變頻調速技術在供暖系統中的應用

王保濤

（中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司第一機械廠，河北滄州 062650）

0 引言

變頻調速技術主要是利用電子自動控制和電機運行的高新技術，具有高效的調速性能，節能效果顯著，可適用于各行各業。變頻調速技術是電氣傳動重要的發展方向，能夠提高產品質量和企業經濟效益。

供暖系統的控制程序較為復雜，傳統控制系統在運行過程中不能較好控制設備。當鍋爐效率變化時，電能基本不會出現任何變化，導致大量電能浪費。利用變頻調速技術可以有效控制電能消耗，提高供暖效率，節省電能。

1 傳統供暖系統存在的問題

供暖系統在實際運行中，經常出現供熱不均勻的現象，主要原因是傳統的供熱系統已經無法滿足各行各業對溫度的需求。

目前，我國供暖系統是對低溫介質進行加熱，將低溫介質變為高溫介質。通常情況下采用高溫水以及蒸汽的形式，然后利用管道將高溫介質輸送至各用戶，利用散熱設備釋放熱量，達到取暖目的。高溫介質在輸送過程中又變成低溫介質，再通過管道返回至加熱源，介質重復使用，達到室內溫度需求。

傳統供暖系統使用壽命短，故障率較高，溫度調節能力較低。隨著科學技術不斷發展，將變頻調速技術應用到供暖系統，可以有效提高供暖系統的穩定性和安全性。變頻調速技術可操作性較高，維護程序較簡單，可以有效提高供暖系統的實用性。

2 變頻調速裝置的應用選擇

（1）使用智能化和網絡化的科技技術已經成為發展趨勢。由于現有供暖系統流量調節方式已經無法滿足當前需求，需要及時更新變頻設備。傳統的流量調節利用關閉閥門等方式，雖然能夠確保所需基本溫度，但是在使用過程中浪費大量燃料。

（2）原有供暖系統在選擇機型上不合理，或者供暖系統原有供熱面積出現變化，導致水泵運作壓力和流量超過設定工況，引起水泵電機超負荷運行，加快對電能的消耗。

總體講，當工業生產以及人們日常生活的溫度需求下降時，水泵調節閥門會出現變化。受溫度影響，在實際應用過程中水泵和管路特性曲線經常出現差異性，若不能及時處理水泵調節閥門就會出現變化，從而引起電機故障，增加維修成本或導致水泵電機損壞。為確保水泵電機正常運行，目前采用閥門節流方式：對溫度需求下降時關閉部分閥門；對溫度需求上升時開啟部分閥門。該方式主要有兩個不足：一是有部分能源會作用于閥門關閉上，不夠節能；二是對閥門的控制不科學、不合理。

當選擇水泵大流量狀態時，會加劇水泵電能消耗，如果沒有采取相應節流措施，會嚴重影響供暖系統的經濟性。如果采用閥門節流方式，也會造成閥門部位的能源浪費。如果閥門一直處于工作狀態，會嚴重影響閥門的應力疲勞，導致閥門過早損壞，嚴重影響水泵正常運行，甚至導致水泵損壞。

（3）在建設供暖系統過程中，如果供暖面積加大，水泵流量也會隨之增加。如果一期造成水泵超負荷運行，那么在二期完成之后就必須更換水泵。從一期到二期這段時間內會浪費很多能量，影響供暖系統正常運行。

3 變頻器在補水系統中的應用

3.1 原有補水系統存在的問題

補水系統在供暖系統中起到自動補水、補壓的作用，是非常重要的一個環節。供暖系統長期工作會受到很多因素影響，造成管線老化、腐蝕等，失水時如果補水系統不能夠及時啟動，就會造成因壓力過低供暖系統停止運行。另外，補水裝置的電壓系統由電接點壓力表進行控制，補水系統壓力值在電接點壓力表最高值和最小值的范圍內進行不斷切換，造成供暖系統壓力不能穩定運行，導致運輸管道薄弱環節出現爆管，增加資金投入和維護成本。可見，補水系統可以直接決定供暖系統的質量、成本以及維護投入。

3.2 采用變頻器補水系統的優點

（1）采用變頻器可以有效避免補水泵的頻繁啟動，減少管網壓力忽高忽低的現象。

（2）利用變頻器調速可以確保供暖系統壓力穩定，減小系統中各類設備所受到的沖擊力，降低設備泄漏的發生率和管道的爆管概率。

（3）采用變頻器調速可以實現節能。與傳統的水泵調速相比，由于補水泵啟動較為頻繁，不僅會影響補水泵的使用時間，而且還會消耗更多電能。補水泵啟動時，電機啟動電流要高于額定電流，從而增加補水泵的電能消耗。采用變頻器調速可以實現零電耗啟動，能夠有效減少補水泵的啟動頻率，實現節能降耗。

4 鍋爐風機的變頻調速技術應用

（1）鼓風機在一定轉速和介質密度下，可以確定風壓功率與風量之間的關系。供暖系統中煙道、風道的特性是指所受到的阻力與風量之間的關系。這說明，當風量增加時，煙道、風道中的阻力也會加大，必須采取合理措施平衡處理。利用變頻調速技術可以有效控制用煤量和風量之間的比例，根據煙氣中的含氧量確定鍋爐的送風量，合理控制鍋爐燃燒，提高鍋爐經濟效益。

（2）變頻器調速可以有效控制爐內的工作壓力。在調節過程中，需要以鼓風量作為校對標準，因此變頻器調速能夠對引風機的轉速進行調節，實現節能降耗。當鼓風機和引風機依靠變頻器進行調速時，利用風量系數對電機轉速進行調節。如果鍋爐所需風量減小，則電機的轉速就會有所降低，達到節電效果。

5 供暖系統變頻調速的優點

（1）工作效率較高。變頻調速可以有效調節電機頻率，確保電機根據頻率同步運行。在確保電機轉速情況下，不會增加電能消耗，因此變頻器調速在供暖系統中的應用較為廣泛。

（2）工作范圍較大。變頻器調速范圍在1%～100%，擁有較高調速效率，能夠有效解決供暖系統中設備的超負荷運行問題。

（3）變頻器啟動電流較小。設備在變頻調速運行時，啟動電流較小，能夠有效確保設備啟動安全，延長設備運行時間。

（4）應用方便。利用變頻器調速可以實現對電機的調速改造。

6 變頻調速技術的特點

（1）過電壓保護。變頻器調速能夠自動控制輸出電壓，當輸出電壓超過平常電壓時，能夠自動控制設備運行，確保供暖設備不會受到過電壓沖擊。實現對供暖設備的保護作用，有效節能。

（2）欠電壓保護。當設備運行電壓低于正常電壓時，變頻器能夠自動控制設備運行，實現對設備保護。

（3）過電流保護。當設備運行電流超過額定電流時，變頻器能夠自動控制設備運行，確保設備安全。

（4）缺相保護。變頻器在運行過程中可以自動檢測輸出電壓，當檢測出輸出電壓缺相時，變頻器發出警報，及時停止設備運行，確保設備安全。

（5）負荷保護。變頻器能夠自動監測設備運行電流，當設備超負荷運行時變頻器能夠自動控制設備運行狀態，保護設備。

（6）接地保護。在安裝變頻器過程中設置專門的接地保護電路，主要由接地保護互感器和繼電器構成。當電流線路發生接地時，會觸發變頻器自動報警系統，確保設備正常運行。