變頻器在換熱站供熱系統中的閉環控制作用

魏 萍 彭 瑩 鄧 震

(濟寧市東郊熱電廠，山東 濟寧272200)

0 引言

隨著變頻器的推廣應用，其在集中供熱行業中也越來越被廣泛的用于換熱站供熱系統。如補水泵、循環水泵變頻控制等，其中補水泵變頻控制應用較多。變頻調速屬于無轉差損耗的高效調速方法，功率因數能達到90%以上，利用變頻器不僅可以直接控制電機轉速，而且在變頻的同時，電源電壓也可以依據負載大小相應調節，利用變頻器調節轉速來實現對水泵流量、壓力的調節，使供熱系統運行更加穩定，操作更為方便、靈活，節能效果明顯。同時減少了供熱系統中閥門、管件、換熱器、水泵等設備的維修量，設備使用壽命延長，其綜合效益十分顯著。

1 換熱站補水泵的閉環控制系統

為了保證站內及其管網的運行水壓恒定，由補水泵及時補充因流失、泄漏等原因造成的水量損失。在系統補水過程中，換熱站內循環熱水回水管上的壓力變送器或遠傳壓力表，監測系統回水壓力。該信號傳送到PI調節器，經與設定值比較后，其差值模擬量送入控制補水泵的變頻器，來調節補水泵電機的轉速。同時也調節了補水泵的補水流量和壓力，以保證整個供回水系統內的水壓恒定。

補水定壓控制點的位置選擇及設定值大小：

定壓控制點的選擇，一般有兩種方式。一是，選在循環水泵入口處，在循環泵的入口處加裝壓力傳感器或遠傳壓力表，通過壓力傳感器或遠傳壓力表與變頻器的聯動調節來確定系統恒壓點的確切位置；二是，選在最不利環路用戶的供水入口處。

（1）定壓控制點選在循環水泵入口處，其設定值H0為：

式中：H0為系統靜壓Kpa；

Hj為整個系統最高建筑物（或最高供熱管）高度Kpa；

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

Hg相應水溫的汽化壓力，Kpa；

20～30 為安全裕量，Kpa。

（2）壓力控制點選在最不利環路用戶的供水入口處，其設定值Pn為：

Po：熱源恒壓點的壓力值；

ΔPr：在設計工況下，從n用戶到熱源恒壓點的回水干管壓降；

Δpy：n用戶的資用壓頭。

在壓力控制點的選擇方式中，選在最遠用戶供水入口處利于節能，而選在循環水泵入口處便于調節。

2 換熱站循環水泵的閉環控制作用

在機械循環熱水采暖系統中，循環水泵是系統的核心設備，同時又是耗電量較大的設備，合理的選型既能保證系統的正常運行，也降低能耗。在換熱站采暖系統中，循環水泵的功率較大，利用變頻器調節其轉速的節電潛力應比變頻補水定壓大得多，但是投資比較大。近期設計的幾個換熱站都是利用變頻器調節循環水泵的。如市區新世紀花園換熱站等，雖然建設投資比較大，但是節電效果比較明顯。在設計的換熱站中，循環泵一般是一用一備或兩用一備，設計中常采用一臺變頻器控制多臺循環水泵的運行，其中一臺循環水泵變頻運行，其它循環泵工頻運行。利用變頻器調節循環水泵，可以由定流量轉為變流量運行。

在循環水系統中，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之間的關系為：

而水泵作功的功率為：

因為Q∝n，所以水泵的功率P與其轉速n的平方成正比。即：

通過理論分析和實際測定可以得出變頻器控制水泵運行的優點如下：

（1）改善外網運行工況，節能降耗：循環水泵實現變流量調節后，整個采暖期與定流量系統相比至少節電30%-50%，節能效果十分顯著。

（2）變頻調速使電動機、水泵經常低于工頻狀態下運行，減輕機械磨損，降低噪音。

（3）電動機直接啟動時，啟動電流為額定電流的4-6倍，而變頻調速后啟動電流是額定電流的1/4，改善了電動機的啟動性能，減少了啟動電流對電氣設備的沖擊，延長了設備的使用壽命。

（4）供熱系統運行穩定，調節靈活，供熱效果較好。

3 結束語

綜上所述，從現場實際運行效果來看，在換熱站中采用變頻器控制補水泵、循環泵，即采用變頻調速技術，不僅解決了設備“大馬拉小車”的問題，節能效果比開環運行有較明顯提高。還能配合自力式平衡閥綜合治理變流量系統水力失調，更適應在分戶計量控制系統運行。延長供熱系統中設備使用壽命，維修工作量減小。變頻器質量和應用技術已十分成熟，今后將會得到更為廣闊的發展和應用。

［1］熱水采暖設計手冊[S].山東建筑設計院，山東建筑學會暖通空調專業委員會.

［2］電氣時代[J].2005(1).