變頻器及plc系統(tǒng)在熱力站控制中的應(yīng)用

一、前言

　　在城市集中供熱系統(tǒng)中，熱力站作為熱網(wǎng)系統(tǒng)面對系統(tǒng)熱用戶 后一級調(diào)節(jié)單元，熱力站的控制效果直接決定熱用戶的采暖效果。太原市熱力公司所轄城市熱網(wǎng)包含400余座熱力站，供熱面積覆蓋太原市總采暖面積的60%，所有熱力站均采用間連型熱力換熱站。

　　在間連熱網(wǎng)熱力站中，二次網(wǎng)供回水壓力、溫度及流量均是影響供熱效果的重要因素，而二次網(wǎng)各供參數(shù)的調(diào)節(jié)主要是依靠對二次網(wǎng)循環(huán)泵及補(bǔ)水泵的控制。傳統(tǒng)的熱力站控制中，循環(huán)泵與補(bǔ)水泵一般都采用工頻泵，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)選型時(shí)已經(jīng)決定了系統(tǒng)二次網(wǎng)的主要參數(shù)，但是相對的，系統(tǒng)的適應(yīng)性、擴(kuò)展性及各參數(shù)的精確調(diào)整均受到極大限制。

　　太原熱力公司自99年起，開始逐步對太原集中供熱熱網(wǎng)的各個(gè)熱力站進(jìn)行自動(dòng)控制化改造。對于原有的熱力站，統(tǒng)一增加自控儀表、plc及變頻設(shè)備；對于新建的熱力站，在設(shè)計(jì)時(shí)即在工藝系統(tǒng)基礎(chǔ)上引入自控設(shè)備。自控系統(tǒng)輔助將熱力站的控制精確化，結(jié)合熱網(wǎng)中控室全網(wǎng)平衡系統(tǒng)及通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，進(jìn)行全網(wǎng)均勻調(diào)節(jié)，達(dá)到較好的控制效果。本文著重介紹自控系統(tǒng)及變頻器在熱力站控制中的應(yīng)用。

二、熱力站自控系統(tǒng)構(gòu)成

　　間連型熱力站自控系統(tǒng)按設(shè)備類型分，可分為：溫度、壓力變送器，流量計(jì)，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，循環(huán)泵及補(bǔ)水泵；按控制回路分，則可分為：一次網(wǎng)流量控制回路、二次網(wǎng)循環(huán)控制回路、二次網(wǎng)定壓回路。

　　在熱力站自控系統(tǒng)中，一次網(wǎng)流量控制回路主要通過調(diào)節(jié)一次回水調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)。二次網(wǎng)的調(diào)節(jié)回路則是通過調(diào)節(jié)二次網(wǎng)循環(huán)泵及補(bǔ)水泵轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)。一次網(wǎng)的控制指令主要由熱網(wǎng)調(diào)度中心根據(jù)全網(wǎng)平衡算法下發(fā)，而二次網(wǎng)循環(huán)泵及補(bǔ)水泵變頻器轉(zhuǎn)速則由站內(nèi)plc系統(tǒng)依據(jù)各熱力站所帶熱網(wǎng)的實(shí)際情況計(jì)算得出。

　　熱力站自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖。

　　圖1 典型熱力站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

三、系統(tǒng)控制思想

　　在集中供熱工程中由于各用戶的建筑面積、暖氣片性能及房屋保溫質(zhì)量各不相同，很難確定一組典型的室內(nèi)溫度作為直接被控量，而供、回水的平均溫度從整體上反映了各用戶暖氣片的平均溫度，因此一般的供熱系統(tǒng)都是根據(jù)室外環(huán)境溫度及不同的供熱時(shí)段來控制供、回水平均溫度的方法來間接控制用戶室溫。

　　在太原各熱網(wǎng)控制中，由于在進(jìn)行熱力站自控改造的同時(shí)，對熱網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)也進(jìn)行了調(diào)整。目前太原各個(gè)熱力分公司熱網(wǎng)調(diào)度中心都加設(shè)了全網(wǎng)平衡系統(tǒng)，調(diào)度中心通過與個(gè)熱力站進(jìn)行通訊，獲取熱網(wǎng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)室外溫度情況對全網(wǎng)熱力站的供熱效果進(jìn)行均勻調(diào)整。

　　各熱力站從控制中心獲取對應(yīng)的二次網(wǎng)供回水平均溫度，站內(nèi)系統(tǒng)將獨(dú)立控制回路分為二次網(wǎng)供回水平均溫度控制回路和一次網(wǎng)流量控制回路，根據(jù)平均溫度的偏差確定一次網(wǎng)流量的設(shè)定值，然后調(diào)節(jié)閥門開度使流量達(dá)到設(shè)定值。

　　站內(nèi)的控制系統(tǒng)還根據(jù)熱力站的實(shí)際情況對二次網(wǎng)循環(huán)泵及補(bǔ)水泵進(jìn)行調(diào)速，

　　系統(tǒng)根據(jù)二次網(wǎng)供、回水平均溫度的溫差，通過變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)總流量和溫度的調(diào)節(jié)。使循環(huán)水泵按照實(shí)際負(fù)荷輸出功率，減少不必要的電能損失，實(shí)現(xiàn)小流量大溫差的運(yùn)行模式。通過此舉，可以及時(shí)地把流量、揚(yáng)程調(diào)整到需要的數(shù)值上，消除多余的電能消耗，從而達(dá)到良好的節(jié)能效果。通常熱力系統(tǒng)會(huì)設(shè)計(jì)兩臺(tái)變頻泵，這不僅是為了系統(tǒng)備用，也是為了防止系統(tǒng)超調(diào)。如果負(fù)荷不夠，則泵的轉(zhuǎn)速加大，達(dá)到100％時(shí)還不滿足要求，則啟動(dòng)第二臺(tái)泵。同時(shí)系統(tǒng)還可以根據(jù)運(yùn)行時(shí)間自動(dòng)切換各循環(huán)泵，也提供低水壓保護(hù)和連鎖功能。

　　控制系統(tǒng)的二網(wǎng)供、回水壓力是熱網(wǎng)安全運(yùn)行的重要參數(shù)。供水壓力過高可能造成熱水管道及用戶暖氣片的破裂；供、回水壓力過低，使得部分熱用戶無法的到足夠熱量。恒壓控制的 佳方案是對補(bǔ)水泵進(jìn)行變頻調(diào)速控制，但考慮此處對壓力的穩(wěn)定性要求并不高，只要壓力不超出某一范圍即可，所以也可以采用開關(guān)補(bǔ)水控制方案。