熱力站電氣設(shè)備的控制

1、淺談間供熱力站電氣設(shè)備的控制摘要：本文主要講述間供熱力站電氣設(shè)備的控制方式，從熱力站發(fā)展的視線(xiàn)，分析了間供站循環(huán)泵、補(bǔ)水泵的電氣控制線(xiàn)路。分析了不同熱網(wǎng)系統(tǒng)模式下，循環(huán)泵、補(bǔ)水泵應(yīng)采取的控制策略和控制方法。關(guān)鍵詞：循環(huán)泵、補(bǔ)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(chǎng)供給的熱，都要通過(guò)熱力站送給熱用戶(hù)，供熱模式不同，熱力站中配備的設(shè)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(shè)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(shè)備的熱力站，發(fā)展到無(wú)人值守遠(yuǎn)程監(jiān)控的熱力站。一、最簡(jiǎn)單的熱力站直供站直供站就是使用熱源廠(chǎng)的熱水或蒸汽

2、直接做熱介質(zhì)直接供給熱用戶(hù)。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(shè)備。熱源廠(chǎng)和熱用戶(hù)通過(guò)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(lái)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(chǎng)直接供用戶(hù)，溫度高，控制難，浪費(fèi)熱能，而且整個(gè)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(chǎng)間接給熱用戶(hù)供熱的熱力站稱(chēng)為間供站。在熱源廠(chǎng)和熱力站之間循環(huán)的水稱(chēng)作一次水，在熱用戶(hù)和熱力站之間循環(huán)的水稱(chēng)作二次水。一次側(cè)水的熱量通過(guò)換熱設(shè)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(hù)。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(gè)明顯特征就是二次網(wǎng)循環(huán)系統(tǒng)和二次網(wǎng)補(bǔ)水系統(tǒng)。間供站另外特點(diǎn)就是可控參數(shù)增加，可以有效的控制熱力站的輸入熱負(fù)荷和輸出熱負(fù)荷，通過(guò)對(duì)整個(gè)熱網(wǎng)熱負(fù)荷分配，達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的平衡。間供站電氣設(shè)備控制分為循環(huán)泵控制系統(tǒng)、補(bǔ)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(dòng)力。循環(huán)泵功率由二次網(wǎng)的大小決定。對(duì)循環(huán)泵的控制實(shí)際就是對(duì)循環(huán)泵電機(jī)的控制。循環(huán)泵目前流行三種主要控制線(xiàn)路:接觸器控制線(xiàn)路、軟起控制線(xiàn)路和變頻控制線(xiàn)路。1.1接觸器控制線(xiàn)路：是以接觸器作為主控元件，對(duì)循環(huán)泵進(jìn)行控制的電氣線(xiàn)路。一般由空氣開(kāi)關(guān)、接觸器、熱保護(hù)

4、器等主要元器件組成。根據(jù)循環(huán)泵電機(jī)功率大小有分為直接啟動(dòng)、Y-啟動(dòng)、和自耦變壓器啟動(dòng)。一般情況下電機(jī)功率小于11千瓦的適合直接啟動(dòng)。在11-35千瓦的電機(jī)用Y-啟動(dòng)，35千瓦以上的電機(jī)使用自耦變壓器啟動(dòng)。1.2軟啟動(dòng)器控制線(xiàn)路：是以軟啟動(dòng)器作為主控元件，對(duì)循環(huán)泵進(jìn)行控制的電氣線(xiàn)路，如圖1所示。一般由空氣開(kāi)關(guān)和軟啟動(dòng)器等原件組成。軟啟動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)在于軟啟動(dòng)器不僅能夠軟起動(dòng)循環(huán)泵，還可以軟停循環(huán)泵。在軟啟動(dòng)控制線(xiàn)路中，對(duì)多個(gè)同功率循環(huán)泵，有采用單臺(tái)軟起啟動(dòng)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(xiàn)路維護(hù)復(fù)雜，不能軟停，所以在實(shí)際運(yùn)用中，不提倡這樣的控制模式。軟起控制線(xiàn)路與接觸器控制線(xiàn)

5、路相比，對(duì)電網(wǎng)的沖擊小，如果前端變壓器容量較小，不能承載電機(jī)額定電流4-7倍沖擊時(shí)，可選用軟啟動(dòng)器線(xiàn)路。1.3變頻器控制線(xiàn)路：是以變頻作為主控元件，對(duì)循環(huán)泵進(jìn)行控制的電氣線(xiàn)路。一般由空氣開(kāi)關(guān)和變頻器等元件組成，如圖2所示。變頻器的優(yōu)點(diǎn)在于變頻器不僅能夠軟起動(dòng)循環(huán)泵，還可以對(duì)循環(huán)泵調(diào)速。變頻器控制線(xiàn)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(fèi)用較高。但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)看,其調(diào)速功能對(duì)熱網(wǎng)調(diào)節(jié)非常方便，對(duì)于設(shè)計(jì)余量較大的熱網(wǎng)系統(tǒng)有很大的節(jié)能效果。就是設(shè)計(jì)很匹配的系統(tǒng)，在初寒期和末寒期可通過(guò)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(dòng)對(duì)電網(wǎng)沒(méi)有沖擊，對(duì)前端變壓器

6、余量沒(méi)有要求。變頻器對(duì)電機(jī)的保護(hù)也非常全面。電流過(guò)流、導(dǎo)線(xiàn)短路、接地、電壓超壓、缺相、電機(jī)堵轉(zhuǎn)等保護(hù)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(shí)，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(shù)的日臻完善和產(chǎn)品價(jià)格的降低，變頻器在熱網(wǎng)上的應(yīng)用應(yīng)該更加普及。2二次熱網(wǎng)補(bǔ)水控制系統(tǒng)：通過(guò)補(bǔ)水設(shè)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(guò)到達(dá)熱網(wǎng)中的每個(gè)熱用戶(hù)中。當(dāng)熱網(wǎng)壓力不足時(shí)，熱網(wǎng)高點(diǎn)用戶(hù)管道中可能沒(méi)有熱介質(zhì)，介質(zhì)不能良好的循環(huán)。表現(xiàn)在熱用戶(hù)上就是供熱設(shè)施不熱。當(dāng)補(bǔ)水壓力超出需要的壓力值是，對(duì)于新管線(xiàn)來(lái)講，如果超出的值不太大，一般沒(méi)有問(wèn)題。但對(duì)于投用時(shí)間很久的設(shè)施來(lái)說(shuō)，

7、高壓力運(yùn)行是非常危險(xiǎn)的。尤其是底層用戶(hù)，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(duì)熱網(wǎng)運(yùn)行非常重要。2.1 二次網(wǎng)補(bǔ)水有三種形式：水箱為水源給二次網(wǎng)補(bǔ)水，一次網(wǎng)為水源給二次網(wǎng)補(bǔ)水，民用自來(lái)水給二次網(wǎng)補(bǔ)水。水箱為水源給二次網(wǎng)補(bǔ)水：這種方式為間供熱力站的主要補(bǔ)水方式，特點(diǎn)是能夠根據(jù)需要選取不同壓力范圍的補(bǔ)水泵，控制靈活。其發(fā)展由人工操控補(bǔ)水泵的簡(jiǎn)單控制方式，到補(bǔ)水泵、控制器、執(zhí)行器和傳感器組成復(fù)雜控制方式。2.1.2 人工補(bǔ)水泵補(bǔ)水方式：這是最簡(jiǎn)單的補(bǔ)水方式，由操作工根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)壓力來(lái)啟停補(bǔ)水泵。補(bǔ)水泵的電機(jī)由空開(kāi)、接觸器、熱繼電器組成的電路控制。補(bǔ)水泵電機(jī)功率都較小，一般采

8、用電機(jī)直接啟動(dòng)。這種控制方式由人來(lái)掌控補(bǔ)水情況，對(duì)人的依賴(lài)性很大。容易造成補(bǔ)水的不及時(shí)。工作量大，勞動(dòng)生產(chǎn)率低。2.1.3 電接點(diǎn)壓力表自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)：在人工補(bǔ)水控制方式基礎(chǔ)上，增加一塊電接點(diǎn)壓力表，就組成了電接點(diǎn)壓力表自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電接點(diǎn)壓力表，空開(kāi)、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(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能，在自動(dòng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)轉(zhuǎn)到手動(dòng)控制狀態(tài)。電接點(diǎn)壓力表的作用是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)壓力值，并且給出電機(jī)啟停信號(hào)。繼電器邏輯電路接受啟停信號(hào)，控制接觸器動(dòng)作，來(lái)控制補(bǔ)水泵的運(yùn)行。這種補(bǔ)水系統(tǒng)的缺點(diǎn)，電接點(diǎn)壓力表的接點(diǎn)是壓力表表盤(pán)上表針，在控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，表針有電流流過(guò)，接點(diǎn)閉合斷開(kāi)時(shí)，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(bǔ)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(jié)構(gòu)。熱網(wǎng)的二次壓力信號(hào)，由遠(yuǎn)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(shè)定壓力的大小，通過(guò)內(nèi)部的運(yùn)算，把控制信號(hào)給電機(jī)控制線(xiàn)路，來(lái)控制補(bǔ)水泵的啟停。這種系統(tǒng)的控制邏輯由調(diào)節(jié)表來(lái)完成，控制方式合理。投資小，系統(tǒng)較穩(wěn)定，但控制線(xiàn)路較復(fù)雜。2.1.5 變頻器補(bǔ)水系統(tǒng)：變頻器目前作為交流電機(jī)的最好控制設(shè)備，在熱網(wǎng)補(bǔ)水系統(tǒng)中也得到了廣泛的應(yīng)用。它可以根據(jù)熱網(wǎng)的實(shí)際情況靈活的改變控制方式。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展變頻器補(bǔ)水系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單和可靠。2.1.5.1 變頻器直接控制系統(tǒng)。這是最簡(jiǎn)

10、單的變頻器補(bǔ)水系統(tǒng)，它的電路組成就是空開(kāi)、變頻器、補(bǔ)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(shí)際情況把變頻器設(shè)定成一定頻率，電機(jī)在一定的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行對(duì)熱網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)水。對(duì)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(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系為線(xiàn)性關(guān)系Q1/Q2=n1/n2 ,選擇一定的轉(zhuǎn)速就能達(dá)到一定的補(bǔ)水量。這一補(bǔ)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(yīng)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(jìn)的補(bǔ)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(bǔ)水泵，如圖3所示。在調(diào)節(jié)器XMA5000上設(shè)定需要的壓力值，壓力傳感器PT把熱

11、網(wǎng)的實(shí)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(shí)際壓力值，進(jìn)行PID運(yùn)算后，輸出值控制變頻器，變頻器根據(jù)得到的輸出指令來(lái)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。近年來(lái)，隨著變頻器技術(shù)的進(jìn)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(yùn)算。圖4示出了變頻器具有PID功能補(bǔ)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(jiǎn)單，維護(hù)簡(jiǎn)便。變頻器補(bǔ)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(yùn)行。對(duì)于大熱網(wǎng)系統(tǒng)或系統(tǒng)比較陳舊,系統(tǒng)特點(diǎn)就是失水量較大,處于長(zhǎng)期失水狀態(tài)，補(bǔ)水泵基本上長(zhǎng)期處在補(bǔ)水狀態(tài)，使用常規(guī)PID輸出控制模式。對(duì)于一般熱網(wǎng)系統(tǒng)或新熱網(wǎng)系統(tǒng)，特點(diǎn)是失水量小，系統(tǒng)處在間歇性失水狀態(tài)，補(bǔ)水泵應(yīng)該間斷性補(bǔ)水。這時(shí)如果使用常規(guī)PID輸出控制模式，系統(tǒng)在不缺水時(shí)間段PID輸出值較小，電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，水泵的輸出壓力低于系統(tǒng)內(nèi)的壓力。這時(shí)盡管補(bǔ)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(dǎo)致水溫升高而產(chǎn)生氣化現(xiàn)象。補(bǔ)水泵存有氣體，補(bǔ)水泵就不能正常工作了。為了解決補(bǔ)水泵的氣化問(wèn)題，把補(bǔ)水變頻器設(shè)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(shè)定壓力情況下，變頻器處在常規(guī)PID輸出控制模式，補(bǔ)水泵平穩(wěn)正常向熱網(wǎng)補(bǔ)水。當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延時(shí)后，變頻器就進(jìn)入休眠