產環(huán)節(jié)的各個方面都要重視節(jié)能技術的應用。實踐證明，在換熱站中合理應用變頻器能夠有效提高換熱站的系統(tǒng)節(jié)能性與運行穩(wěn)定性，對供熱企業(yè)的節(jié)能減排具備十分重要的意義。

1 變頻器在換熱站中的具體應用

1.1 供暖系統(tǒng)結構及變頻器工作原理

常見的換熱站機電設備主要由循環(huán)水泵、換熱器、除污器、熱工儀表、各類閥門等設備組成。其中，循環(huán)水泵是通過二次管網將循環(huán)水次管網組成。循環(huán)水泵通過二次管網將循環(huán)水輸送至換熱器，然后與其次管網中的循環(huán)水進行熱交換，從而達到提供熱能的目標。在完成供熱作業(yè)后的回水通過循環(huán)泵再輸送到換熱器進行熱交換，這一流程構成了換熱站的供暖循環(huán)系統(tǒng)。在這一作業(yè)過程中，如果出現了循環(huán)水的泄漏，那么換熱站的控制系統(tǒng)就會啟動自動補水系統(tǒng)，根據二次管網中的壓力變化情況進行補水作業(yè)，從而確保整個供熱系統(tǒng)的正常運行[1]。

在供熱站運行的整個循環(huán)過程中，都是通過循環(huán)泵的運轉實現熱交換的循環(huán)進行，實現供暖的穩(wěn)定持續(xù)，因此循環(huán)水泵是十分重要的一項設備。而在循環(huán)泵中，變頻器是重要的控制裝置，利用變頻器能夠實現對循環(huán)泵電機的合理控制，根據供熱循環(huán)的實際需要來調整電機轉速，這一方面能夠有效降低能耗，避免無用做功，另一方面也能夠有效延長電機的使用壽命，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。目前，變頻器已經在我國換熱站的供熱循環(huán)系統(tǒng)中得到了較為廣泛的應用，為供熱企業(yè)的節(jié)能減排發(fā)揮了重要的作用。

1.2 變頻器節(jié)能改造技術的應用

基于變頻器的運行原理，可以對現有換熱站的供熱循環(huán)系統(tǒng)進行相關的節(jié)能改造，改造工作主要是通過變頻器、溫度傳感器及PLC控制器來實現對循環(huán)泵轉速的自動調節(jié)，利用溫度傳感器實時監(jiān)控供熱系統(tǒng)的運行狀況，并將收集到的信息傳輸到PLC控制器，再由PLC控制進行邏輯判斷后下達指令給變頻器來調節(jié)循環(huán)泵的轉速。在設備改造過程中需要注意的是，為了降低改造成本及改造作業(yè)安全性，應當盡可能的保留原有系統(tǒng)的電控設備，不改變循環(huán)泵系統(tǒng)的運行回路，改造作業(yè)只需要增加控制電路即可，從而實現系統(tǒng)從工頻向變頻運行方式的切換。目前常見的供熱系統(tǒng)變頻器是ABBACS-400系列變頻器，這一系列的變頻器能夠具備變頻調速的功能，同時具有可編程控制模式，因此應用范圍比較大，同時設備的穩(wěn)定也比較強，能夠滿足換熱站循環(huán)水系統(tǒng)的改造需求。

完成改造后換熱系統(tǒng)就具備兩種工作模式，原用的工頻模式及變頻模式。換熱站工作人員可根據不同工作情況下進行切換，從而降低系統(tǒng)的能耗，并提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。在變頻模式中，工作人員可以通過手動控制的方式，設置系統(tǒng)運行的功率及頻率，從而對循環(huán)泵的電機輸出進行調節(jié)。此外，變頻模式下還有自動控制系統(tǒng)，這主要是通過PLC來進行控制，通過溫度傳感器，實現對供熱系統(tǒng)運行狀況的自動判斷，并根據預先設置好的編程系統(tǒng)來對變頻器下達指令，再由變頻器控制電機，達到供熱溫度的調節(jié)。而原本的工頻系統(tǒng)則是在變頻器出現故障問題時的應急措施，當變頻器或PLC控制系統(tǒng)出現故障時，工作人員可以將系統(tǒng)的運行模式調節(jié)回原有的工頻模式，從而確保系統(tǒng)能夠繼續(xù)穩(wěn)定運行，當設備完成維修后再切回變頻模式。

此外，還可在換熱站供熱系統(tǒng)中的補水系統(tǒng)應用變頻器，將自動補水方式與變頻器補水方式結合起來。在供熱系統(tǒng)工作正常的情況下，由自動調節(jié)閥進行作業(yè)，當系統(tǒng)出現泄漏失水超過設定的壓力范圍時，自動調節(jié)閥控制進行補水。而如果自動調節(jié)閥故障，或存在水源不足的情況時就可以啟動補水變頻器，對二次回水管網壓力進行跟蹤，并自動進行補水。在該模式下，補水變頻器采用PID調節(jié)方法，主要依靠壓力傳感器實現跟蹤控制。

2 變頻器故障診斷及處理方法分析

2.1 變頻器常見故障分析

在完成換熱站供熱系統(tǒng)的變頻器改造后，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，還應當做好變頻器的故障診斷及維修工作。目前，常見的變頻器故障主要有以下幾種：第一，電源故障。這一類型的故障問題是變頻器運行常見的故障問題具體可分兩種：一種是過電流，即變頻器超過了限定電流的運行狀態(tài)，但一般比短路產生時的瞬時電流要小很多，錯誤起動和負載轉矩過高是過電流產生的主要原因。另一種是短路，變頻器短路故障的形式較多，包括三相短路、兩相短路、一相接地短路等;第二種是變頻器內部故障。這一類型的故障種類則比較多，常見的有直流環(huán)節(jié)的短路、過壓、欠壓故障等，以及逆變環(huán)節(jié)的輸出過壓、欠壓故障、過電流故障、電流不平衡故障等。并且PLC控制系統(tǒng)在運行過程中也有可能出現故障問題。因此，針對變頻器內部的故障問題需要技術人員結合實際情況具體分析、具體處理[2];第三種故障類型是過負載。當電機的額定電流過高時就可能誘發(fā)過負載故障。在供熱系統(tǒng)的運行過程中，工作人員要對上述故障問題特別關注，故障出現時要及時處理維修，并總結故障原因，避免再次出現故障問題。實踐經驗表明，目前變頻器故障問題可以歸納為兩類型的原因：一種是外部原因，例如系統(tǒng)改造時參數設計不合理，工作人員操作不當。整體系統(tǒng)負荷過大等，變頻器作為一種精密儀器，在運行過程中一定要注意外界復雜環(huán)境的影響;另一種則是內部故障原因，當變頻器內部元件損壞，線路故障時都會導致變頻器無法正常工作。在實際情況中，檢修人員一定要結合故障發(fā)生的原因進行維修工作。

2.2 變頻器故障診斷流程

在變頻器故障診斷過程中，其首要任務是確定故障性質，找出故障發(fā)生原因及具體部位，從而為故障處理提供依據，實現快速檢修，及時恢復設備正常運行。變頻器的故障檢修可以分為主動檢修和自動檢修兩種。其中主動檢修方法包括短路檢修、狀態(tài)檢修和系統(tǒng)定期保養(yǎng)維護等。首先是短路檢修，變頻器系統(tǒng)短路故障的發(fā)生具有突發(fā)性和瞬時性，線路中的電流會在短時間內出現數倍的提升，進而導致設備的故障和線路的損毀，因而在日常維護中要加強對于短路保護狀態(tài)的檢查，確保短路故障發(fā)生時可以及時斷開電源。低壓斷路器和熔斷器是變頻器系統(tǒng)短路檢修的重點。在常規(guī)的三相供電系統(tǒng)中會設計相應的三相短路保護，對于容量不高的系統(tǒng)主電路，熔斷器也可以作為短路保護裝置，但是對于變頻器必須設置單獨的裝置進行短路保護。其次狀態(tài)檢修，也就是系統(tǒng)運行過程中采取的檢修策略，狀態(tài)檢修相較于事后檢修而言可以將故障隱患扼殺在搖籃中，對變頻器運行的故障隱患進行有效的排查處理。不同的供熱系統(tǒng)所采取的檢修方法和檢修的周期也會有所差異，技術人員可以根據設備的運行表現進行狀態(tài)檢修方案的設計和執(zhí)行，從而實現對系統(tǒng)故障更加準確的預測。狀態(tài)檢修通過防范故障在一定程度上可以降低供熱系統(tǒng)運行的維護成本。最后則是系統(tǒng)運行中的日常檢修保養(yǎng)，包括潤滑油添加、設備吹灰以及零部件定期檢驗更換等。

自動檢修是未來換熱站設備故障診斷技術的發(fā)展趨勢，自動檢修以電氣控制系統(tǒng)自動化為基礎，借助先進的設備管理系統(tǒng)可以實現對運行狀態(tài)的實時動態(tài)化監(jiān)控，監(jiān)視系統(tǒng)還可以生成具有聲音和影像的系統(tǒng)日志。目前，部分變頻器已經具備運行監(jiān)測和故障預警定位功能。在正常運行狀態(tài)下系統(tǒng)會自動記錄運行數據信息，當電源、其他設備參數異?；蛘呤沁\行中斷時，自檢系統(tǒng)會進行全方位的掃描，對安全隱患和系統(tǒng)故障進行排查和基本的處理，當自檢系統(tǒng)無法徹底解決故障時會將故障信息傳輸至中央系統(tǒng)，維修人員可以根據系統(tǒng)日志的記錄及故障的表現進行分析，從而提高維修人員進行設備維修的效率[3]。計算機控制技術是自動檢修得以實現的技術前提，但是目前計算機控制仍然存在較大的提升空間，技術人員要加快計算機控制軟件的更新和完善，結合變頻器的運行特點進行針對性的軟件程序編寫，從而實現故障發(fā)生時的自動保護啟動。

3 結語

在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略指導下，供熱企業(yè)應當積極利用各種技術手段實現生產環(huán)節(jié)的節(jié)能優(yōu)化。實踐證明，通過在換熱站控制系統(tǒng)中應用變頻器能夠有效實現系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性并實現節(jié)能。變頻器的應用能夠有效調節(jié)換熱站循環(huán)泵系統(tǒng)的電機輸出狀態(tài)，根據實際運行過程中非負荷來決定電機的輸出功率，從而降低不必要的能源消耗。因此，換熱站應當結合自身的設備情況，合理選擇變頻器，并在設備運行過程中合理采用科學的故障診斷和處理方法，從而提高變頻器設備運行的穩(wěn)定程度，充分發(fā)揮變頻器在換熱站日常作業(yè)中的重要作用，提升換熱站設備運行的節(jié)能效率。

參考文獻：

[1] 高長松.電力系統(tǒng)變頻器典型故障分析及處理[J].設備管理與維修，2018（09）：67-68.

[2] 項陽.變頻器結合PLC在換熱站的應用[J].民營科技，2014（08）：34.

[3] 邱晨.變頻器在換熱站的應用及故障處理研究[J].化工管理，2018（08）：56-57.