熱力站電氣設備的控制

1、淺談間供熱力站電氣設備的控制摘要：本文主要講述間供熱力站電氣設備的控制方式，從熱力站發(fā)展的視線，分析了間供站循環(huán)泵、補水泵的電氣控制線路。分析了不同熱網(wǎng)系統(tǒng)模式下，循環(huán)泵、補水泵應采取的控制策略和控制方法。關鍵詞：循環(huán)泵、補水泵、控制。熱力站是供熱系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，熱量不管是區(qū)域鍋爐房產(chǎn)出的熱，還是熱源廠供給的熱，都要通過熱力站送給熱用戶，供熱模式不同，熱力站中配備的設備也不一樣。隨著供熱理論的發(fā)展和供熱方式的完善，熱力站的電氣設備不斷增加。供熱系統(tǒng)從直供系統(tǒng)，發(fā)展成間供系統(tǒng)。熱力站從不使用電氣設備的熱力站，發(fā)展到無人值守遠程監(jiān)控的熱力站。一、最簡單的熱力站直供站直供站就是使用熱源廠的熱水或蒸汽

2、直接做熱介質(zhì)直接供給熱用戶。這種供熱系統(tǒng)根據(jù)供熱模式分為直接直供系統(tǒng)和混水直供系統(tǒng)。在直接直供系統(tǒng)中，在熱力站中不用電氣設備。熱源廠和熱用戶通過熱力站形成大的供熱環(huán)網(wǎng)。在混水直供系統(tǒng)中使用混水泵，用來調(diào)節(jié)供水溫度?；焖霉β室话愣疾淮?。這種供熱模式一般在早年投建使用，混水泵的控制一般都用接觸器電路。直供站是電廠直接供用戶，溫度高，控制難，浪費熱能，而且整個系統(tǒng)安全系數(shù)低，不適合大面積供熱。這種系統(tǒng)正在不斷的被改造。二、間供站熱源廠間接給熱用戶供熱的熱力站稱為間供站。在熱源廠和熱力站之間循環(huán)的水稱作一次水，在熱用戶和熱力站之間循環(huán)的水稱作二次水。一次側(cè)水的熱量通過換熱設備傳遞給二次側(cè)的水。二次側(cè)

3、的水把熱量傳遞給熱用戶。間供站的出現(xiàn)提升了一次網(wǎng)的安全系數(shù)。間供站的兩個明顯特征就是二次網(wǎng)循環(huán)系統(tǒng)和二次網(wǎng)補水系統(tǒng)。間供站另外特點就是可控參數(shù)增加，可以有效的控制熱力站的輸入熱負荷和輸出熱負荷，通過對整個熱網(wǎng)熱負荷分配，達到整個系統(tǒng)的平衡。間供站電氣設備控制分為循環(huán)泵控制系統(tǒng)、補水泵控制系統(tǒng)。1.二次熱網(wǎng)循環(huán)控制系統(tǒng)：循環(huán)泵提供二次網(wǎng)水循環(huán)動力。循環(huán)泵功率由二次網(wǎng)的大小決定。對循環(huán)泵的控制實際就是對循環(huán)泵電機的控制。循環(huán)泵目前流行三種主要控制線路:接觸器控制線路、軟起控制線路和變頻控制線路。1.1接觸器控制線路：是以接觸器作為主控元件，對循環(huán)泵進行控制的電氣線路。一般由空氣開關、接觸器、熱保護

4、器等主要元器件組成。根據(jù)循環(huán)泵電機功率大小有分為直接啟動、Y-啟動、和自耦變壓器啟動。一般情況下電機功率小于11千瓦的適合直接啟動。在11-35千瓦的電機用Y-啟動，35千瓦以上的電機使用自耦變壓器啟動。1.2軟啟動器控制線路：是以軟啟動器作為主控元件，對循環(huán)泵進行控制的電氣線路，如圖1所示。一般由空氣開關和軟啟動器等原件組成。軟啟動器的優(yōu)點在于軟啟動器不僅能夠軟起動循環(huán)泵，還可以軟停循環(huán)泵。在軟啟動控制線路中，對多個同功率循環(huán)泵，有采用單臺軟起啟動后切換到各自接觸器上的控制模式。這主要是降低成本，但這種線路維護復雜，不能軟停，所以在實際運用中，不提倡這樣的控制模式。軟起控制線路與接觸器控制線

5、路相比，對電網(wǎng)的沖擊小，如果前端變壓器容量較小，不能承載電機額定電流4-7倍沖擊時，可選用軟啟動器線路。1.3變頻器控制線路：是以變頻作為主控元件，對循環(huán)泵進行控制的電氣線路。一般由空氣開關和變頻器等元件組成，如圖2所示。變頻器的優(yōu)點在于變頻器不僅能夠軟起動循環(huán)泵，還可以對循環(huán)泵調(diào)速。變頻器控制線路在控制循環(huán)泵方面是最佳選擇，盡管這種控制方式初投資費用較高。但是從長遠看,其調(diào)速功能對熱網(wǎng)調(diào)節(jié)非常方便，對于設計余量較大的熱網(wǎng)系統(tǒng)有很大的節(jié)能效果。就是設計很匹配的系統(tǒng)，在初寒期和末寒期可通過調(diào)整循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整減少供熱量。初寒期和末寒期的節(jié)電效果也非常明顯。變頻器的啟動對電網(wǎng)沒有沖擊，對前端變壓器

6、余量沒有要求。變頻器對電機的保護也非常全面。電流過流、導線短路、接地、電壓超壓、缺相、電機堵轉(zhuǎn)等保護都很完備，變頻器的自診斷功能可以在系統(tǒng)產(chǎn)生電氣故障時，將故障內(nèi)容顯示在變頻器顯示屏上，方便故障查找。隨著變頻技術的日臻完善和產(chǎn)品價格的降低，變頻器在熱網(wǎng)上的應用應該更加普及。2二次熱網(wǎng)補水控制系統(tǒng)：通過補水設備，把二次熱網(wǎng)的壓力控制在一定的壓力值，以便熱量能過到達熱網(wǎng)中的每個熱用戶中。當熱網(wǎng)壓力不足時，熱網(wǎng)高點用戶管道中可能沒有熱介質(zhì)，介質(zhì)不能良好的循環(huán)。表現(xiàn)在熱用戶上就是供熱設施不熱。當補水壓力超出需要的壓力值是，對于新管線來講，如果超出的值不太大，一般沒有問題。但對于投用時間很久的設施來說，

7、高壓力運行是非常危險的。尤其是底層用戶，很容易出現(xiàn)爆管故障，造成很大的損失?？刂贫螇毫υ诤侠淼姆秶畠?nèi)，對熱網(wǎng)運行非常重要。2.1 二次網(wǎng)補水有三種形式：水箱為水源給二次網(wǎng)補水，一次網(wǎng)為水源給二次網(wǎng)補水，民用自來水給二次網(wǎng)補水。水箱為水源給二次網(wǎng)補水：這種方式為間供熱力站的主要補水方式，特點是能夠根據(jù)需要選取不同壓力范圍的補水泵，控制靈活。其發(fā)展由人工操控補水泵的簡單控制方式，到補水泵、控制器、執(zhí)行器和傳感器組成復雜控制方式。2.1.2 人工補水泵補水方式：這是最簡單的補水方式，由操作工根據(jù)現(xiàn)場壓力來啟停補水泵。補水泵的電機由空開、接觸器、熱繼電器組成的電路控制。補水泵電機功率都較小，一般采

8、用電機直接啟動。這種控制方式由人來掌控補水情況，對人的依賴性很大。容易造成補水的不及時。工作量大，勞動生產(chǎn)率低。2.1.3 電接點壓力表自動補水系統(tǒng)：在人工補水控制方式基礎上，增加一塊電接點壓力表，就組成了電接點壓力表自動補水系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電接點壓力表，空開、接觸器、熱繼電器和繼電器邏輯電路組成。在控制面板上一般有手動自動轉(zhuǎn)換功能，在自動出現(xiàn)問題時轉(zhuǎn)到手動控制狀態(tài)。電接點壓力表的作用是監(jiān)測系統(tǒng)壓力值，并且給出電機啟停信號。繼電器邏輯電路接受啟停信號，控制接觸器動作，來控制補水泵的運行。這種補水系統(tǒng)的缺點，電接點壓力表的接點是壓力表表盤上表針，在控制系統(tǒng)運行時，表針有電流流過，接點閉合斷開時，容

9、易產(chǎn)生火花，而使壓力表不能很好工作，產(chǎn)生故障。 調(diào)節(jié)表壓力補水系統(tǒng)：這是一種非常傳統(tǒng)的位式控制系統(tǒng)，即傳感器、調(diào)節(jié)表、執(zhí)行器結構。熱網(wǎng)的二次壓力信號，由遠傳壓力表或壓力變送器傳送給調(diào)節(jié)表，調(diào)節(jié)表根據(jù)設定壓力的大小，通過內(nèi)部的運算，把控制信號給電機控制線路，來控制補水泵的啟停。這種系統(tǒng)的控制邏輯由調(diào)節(jié)表來完成，控制方式合理。投資小，系統(tǒng)較穩(wěn)定，但控制線路較復雜。2.1.5 變頻器補水系統(tǒng)：變頻器目前作為交流電機的最好控制設備，在熱網(wǎng)補水系統(tǒng)中也得到了廣泛的應用。它可以根據(jù)熱網(wǎng)的實際情況靈活的改變控制方式。隨著變頻技術的發(fā)展變頻器補水系統(tǒng)更加簡單和可靠。2.1.5.1 變頻器直接控制系統(tǒng)。這是最簡

10、單的變頻器補水系統(tǒng)，它的電路組成就是空開、變頻器、補水泵。其控制原理圖與循環(huán)泵相同，如圖2所示。操作工根據(jù)實際情況把變頻器設定成一定頻率，電機在一定的轉(zhuǎn)速下運行對熱網(wǎng)進行補水。對于較大的熱網(wǎng)系統(tǒng)，由于系統(tǒng)的失水量基本上是恒定的,水泵在選型完成以后,其流量與電機轉(zhuǎn)速的關系為線性關系Q1/Q2=n1/n2 ,選擇一定的轉(zhuǎn)速就能達到一定的補水量。這一補水模式只能用在熱網(wǎng)失水量基本恒定的系統(tǒng)，一般用在應急狀態(tài)。2.1.5.2 變頻器PID調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。這是目前比較先進的補水泵控制系統(tǒng)。系統(tǒng)組成為壓力傳感器、調(diào)節(jié)器、變頻器、補水泵，如圖3所示。在調(diào)節(jié)器XMA5000上設定需要的壓力值，壓力傳感器PT把熱

11、網(wǎng)的實際壓力值傳給調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器根據(jù)需要壓力值和實際壓力值，進行PID運算后，輸出值控制變頻器，變頻器根據(jù)得到的輸出指令來調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速。近年來，隨著變頻器技術的進步，有些大品牌變頻器已經(jīng)把調(diào)節(jié)器的功能集成在變頻器內(nèi)部，變頻器自身可以做PID運算。圖4示出了變頻器具有PID功能補水泵控制原理圖。從圖中可以看出，這樣的控制系統(tǒng)更加簡單，維護簡便。變頻器補水系統(tǒng)根據(jù)熱網(wǎng)系統(tǒng)工況可以在常規(guī)PID輸出控制模式或睡眠PID輸出模式運行。對于大熱網(wǎng)系統(tǒng)或系統(tǒng)比較陳舊,系統(tǒng)特點就是失水量較大,處于長期失水狀態(tài)，補水泵基本上長期處在補水狀態(tài)，使用常規(guī)PID輸出控制模式。對于一般熱網(wǎng)系統(tǒng)或新熱網(wǎng)系統(tǒng)，特點是失水量小，系統(tǒng)處在間歇性失水狀態(tài)，補水泵應該間斷性補水。這時如果使用常規(guī)PID輸出控制模式，系統(tǒng)在不缺水時間段PID輸出值較小，電機轉(zhuǎn)速較低，水泵的輸出壓力低于系統(tǒng)內(nèi)的壓力。這時盡管補水泵還在以一定的速度旋轉(zhuǎn)，但泵內(nèi)的水不再流入熱網(wǎng)系統(tǒng)，而是在泵內(nèi)循環(huán)，導致水溫升高而產(chǎn)生氣化現(xiàn)象。補水泵存有氣體，補水泵就不能正常工作了。為了解決補水泵的氣化問題，把補水變頻器設定成睡眠PID狀態(tài)。睡眠PID狀態(tài)，就是在熱網(wǎng)壓力小于設定壓力情況下，變頻器處在常規(guī)PID輸出控制模式，補水泵平穩(wěn)正常向熱網(wǎng)補水。當壓力達到設定值，經(jīng)過一段時間的延時后，變頻器就進入休眠