變頻器在換熱站中的應用

韓賓

摘 要 在我國可持續發展戰略的的指導下，各行各業節能減排已成為企業日常經營管理活動中十分重要的一項內容，而供熱企業換熱站是傳統的能源消耗大戶更需要通過技術更新不斷提高能源使用效率。變頻器是換熱站眾多機電設備中重要的電能控制裝置，通過變頻器的合理應用能夠有效提高換熱站運行穩定的同時起到節能的作用。本文從變頻器在換熱站的具體應用入手，分析換熱站供暖系統結構及變頻器在其中的工作原理，并針對變頻器常見的幾種故障提出相應的處理方式，旨在為我國換熱站合理運用變頻器，實現節能減排提供機電指導。

關鍵詞 變頻器 換熱站 故障處理

中圖分類號：TN77 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）02-0056-02

當前能源供應壓力是我國經濟發展所不得不面對的重要問題，在能源供應壓力不斷緊張的情況下，供熱企業的能源消耗控制能力成為影響企業發展的重要因素。因此，對于供熱企業而言，在生產環節的各個方面都要重視節能技術的應用。實踐證明，在換熱站中合理應用變頻器能夠有效提高換熱站的系統節能性與運行穩定性，對供熱企業的節能減排具備十分重要的意義。

1 變頻器在換熱站中的具體應用

1.1 供暖系統結構及變頻器工作原理

常見的換熱站機電設備主要由循環水泵、換熱器、除污器、熱工儀表、各類閥門等設備組成。其中，循環水泵是通過二次管網將循環水次管網組成。循環水泵通過二次管網將循環水輸送至換熱器，然后與其次管網中的循環水進行熱交換，從而達到提供熱能的目標。在完成供熱作業后的回水通過循環泵再輸送到換熱器進行熱交換，這一流程構成了換熱站的供暖循環系統。在這一作業過程中，如果出現了循環水的泄漏，那么換熱站的控制系統就會啟動自動補水系統，根據二次管網中的壓力變化情況進行補水作業，從而確保整個供熱系統的正常運行[1]。

在供熱站運行的整個循環過程中，都是通過循環泵的運轉實現熱交換的循環進行，實現供暖的穩定持續，因此循環水泵是十分重要的一項設備。而在循環泵中，變頻器是重要的控制裝置，利用變頻器能夠實現對循環泵電機的合理控制，根據供熱循環的實際需要來調整電機轉速，這一方面能夠有效降低能耗，避免無用做功，另一方面也能夠有效延長電機的使用壽命，確保系統的穩定運行。目前，變頻器已經在我國換熱站的供熱循環系統中得到了較為廣泛的應用，為供熱企業的節能減排發揮了重要的作用。

1.2 變頻器節能改造技術的應用

基于變頻器的運行原理，可以對現有換熱站的供熱循環系統進行相關的節能改造，改造工作主要是通過變頻器、溫度傳感器及PLC控制器來實現對循環泵轉速的自動調節，利用溫度傳感器實時監控供熱系統的運行狀況，并將收集到的信息傳輸到PLC控制器，再由PLC控制進行邏輯判斷后下達指令給變頻器來調節循環泵的轉速。在設備改造過程中需要注意的是，為了降低改造成本及改造作業安全性，應當盡可能的保留原有系統的電控設備，不改變循環泵系統的運行回路，改造作業只需要增加控制電路即可，從而實現系統從工頻向變頻運行方式的切換。目前常見的供熱系統變頻器是ABBACS-400系列變頻器，這一系列的變頻器能夠具備變頻調速的功能，同時具有可編程控制模式，因此應用范圍比較大，同時設備的穩定也比較強，能夠滿足換熱站循環水系統的改造需求。

完成改造后換熱系統就具備兩種工作模式，原用的工頻模式及變頻模式。換熱站工作人員可根據不同工作情況下進行切換，從而降低系統的能耗，并提高系統運行的穩定性。在變頻模式中，工作人員可以通過手動控制的方式，設置系統運行的功率及頻率，從而對循環泵的電機輸出進行調節。此外，變頻模式下還有自動控制系統，這主要是通過PLC來進行控制，通過溫度傳感器，實現對供熱系統運行狀況的自動判斷，并根據預先設置好的編程系統來對變頻器下達指令，再由變頻器控制電機，達到供熱溫度的調節。而原本的工頻系統則是在變頻器出現故障問題時的應急措施，當變頻器或PLC控制系統出現故障時，工作人員可以將系統的運行模式調節回原有的工頻模式，從而確保系統能夠繼續穩定運行，當設備完成維修后再切回變頻模式。

此外，還可在換熱站供熱系統中的補水系統應用變頻器，將自動補水方式與變頻器補水方式結合起來。在供熱系統工作正常的情況下，由自動調節閥進行作業，當系統出現泄漏失水超過設定的壓力范圍時，自動調節閥控制進行補水。而如果自動調節閥故障，或存在水源不足的情況時就可以啟動補水變頻器，對二次回水管網壓力進行跟蹤，并自動進行補水。在該模式下，補水變頻器采用PID調節方法，主要依靠壓力傳感器實現跟蹤控制。

2 變頻器故障診斷及處理方法分析

2.1 變頻器常見故障分析

在完成換熱站供熱系統的變頻器改造后，為保證系統的穩定運行，還應當做好變頻器的故障診斷及維修工作。目前，常見的變頻器故障主要有以下幾種：第一，電源故障。這一類型的故障問題是變頻器運行常見的故障問題具體可分兩種：一種是過電流，即變頻器超過了限定電流的運行狀態，但一般比短路產生時的瞬時電流要小很多，錯誤起動和負載轉矩過高是過電流產生的主要原因。另一種是短路，變頻器短路故障的形式較多，包括三相短路、兩相短路、一相接地短路等;第二種是變頻器內部故障。這一類型的故障種類則比較多，常見的有直流環節的短路、過壓、欠壓故障等，以及逆變環節的輸出過壓、欠壓故障、過電流故障、電流不平衡故障等。并且PLC控制系統在運行過程中也有可能出現故障問題。因此，針對變頻器內部的故障問題需要技術人員結合實際情況具體分析、具體處理[2];第三種故障類型是過負載。當電機的額定電流過高時就可能誘發過負載故障。在供熱系統的運行過程中，工作人員要對上述故障問題特別關注，故障出現時要及時處理維修，并總結故障原因，避免再次出現故障問題。實踐經驗表明，目前變頻器故障問題可以歸納為兩類型的原因：一種是外部原因，例如系統改造時參數設計不合理，工作人員操作不當。整體系統負荷過大等，變頻器作為一種精密儀器，在運行過程中一定要注意外界復雜環境的影響;另一種則是內部故障原因，當變頻器內部元件損壞，線路故障時都會導致變頻器無法正常工作。在實際情況中，檢修人員一定要結合故障發生的原因進行維修工作。

2.2 變頻器故障診斷流程

在變頻器故障診斷過程中，其首要任務是確定故障性質，找出故障發生原因及具體部位，從而為故障處理提供依據，實現快速檢修，及時恢復設備正常運行。變頻器的故障檢修可以分為主動檢修和自動檢修兩種。其中主動檢修方法包括短路檢修、狀態檢修和系統定期保養維護等。首先是短路檢修，變頻器系統短路故障的發生具有突發性和瞬時性，線路中的電流會在短時間內出現數倍的提升，進而導致設備的故障和線路的損毀，因而在日常維護中要加強對于短路保護狀態的檢查，確保短路故障發生時可以及時斷開電源。低壓斷路器和熔斷器是變頻器系統短路檢修的重點。在常規的三相供電系統中會設計相應的三相短路保護，對于容量不高的系統主電路，熔斷器也可以作為短路保護裝置，但是對于變頻器必須設置單獨的裝置進行短路保護。其次狀態檢修，也就是系統運行過程中采取的檢修策略，狀態檢修相較于事后檢修而言可以將故障隱患扼殺在搖籃中，對變頻器運行的故障隱患進行有效的排查處理。不同的供熱系統所采取的檢修方法和檢修的周期也會有所差異，技術人員可以根據設備的運行表現進行狀態檢修方案的設計和執行，從而實現對系統故障更加準確的預測。狀態檢修通過防范故障在一定程度上可以降低供熱系統運行的維護成本。最后則是系統運行中的日常檢修保養，包括潤滑油添加、設備吹灰以及零部件定期檢驗更換等。

自動檢修是未來換熱站設備故障診斷技術的發展趨勢，自動檢修以電氣控制系統自動化為基礎，借助先進的設備管理系統可以實現對運行狀態的實時動態化監控，監視系統還可以生成具有聲音和影像的系統日志。目前，部分變頻器已經具備運行監測和故障預警定位功能。在正常運行狀態下系統會自動記錄運行數據信息，當電源、其他設備參數異常或者是運行中斷時，自檢系統會進行全方位的掃描，對安全隱患和系統故障進行排查和基本的處理，當自檢系統無法徹底解決故障時會將故障信息傳輸至中央系統，維修人員可以根據系統日志的記錄及故障的表現進行分析，從而提高維修人員進行設備維修的效率[3]。計算機控制技術是自動檢修得以實現的技術前提，但是目前計算機控制仍然存在較大的提升空間，技術人員要加快計算機控制軟件的更新和完善，結合變頻器的運行特點進行針對性的軟件程序編寫，從而實現故障發生時的自動保護啟動。

3 結語

在可持續發展戰略指導下，供熱企業應當積極利用各種技術手段實現生產環節的節能優化。實踐證明，通過在換熱站控制系統中應用變頻器能夠有效實現系統運行的穩定性并實現節能。變頻器的應用能夠有效調節換熱站循環泵系統的電機輸出狀態，根據實際運行過程中非負荷來決定電機的輸出功率，從而降低不必要的能源消耗。因此，換熱站應當結合自身的設備情況，合理選擇變頻器，并在設備運行過程中合理采用科學的故障診斷和處理方法，從而提高變頻器設備運行的穩定程度，充分發揮變頻器在換熱站日常作業中的重要作用，提升換熱站設備運行的節能效率。

參考文獻：

[1] 高長松.電力系統變頻器典型故障分析及處理[J].設備管理與維修，2018（09）：67-68.

[2] 項陽.變頻器結合PLC在換熱站的應用[J].民營科技，2014（08）：34.

[3] 邱晨.變頻器在換熱站的應用及故障處理研究[J].化工管理，2018（08）：56-57.