換熱站變頻恒壓補(bǔ)水的研究與未來(lái)發(fā)展探析

李松天

摘 要 此論文根據(jù)冬季換熱站回水壓力變化時(shí)，回水系統(tǒng)的補(bǔ)水要求設(shè)計(jì)一套基于變頻調(diào)節(jié)恒壓補(bǔ)水系統(tǒng)，變頻恒壓補(bǔ)水系統(tǒng)由補(bǔ)水箱、變頻控制柜、電接點(diǎn)遠(yuǎn)傳壓力表、水泵電機(jī)（一用一備）等組成。該變頻補(bǔ)水系統(tǒng)利用變頻器對(duì)兩臺(tái)水泵電機(jī)進(jìn)行手/自動(dòng)控制，電接點(diǎn)遠(yuǎn)傳壓力表把回水的壓力信號(hào)采集后并輸入變頻器進(jìn)行PID處理，得到的輸出信號(hào)控制水泵電機(jī)的運(yùn)行頻率，最終實(shí)現(xiàn)恒壓補(bǔ)水的目的。

關(guān)鍵詞 變頻器;換熱站;恒壓補(bǔ)水

前言

隨著冬季的來(lái)臨，供暖季也隨之到來(lái)，供熱公司也開(kāi)始了供熱前的檢修和試運(yùn)行工作。而在供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中，回水壓力的變化又對(duì)系統(tǒng)管網(wǎng)的穩(wěn)定性起到至關(guān)重要的作用，管網(wǎng)的壓力波動(dòng)大不利于系統(tǒng)的安全運(yùn)行，而且浪費(fèi)能源。這時(shí)利用變頻器和壓力檢測(cè)反饋裝置對(duì)換熱站回水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制就大大提高了系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。

1用變頻器實(shí)現(xiàn)換熱站恒壓補(bǔ)水的主要特點(diǎn)：

1.1 節(jié)能降耗

應(yīng)用變頻器的自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)了換熱站回水系統(tǒng)的智能調(diào)控，對(duì)電壓、頻率的控制降低了用電成本。對(duì)水泵轉(zhuǎn)速控制使補(bǔ)水流量值得到精確控制，降低了能耗。

1.2 安全穩(wěn)定

變頻器的使用使回水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)平衡，換熱站管網(wǎng)系統(tǒng)回水壓力達(dá)到恒定壓力值。

1.3 智能控制

用變頻器恒壓補(bǔ)水時(shí)，可以按水壓上下限值調(diào)整變頻器參數(shù)維持水壓恒定，實(shí)際應(yīng)用中，變頻器會(huì)根據(jù)回水壓力的變化進(jìn)行PID調(diào)節(jié)輸出信號(hào)控制水泵電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率[1]。

2換熱站恒壓補(bǔ)水系統(tǒng)組成簡(jiǎn)介

2.1 設(shè)計(jì)思想及方案確定

圍繞換熱站回水壓力的控制我選出了兩套方案：

（1）利用電接點(diǎn)遠(yuǎn)傳壓力表、變頻器、水泵電機(jī)組成閉環(huán)控制。

（2）利用壓力變送器、變頻器、水泵電機(jī)組成閉環(huán)控制。

這兩套方案的不同在于壓力傳感器的選擇，通過(guò)成本以及使用要求的比較最終選擇遠(yuǎn)傳壓力表作為本篇論文的方案。

2.2 變頻恒壓補(bǔ)水組成

換熱站變頻器恒壓補(bǔ)水的構(gòu)成：補(bǔ)水箱、變頻控制柜、電接點(diǎn)遠(yuǎn)傳壓力表、壓力傳感器、水泵電機(jī)（一用一備）等組成。變頻控制柜由電流互感器、電壓表、電流表、運(yùn)行指示燈、主電路斷路器、電磁繼電器、變頻器、交流接觸器、端子排等組成。

2.3 換熱站變頻補(bǔ)水系統(tǒng)分析

該恒壓變頻補(bǔ)水系統(tǒng)由循環(huán)水泵電機(jī)、變頻器、遠(yuǎn)傳壓力表、補(bǔ)水箱、排水井等組成。回水系統(tǒng)管網(wǎng)上的遠(yuǎn)傳壓力表3將回水壓力信號(hào)采集并輸入變頻控制柜1中的變頻器，變頻器對(duì)信號(hào)進(jìn)行PID處理，通過(guò)輸出信號(hào)控制水泵電機(jī)的運(yùn)行頻率，以此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)圖中2水泵變頻補(bǔ)水的閉環(huán)控制。在換熱站管網(wǎng)系統(tǒng)回水壓力值增大時(shí)，遠(yuǎn)傳壓力表輸出模擬信號(hào)進(jìn)入變頻器信號(hào)接收端變量值增大，變頻器的電壓、頻率降低，從而控制變頻器輸出端水泵軸功率降低、轉(zhuǎn)速降低，換熱站管網(wǎng)系統(tǒng)的回水壓力達(dá)到恒定壓力值，最終實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)回水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)換熱站管網(wǎng)系統(tǒng)回水壓力減小時(shí)，遠(yuǎn)傳壓力采集的信號(hào)值減小，變頻器的電壓、頻率增大，從而控制變頻器輸出端水泵軸功率增大、轉(zhuǎn)速升高，換熱站管網(wǎng)系統(tǒng)的回水壓力達(dá)到恒定壓力值，最終實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)系統(tǒng)回水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡[2]。

2.4 主電路圖及電路分析

該主電路中，PV是電壓表，用來(lái)檢測(cè)主電路電壓情況。PA是電流表通過(guò)主電路中的電流互感器監(jiān)測(cè)主電路的電流情況。QF0是本電路中的主斷路器，QF1控制M1、M2水泵變頻電路合閘。QF2控制M1水泵工頻運(yùn)行合閘，QF3控制M2水泵工頻運(yùn)行合閘。主電路圖中的交流接觸器KM3、KM4分別控制水泵電機(jī)M1、M2的變頻運(yùn)行，KM1、KM2分別控制水泵電機(jī)M1、M2的工頻運(yùn)行。FR1、FR2接在M1、M2水泵工頻電路中，當(dāng)水泵過(guò)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)起到保護(hù)作用。

2.5 控制電路說(shuō)明

該控制電路使用了兩個(gè)選擇開(kāi)關(guān)S1、S2來(lái)作為M1、M2水泵的手、自動(dòng)調(diào)節(jié)。為防止對(duì)S1、S2的誤操作，比如當(dāng)S1置于手動(dòng)時(shí)，為防止有人對(duì)S2誤操作，故將M2水泵的兩個(gè)交流接觸器KM2、KM4的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在1泵工、變頻運(yùn)行電路中，當(dāng)S1已經(jīng)置于手、自動(dòng)位置，S2誤動(dòng)作時(shí)，交流接觸器KM3或KM1的主線圈失電，M1水泵電機(jī)停轉(zhuǎn)，M2水泵運(yùn)行（互鎖保護(hù)）。同理將M1水泵的兩個(gè)交流接觸器KM1、KM3的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在2泵工、變頻運(yùn)行電路中，當(dāng)S2已經(jīng)置于手、自動(dòng)位置，S1誤動(dòng)作時(shí)，交流接觸器KM4或KM2的主線圈失電，M2水泵電機(jī)停轉(zhuǎn)，M1水泵運(yùn)行（互鎖保護(hù)）。H1是1泵工頻運(yùn)行指示燈，H2是1泵變頻運(yùn)行指示燈，H3是2泵工頻運(yùn)行指示燈，H4是2泵變頻運(yùn)行指示燈。

2.6 變頻器控制電路設(shè)計(jì)及分析

當(dāng)遠(yuǎn)傳壓力表檢測(cè)回水管路壓力信號(hào)小于變頻器給定參數(shù)時(shí)，變頻器對(duì)采集的回水壓力信號(hào)經(jīng)過(guò)PID處理后輸出控制信號(hào)使水泵電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，遠(yuǎn)傳壓力表的三個(gè)接線點(diǎn)分別接入變頻器的24v、VF、GND端。不同的變頻器接線方式會(huì)有區(qū)別，實(shí)踐中如果遠(yuǎn)傳壓力表接線錯(cuò)誤可與變頻器采購(gòu)商溝通解決，另外變頻器對(duì)應(yīng)參數(shù)要設(shè)置正確[3]。

3變頻補(bǔ)水的發(fā)展及運(yùn)用

變頻補(bǔ)水使用變頻器、壓力傳感器、水泵電機(jī)組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及安全性進(jìn)行手/自動(dòng)控制，具有成本低、安裝便捷、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。特別適用于：

（1）大、中、小城市上下水等水處理系統(tǒng)的控制領(lǐng)域;

（2）各類工業(yè)需要恒壓控制的用水，冷卻水循環(huán)，熱力網(wǎng)水循環(huán)，鍋爐補(bǔ)水等;

（3）中央空調(diào)系統(tǒng);

（4）自來(lái)水廠增壓系統(tǒng);

（5）農(nóng)田灌溉，污水處理，人造噴泉;

（6）各種流體恒壓控制系統(tǒng)[4]。

4結(jié)束語(yǔ)

換熱站補(bǔ)水箱恒壓補(bǔ)水保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，維護(hù)運(yùn)營(yíng)成本也得到降低。變頻恒壓補(bǔ)水與傳統(tǒng)的人工補(bǔ)水相比在節(jié)能降耗的同時(shí)還可以延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命。變頻恒壓補(bǔ)水在控制方式上可以采用手/自動(dòng)切換，補(bǔ)水壓力參數(shù)也可以在線實(shí)時(shí)調(diào)整，既能改善系統(tǒng)性能又能帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。在看到優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也要總結(jié)一下自己的不足，比如變頻器的加減速時(shí)間等功能應(yīng)用不夠深入。另外我沒(méi)有使用PLC、組態(tài)等遠(yuǎn)程通信技術(shù)，從發(fā)展的眼光考慮，此論文中的恒壓補(bǔ)水系統(tǒng)還有很大的提升和改造空間。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱玉堂.變頻恒壓供水系統(tǒng)的研究[J].變頻器世界，2005，（11）：3-6.

[2] 劉美俊.通用變頻器應(yīng)用技術(shù)[M].福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社， 2004：119.

[3] 廖長(zhǎng)初.plc基礎(chǔ)及應(yīng)用<2>版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007：6.

[4] 韓安榮.通用變頻器及其應(yīng)用<2>版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000：29.