礦區熱網變頻循環泵節電技術

張秀萍

[摘? ? 要]現如今，變頻調速技術在國內很多地區的換熱站循環泵中均有應用。但因技術的自動化水平參差不齊，很多企業長期采用人工手動方式調控變頻器的運行狀態，以致供熱電指標（kWh/萬m2）長期處于較高水平，耗電輸熱比大，運行效率整體偏低。在節能減排、低碳生活理念被大力倡導的背景下，應深刻認識到變頻技術在實現節電方面表現出的優越性，將其合理用于礦區熱網變頻循環泵日常運行活動中。

[關鍵詞]礦區;熱網變頻;循環泵;變頻器;節電技術

[中圖分類號]TM92 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）06–00–03

Energy-saving Technology of Frequency Conversion Circulating Pump in Mining Area

Zhang Xiu-ping

[Abstract]Nowadays， frequency conversion speed regulation technology has been applied in the circulating pump of heat exchange stations in many areas of China. However， due to the uneven automation level of technology， many enterprises have long adopted manual control of the operation state of frequency converter， resulting in a long-term high level of heating and electricity index （kWh/ 10，000m2）， high power consumption and heat transfer ratio， and overall low operating efficiency. Under the background of energy saving， emission reduction and low-carbon life concept being strongly advocated， we should deeply realize the advantages of frequency conversion technology in realizing power saving and reasonably apply it to the daily operation of the heat grid frequency conversion circulating pump in the mining area.

[Keywords]mining area; Heat network frequency conversion; Circulating pump; Frequency converter; Power saving technology

自2008年以來，國家相關部門加大對落后生產能力的整治力度，力爭全面貫徹落實節能減排重點工程項目。在這樣的時代背景下，礦區供熱網順理成章的成為了節能減排工作的重點項目之一。既往，熱網運作階段，多采用定流量循環系統作為熱水循環系統，不管末端負荷需求出現怎樣的波動，循環流量均能始終維持恒定狀態。

若能依照建筑體內部對熱負荷的現實需求能動態調整循環泵的流量，不僅能維持建筑內部溫度的舒適性，還能規避因外界溫度改變引起室溫明顯變動的問題，減少了電能資源的耗用量。將變頻調速技術用于熱網循環泵控制領域中，能更好的滿足熱網變工況運作的現實需求，為其實現節能減排發展目標提供可靠的技術支撐。

1 變頻運行的依據

（1）理論計算環節的保險系數，具體是水利項目測算后獲得的結果均要乘以保險系數，這是設計值高于現實需求的主要原因。

（2）生產制造廠家會參照鍋爐裝備的蒸發量設定循環泵爐的型號，而不會為滿足某個用戶的主觀需求而進行單一化設計加工，故而選用循環泵過程中均會存有一定余量。比如，經測算后，發現某企業運行需要配置流量為30m3/h的循環泵，若沒有采購到和其生產要求完全匹配的循環泵，和其相臨近的有24m3/h與45m3/h循環泵，此時多數設計人員會選用45m3/h循環泵，其比計算流量高出50%。

（3）參照參數設定情況完成理論計算工作，比如某企業設計參數室之一的外溫度為-24℃，這就意味著各個采暖期的嚴寒期中某段時間室外溫度均值能達到該溫度值，其他時段均是高于該溫度的，系統正常運轉階段所需機泵處理是低于該設計參數的。

2 現實運行的主要形式

（1）集中供熱熱負荷依照正態曲線走失分布的。在供熱活動的早期、終末期熱負荷偏小，在這樣的工況下系統正常運行對流量的需求量較少，資用壓力相應降低;進入嚴寒期時，熱負荷有所增加，系統運行時需要有大流量做支撐，資用壓力也會提升。電機的軸功率提供流量與揚程，故而經由變頻調整以后的供熱耗電量分布也遵照正態曲線的走勢規律，但由于于供熱早期可能存在著跑冒滴漏、用戶存氣及初調節等因素，可能會在一小段時間內耗電量會分布在正態曲線外側。

（2）平衡調節和變頻調節相互配合，變頻調節過程并不是孤立存在的，一定要和供熱系統的水利項目平衡、熱工平衡調節相整合。若生產實踐中檢測到變頻器頻率有跌落趨勢，循環泵電機運轉速度下降，軸功率、循環泵出力、流量以及揚程指標均同步降低，那么既往依賴大流量運作狀態掩飾的問題很可能會一一浮出水面，此時需要調節供熱系統的水力以及熱工平衡。基于平衡調節使系統內短循環與過熱部分實現熱工平衡，借此方式提高系統的運行效率。

（3）基礎的調節方法。首先，在現實操作過程，相關人員要明確循環泵的特性參數與頻率兩者的關系，水泵流量和頻率之間存在正比例關系，揚程與頻率平方成正比。其次，要明確水平運行頻率降低對流量、揚程即電機功率各自形成的影響。常規做法是應用系統最不利環路設定系統所需的揚程值，其它環路基于調節閥門的過程與其形成平衡關系。最后，在生產實踐中，會經常觀察到很多處于運行狀態下的系統內全部閥門處于極度調節狀態，這是導致循環泵提供的很多揚程在調節設備上被消除的主要原因之一，最后會浪費掉大量的電能資源。在現實調整操作中，應給予二級網流量、溫差以及壓差等參數較高重視，需要參照熱指標及室外實測溫度進行微調節。

（4）電動機自然功率因數和電損耗大小之間關系。從宏觀層面上，可以將電動機的功率因數分為自然、總功率因數2種類型。若電動機能處于最適宜負載率狀態下運作，那么其運行效率能抵達峰值，此時自然功率因數最大。在調節變頻器過程中，要力求電動機能夠在差異化的供熱指標下維持最佳負載狀態。伴隨電動機自然功率因數的提升過程，驅動了電功率的無用功轉型為有用功的過程，便能較順利的降低壓網絡中輸送的無功負荷，進而減少電能資源的損耗量。

（5）耗電輸熱比的約束。當下，業內很多人員會采用耗電輸熱比去權衡、判斷熱網系統運轉效率的高低。其代表的是系統輸送熱能階段耗損電能的比率，系統的運行半徑對該項指標大小起到決定性作用。這也就意味著，當建成某個供熱系統項目時，該系統的運行半徑就已明確化，耗電輸熱比區間隨之被設定，我們通過調節變頻器去實現節約電能資源的限度也被確定，無限的降低循環泵的運行頻率是不可能實現的。

3 變頻器調速及停機時注意事項

3.1 調速

在生產實踐中，調整循環水泵的運行頻率時，變頻器作出響應需要歷經一個過程，即循環泵現實運行頻率抵達設定頻率需要歷經一個過程。若檢測到水泵現實運行頻率未抵達頻率時;或者負載無法符合現實正常生產需求時，一定要以冷靜的態度面對，不要急于在水泵狀態沒有穩定時大范圍的頻率的給定值，規避形成超調現象。

3.2 停機

（1）若循環水泵處于變頻調速狀態下運作，則要對水泵做停機處理，一定要將停機指令先發送給變頻器，嚴禁出現直接斷離斷6 kV小車開關的操作行為。若在運轉狀態下斷離6 kV小車開關，那么就會依照電源故障處理變頻器，對電機裝置正常運行過程形成不良影響。

（2）當有停機指令被傳送給變頻器，進而使水泵正常停運以后，若后續需持續運行變頻器，則無需分斷6 kV小車開關;弱沒有繼續變頻器的需求，那么當觀察到運行頻率抵達“0 Hz”位以后，則可以直接斷離6 kV小車開關。

（3）循環泵泵變頻調速常態運行下有正常停機的需求時，直接將停機指令傳達給變頻器就可以，不必事前降低電機的運行頻率。

（4）正常停機的順序可以做出如下表述：明確生產要求停機→停運變頻器→停6 kV小車開關。

（5）在工頻旁路工況下，若要想使電機停機制動，直接斷離6 kV小車開關就可以。

4 設計變頻節電系統的自控方案

為實現對循環泵運行階段電能消耗量的有效控制，不僅需要調整水泵裝置自身的運行頻率，進而更好的適應不同時間段的運行工況，還需要科學調整供熱系統的供水溫度值。圖1是控制方案圖示，通過對循環水泵的運行頻次作出科學調度，能夠較順利的實現循環水泵的變流量。與此同時，結合室外環境溫度的改變狀況，快速、精確的調度熱遠處供熱介質的出口溫度值。

5 變頻節點改造實例

在間接式集中供熱階段，利用分階段調整變流量的質調節控制法去改造二次循環系統，將智能控制器設定為整個系統的調控核心，采集并解讀始源于電動機、變頻器、傳感器即系統邊界條件的各種數據，動態化的歲電動機、變頻器的運轉狀態作出微調整，等同于結合二次供水測算出的溫差之及回水溫度區間下限值調控換熱站循環泵的流量。利用變頻技術調控循環泵電機的運轉速度，能間接的控制其輸出流量值，在符合現實供暖負荷要求的基礎上，明顯降低了循環水泵自體的耗電量，使電動機在熱負荷指標改變的全過程將能耗量降至最低水平，并且還能間接式的減少熱能的耗損量，取得了較好的節能成績。

使用變頻器階段還能利用自身轉速及基于PLC控制泵的運轉邏輯去提升系統的功率因數，降低電動機的無功損耗量，同步提高供電效率與質量。為了取得最佳的循環泵組運行效率，本課題研究中選用>2臺同揚程的循環泵并聯運行狀態下的泵組為研究對象，利用數目等同的變頻器（ABBACS510）設備進行同頻率驅動。

某換熱站二次高、低區域循環泵變頻改造前后的節能檢測情況見表1。

對表1內統計的數據進行分析，發現換熱站經改造以后，現實節能率達到了10%，系統的功率因數由改造前的0.750提升至0.993，降低了電動機的無功損耗，進而提升了供電活動效率，優化供電質量。

6 結束語

綜合本文論述的內容，在閉環控制系統內，結合廣大熱用戶對熱能供應的現實需求，利用變頻循環泵自控調整循環系統的流量，能明顯降低其無功損耗量，一方面使熱用戶的用熱量與舒適度得到保障，另一方面也協助供熱單位實現節能降耗，能夠創造出較高的經濟效益與社會效益。

參考文獻

[1] 楊立賓，馬桂楠.基于大數據的汽輪機循環水泵變頻改造后節能控制優化[J].自動化應用，2020，11（9）：12-14.

[2] 鮮勇.調節零壓差控制點對動力分布式變頻供熱管網能耗影響的研究[J].攀枝花學院學報，2020，37（5）：33-41.

[3] 安文剛，李飛.高壓循環水系統的變頻控制優化[J].設備管理與維修，2020，20（15）：91-93.

[4] 朱艷梅，李士超.循環水泵采用變頻泵及雙速泵的調節研究[J].電力勘測設計，2020，48（7）：47-53.

[5] 魯雪艷.分布式變頻控制技術在供熱系統中應用探索[J].中國設備工程，2020，74（14）：7-8.

[6] 劉榮祥，馮京曉.變頻恒壓供水控制系統的設計與實現[J].智慧工廠，2020，14（6）：62-64，68.

[7] 李秀忠，霍雷霆.火電廠環保設施的科技技改及應用研究[J].東北電力技術，2020，41（5）：37-39.

[8] 任華偉.變頻調速技術在礦區集中供熱系統中的應用[J].科學與財富，2015（9）：411.

[9] 朱亞楠，劉琦.淺談熱網循環系統變頻運行調節與節能[J].科研，2015（28）：12-13.

[10] 史永旗，劉慶慶，丁慶雷，等.鄭州熱力公司熱網循環泵高壓變頻改造[J].變頻技術應用，2013，8（5）：82-86.