談自動化控制系統在集中供熱中的應用

劉 琪

(太原市熱力公司，山西 太原 030001)

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談自動化控制系統在集中供熱中的應用

劉 琪

(太原市熱力公司，山西 太原 030001)

分析了城市熱網調節中存在的問題，從熱力站、調度室、能源管理等方面，闡述了自控系統在集中供熱中的應用，并針對自控系統在應用中的局限性，提出了合理化應用自控系統的建議。

集中供熱，自控系統，熱力管網，調度室

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，老舊供熱系統熱利用率低，熱網平衡調節難度大、運行穩定性差，供熱能力極為有限，單一的人工調控技術成為制約集中供熱發展的瓶頸。隨著科學技術的不斷發展，自動控制技術被逐步、廣泛應用于集中供熱領域，使得熱網系統的調節控制更加快速、準確、可靠。

1 城市熱網調節的狀況和問題

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，其動態特性隨著運行工況的變化而大幅度變化，且各個環節的動態特性差異很大。由于供熱系統本身具有連續性、滯后性、非線性和不確定性等特性，故難以建立精確的數學模型，使傳統控制理論的應用受到極大限制。

1)供熱管線長、設備多，整體調控難度大。集中供熱系統雖在工程設計階段已進行水力平衡設計，但是工程本身的施工質量、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。加之供熱系統本身熱惰性大，屬于滯后系統，對其參數調節時，流量調節閥不宜連續快速調節，避免產生大幅震蕩，使調節參數出現上下反復波動的現象。尤其供暖初期，熱源輸出不穩定、熱用戶分布不均衡等問題給管網系統帶來極大考驗，因此僅利用單一的人工調控方式，無法實現全網平衡調節一步到位的精準調控。

2)供熱區域覆蓋面廣，熱用戶眾多，室內溫度調節難掌控。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，室內溫度需做相應的調節，就要求供熱的參數也需要跟隨其變化。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溫度和其變化規律，加之人員素質及對熱網調控經驗參差不齊，僅依賴運行員對所屬供熱區域實行流量溫度操控時，熱用戶的用熱需求往往處于一種被動的狀態。根據資料顯示，熱力站近端供熱區域會出現熱量超標情況，而熱力站末端供熱區域則往往會出現熱量供給不足，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 自控系統在集中供熱中的應用

時至今日，我公司已歷經23個采暖期的歷練與發展，共管轄一次供熱管網近1 000 km，所屬熱力站1 310余座，總體供熱面積突破1.3億 m2，占到全市主城區可供面積的70%以上。自動控制技術應用于相關系統的控制與支配，運用現代遠程傳輸技術，解決了熱源及各換熱站運行參數的遠程傳輸采集；利用中央控制技術，實現中控室集中調控各熱力站運行參數。為供熱穩定性提供強有力的保障，使得供熱質量和熱源高效運行得到整體統一。

2.1 自控系統在熱力站中的應用

針對集中供熱工程中熱網分布不均勻、隨機性強等特點，為了進一步提高供熱效益，我公司采用專為應用于熱源、熱力站供熱參數遠程傳輸監控的具有高度專業化、集成化、靈活性和擴展性的新一代自動化控制系統。通過該系統應用，可及時掌握熱源參數及熱力管網供回水的準確數據，如流量、熱量、溫度、壓力、閥門開度等，以光纖傳輸的形式，將數據遠程傳送至中控室，為熱網整體調節和平穩運行提供有力數據支持，使供熱管網運行更加安全、平穩。同時又有效分配了能源，使之被更合理的利用和調配，從而提高了熱效率，避免了能源浪費。

2.2 自控系統在調度室的應用

供熱調度自動化系統是在中控室內建立一個供熱運行遠程監控信息發布平臺，在站內自動采集系統完善的基礎上，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、數據遠程傳輸至該信息發布平臺，對熱源、熱網及各熱力站的運行狀態、運行參數進行全方位、就地的自動監視、協調、調節和全網平衡控制，保證熱網系統的供熱質量和安全，為供熱管網的宏觀調控和科學的精細化管理提供決策依據。

2.3 自控系統在能源管理方面的應用

在全公司范圍內積極推廣全網自控能源管理系統，實現節能降耗。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，加大對一電熱網的全網平衡調節，以及實施能源精細化管理，熱網全網實現了自動控制調節。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極寒天氣的情況下，實現節熱率5.6%，熱單耗降至0.395 GJ/m2，節電率7.8%，電單耗降至1.658度/m2，節能降耗成績顯著。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，實現了降低生產成本和能耗，給企業帶來直接經濟效應的同時，為環境保護、節能減排做出貢獻。

3 自控系統應用的局限性

熱力網全面實行自動控制調節是保證熱網工況正常運行的基礎，但大規模安裝自控監測設備需要增加投資，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控系統本身存在一些技術缺陷。如有些系統投入運行初期，熱力站的終端頻繁出現軟件故障，源于有些系統前端檢測裝置抗干擾性差，經常出現機器死鎖現象。2)我國儀表檢測和執行建造不完全，質量控制也未達到標準要求。會出現各類儀表由于熱網水質及自身問題，安裝后出現電動閥自動鎖死、檢測數據偏差大等問題，使自動監測系統不能發揮作用。3)很多單位會使用自動監控系統，只是單純引進外來技術，簡單盲目學習使用。缺少根據自身需要出發的可行性論證，存在重復試驗和使用現象，出現問題最終仍依賴于系統開發者解決。4)我國城市集中供熱管理體制自身存在著問題，熱源管理與熱網管理脫節，使得工作人員難以對供熱系統整體展開全方面的調節改善。比較單調的熱源或熱網控制方法增加了供熱管網自動監控系統發展和完善的難度。

4 自控系統應用的合理化建議

1)加強生產調度中心的職能作用。供熱期間，根據室外溫度變化情況，生產調度中心應及時調整熱源廠供回水溫度，同時對所轄熱力站進行全網流量平衡調節，使熱量分配更加合理均衡，保證廠、網、站穩定、高效地運行，提高熱網輸送效率，保障熱用戶的優質供熱，降低供熱運行成本。2)大力推進無人值守熱力站改造實施。隨著城鎮集中供熱的快速發展，為提高供熱系統的技術管理水平，改善工作人員的人員留守問題，降低供熱運行成本。對具備相應條件的熱力站實施無人值守，相較傳統的熱力站管理模式，采用工業自控、計算機、通訊和視頻監控等先進技術，采取遠程監控管理系統對熱力站實施更科學、更規范的監控管理。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，準確分析研究熱網運行工況和調節供熱參數提供第一手資料。我公司大面積推廣為熱用戶安裝室內溫度檢測裝置，使室溫檢測更加快捷準確，并節省了大量的人力成本。4)結合各個熱網情況制定熱網運行方案和供熱應急預案等，有條不紊地組織好供熱運行。遇緊急情況，根據供熱設施故障的大小，啟動應急預案，最大限度地保障熱用戶的優質供熱。

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[3] 李思議,吳漢元.淺談自動化控制及綠色節能使用措施[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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