探討變頻器在換熱站供暖設(shè)備上的應(yīng)用

1、<p>　　探討變頻器在換熱站供暖設(shè)備上的應(yīng)用</p><p>　　【摘要】：現(xiàn)代化的小區(qū)需要根據(jù)節(jié)能減排和推廣應(yīng)用節(jié)能新技術(shù)的工作部署，對整個換熱站的供暖設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，開始逐步對供熱網(wǎng)中的各個區(qū)域進(jìn)行自動控制化改造，增加變頻器和自控設(shè)備。自控系統(tǒng)監(jiān)測到的實時運(yùn)行參數(shù)反饋到控制系統(tǒng)，經(jīng)與設(shè)定值比對后給出控制信號，通過例如控制電動調(diào)節(jié)閥閥門的開度、變頻器改變循環(huán)泵的頻率實現(xiàn)變流量控制，從而控制熱力

2、站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到很好的供熱和節(jié)能效果。本文從物業(yè)管理者的角度，對變頻器在換熱站供暖設(shè)備上的應(yīng)用進(jìn)行了簡單的探析。在本文中首先介紹了換熱站供暖系統(tǒng)的構(gòu)成及變頻技術(shù)原理，便于對換熱站使用變頻器開展節(jié)能工作；然后基于小區(qū)換熱站供暖耗能的現(xiàn)狀對變頻器的應(yīng)用及節(jié)能改造提出了可行的方案，使變頻器能夠得到有效的應(yīng)用；接著對變頻器在換熱站系統(tǒng)應(yīng)用中的控制進(jìn)行了探究，并對實際的工程進(jìn)行了分析。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞

3、】：變頻器換熱站供暖設(shè)備應(yīng)用 </p><p>　　中圖分類號： G267文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： </p><p><b>　　引言 ： </b></p><p>　　交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)是新一代電力拖動技術(shù)，集現(xiàn)代電子、信息和智能技術(shù)于一體，在小區(qū)換熱站供暖設(shè)備中應(yīng)用可以大幅度地降低供熱能耗以及物業(yè)管理人員的工作量，提高工作的質(zhì)量，在當(dāng)前

4、情況下將變頻器應(yīng)用到小區(qū)換熱站供暖設(shè)備上有著巨大的意義。 </p><p>　　一、換熱站供暖系統(tǒng)的構(gòu)成及變頻技術(shù)原理 </p><p>　　1、換熱站供暖系統(tǒng)的構(gòu)成 </p><p>　　一次管網(wǎng)循環(huán)水經(jīng)過換熱機(jī)組與二次管網(wǎng)循環(huán)水在換熱器進(jìn)行熱交換，二次供暖系統(tǒng)回水在換熱器換熱后達(dá)到設(shè)定的二次供水溫度，循環(huán)泵將加熱后的二次供水送到用戶端采暖，采暖回水又通過循環(huán)泵送

5、到換熱器再進(jìn)行熱交換?？梢钥闯?，供暖換熱系統(tǒng)的工作過程是一個不斷的進(jìn)行熱交換的能量傳遞過程，上述工作需要通過換熱設(shè)備來完成。換熱站設(shè)備包括電源控制柜、換熱機(jī)組、軟化水裝置、補(bǔ)水系統(tǒng)、集水包、分水包、除污器、一、二次管網(wǎng)、各種閥門、熱工儀表、溫度、壓力傳感器等組成。供暖換熱機(jī)組由換熱器、循環(huán)水泵等設(shè)備組成。如果二次循環(huán)水在循環(huán)過程中發(fā)生泄露，通過壓力傳感器自動跟蹤二次回水管網(wǎng)的壓力變化，補(bǔ)水系統(tǒng)在變頻器的控制下自動啟停，最后維持系統(tǒng)的設(shè)定

6、壓力。 </p><p>　　2、變頻技術(shù)的調(diào)節(jié)原理 </p><p>　　交流異步電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速公式為n=60f(1-s)/p </p><p>　　式中n—交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速 </p><p><b>　　f—為電源頻率 </b></p><p><b>　　p—為極對數(shù) </b

7、></p><p><b>　　s—轉(zhuǎn)差率 </b></p><p>　　由公式可見，在極對數(shù)不變的情況下，只要轉(zhuǎn)速差率變化不大，交流異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速基本與電源頻率成正比，改變電源頻率，即可改變交流異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。在換熱站中就是通過變頻器來改變循環(huán)泵電機(jī)頻率從而改變循環(huán)泵電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)而改變循環(huán)泵輸出流量的。 </p><p>　　變頻調(diào)速

8、在供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用，以設(shè)定循環(huán)泵恒定壓差為例，在二次供、回水管網(wǎng)上裝設(shè)壓力傳感器，用來檢測供回水管路上的壓差，并把壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號送到變頻器的輸入端口，經(jīng)變頻器內(nèi)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)計算，并與設(shè)定壓差進(jìn)行比較后，給出輸出頻率，以改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，來達(dá)到控制二次管網(wǎng)壓差的目的。當(dāng)熱用戶調(diào)節(jié)閥的開度時，引起循環(huán)水量的變化，管網(wǎng)壓力隨之變化，循環(huán)泵水泵電機(jī)隨之做相應(yīng)調(diào)整，即壓差減小時增加轉(zhuǎn)速，壓差增大時減小轉(zhuǎn)速。同樣道理，當(dāng)補(bǔ)水泵需要恒壓控制

9、時，將按照控制點的壓力變化相應(yīng)調(diào)整補(bǔ)水泵的轉(zhuǎn)速。 </p><p>　　二、供暖設(shè)備變頻節(jié)能 </p><p>　　1、供暖設(shè)備變頻節(jié)能改造原理 </p><p>　　循環(huán)水泵為循環(huán)水提供動力。當(dāng)換熱站中循環(huán)水泵電機(jī)以50Hz工頻運(yùn)行時，根據(jù)循環(huán)泵的工作特性曲線及管路特性曲線，只要管路阻力基本維持恒定，循環(huán)泵輸出流量也就無法隨著供暖負(fù)荷的變化而自動調(diào)節(jié)。當(dāng)需要調(diào)節(jié)供

10、暖負(fù)荷而調(diào)節(jié)流量時，通常采用開大閥門或關(guān)小閥門來人為調(diào)節(jié)管路阻力，從而改變循環(huán)泵的工作點來調(diào)整泵的流量。由于溫度是個滯后參數(shù)，調(diào)節(jié)周期長，且難于調(diào)好。況且在閥門上產(chǎn)生了附加損失，浪費(fèi)了大量能源。 </p><p>　　對循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行變頻的改造正是基于以上原因。改造后的系統(tǒng)，能夠根據(jù)室外溫度傳感器、二次供暖系統(tǒng)溫度、壓力傳感器，經(jīng)過PLC控制器處理，通過調(diào)整一次管網(wǎng)電動調(diào)節(jié)閥的開度及通過變頻器適時適量地控制二次管

11、網(wǎng)循環(huán)泵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)循環(huán)泵的輸出流量，滿足供暖負(fù)荷要求。這就使電動機(jī)在整個供暖過程當(dāng)中的能量消耗降到最小程度。此外，應(yīng)用變頻器還能提高管路系統(tǒng)效率，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少電動機(jī)的無功損耗，從而提高供電效率和供電質(zhì)量。綜上所述，不難看出，對供暖換熱系統(tǒng)進(jìn)行變頻節(jié)能改造可以帶來巨大節(jié)能效果。 </p><p>　　2、原有供暖電氣設(shè)備變頻節(jié)能改造方案 </p><p>　　對原系統(tǒng)進(jìn)行

12、變頻改造時，為確保安全可靠性，對原系統(tǒng)電控設(shè)備盡量不作變動。另外，保留循環(huán)泵電動機(jī)運(yùn)行回路，增加控制電路，保證用戶可以方便地進(jìn)行工頻和變頻運(yùn)行的切換。 </p><p>　　變頻器采用愛默生TD系列，此類變頻器有其獨(dú)特的節(jié)能降耗、變頻調(diào)速、可編程多操作模式、保護(hù)功能完善等特點。特別在供水、供風(fēng)方面的應(yīng)用最經(jīng)濟(jì)、最有特色。 </p><p>　　該系統(tǒng)有手動和自動兩種變頻功能和一種工頻功能。

13、設(shè)立兩種工作模式，安全系數(shù)大。在變頻模式下，手動時，可以人為隨意給定頻率，控制循環(huán)泵的輸出流量，調(diào)節(jié)供暖溫度。自動時，變頻器和PLC進(jìn)行通信，PLC根據(jù)室外溫度傳感器和二次供回水溫度傳感器傳上來的信號進(jìn)行處理，按照供熱要求給變頻器發(fā)出控制指令，控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)循環(huán)泵輸出流量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。在變頻器出故障時，可手動切換到工頻運(yùn)行，保證繼續(xù)供熱不停產(chǎn)。 </p><p>　　對于補(bǔ)水系統(tǒng)，采用工頻補(bǔ)水和變

14、頻器補(bǔ)水相結(jié)合。平時，投入變頻器補(bǔ)水泵，若系統(tǒng)失水低于二次回水管網(wǎng)設(shè)定點壓力時，補(bǔ)水變頻器自動起動，自動跟蹤二次回水管網(wǎng)壓力。補(bǔ)水變頻器使用的是閉環(huán)系統(tǒng)，采用的是PID調(diào)節(jié)，傳感器是壓力傳感器，安裝于二次回水管網(wǎng)中。當(dāng)變頻器故障或補(bǔ)水量大時，啟動工頻補(bǔ)水泵。 </p><p>　　三、換熱站變頻系統(tǒng)的控制 </p><p><b>　　1、系統(tǒng)控制目標(biāo) </b><

15、;/p><p>　　每個換熱站主要由換熱器組成的換熱系統(tǒng)、兩臺或三臺循環(huán)水泵組成的循環(huán)水系統(tǒng)和兩臺補(bǔ)水泵組成的補(bǔ)水系統(tǒng)來構(gòu)成。一臺或兩臺循環(huán)泵采用一臺或兩臺愛默生TD2000變頻器控制，另一臺循環(huán)泵采用工頻控制，一臺補(bǔ)水泵采用一臺愛默生TD900變頻器控制，另一臺補(bǔ)水泵采用工頻控制?？删幊炭刂破鳎⊿iemens S7-300）采集變頻器的狀態(tài)數(shù)據(jù)并給出控制信號，構(gòu)成現(xiàn)地測控系統(tǒng)。 </p><p&

16、gt;<b>　　2、循環(huán)泵控制 </b></p><p>　　(1)控制回路在自動狀態(tài)下，變頻循環(huán)泵能夠使二次側(cè)進(jìn)出口壓差處于恒定，操作員可在觸摸屏上設(shè)定恒定值； </p><p>　　(2)若二次側(cè)回水壓力低于預(yù)設(shè)的回水壓力下限值，循環(huán)泵自動停止運(yùn)行；若二次側(cè)回水壓力高于預(yù)設(shè)的回水壓力上限值，循環(huán)泵將自動啟動； </p><p>　　(3)

17、控制回路在手動狀態(tài)下，操作員可以通過控制柜上的按鈕進(jìn)行啟/停、加/減速控制。 </p><p>　　變頻器循環(huán)泵系統(tǒng)進(jìn)行恒壓差控制，以二次側(cè)進(jìn)出口壓差作為控制目標(biāo)。手動狀態(tài)下，可以由控制柜面板上的加速/減速按鈕直接對變頻器進(jìn)行加速/減速輸入；在自動狀態(tài)下，由壓力傳感器測得二次側(cè)進(jìn)出口壓力值，計算進(jìn)出口壓差作為反饋值，和進(jìn)出口壓差設(shè)定值比較，給出變頻器的頻率控制信號，實現(xiàn)系統(tǒng)在進(jìn)出口壓差恒定狀態(tài)下運(yùn)行。 </

18、p><p><b>　　3、補(bǔ)水泵控制 </b></p><p>　　(1)控制系統(tǒng)在自動狀態(tài)下，變頻補(bǔ)水泵要使二次側(cè)回水壓力處于恒定； </p><p>　　(2)當(dāng)二次側(cè)回水壓力低于回水壓力下限值時，補(bǔ)水泵自動啟動，當(dāng)二次側(cè)回水壓力高于回水壓力上限值時，補(bǔ)水泵停止（補(bǔ)水箱水位條件要滿足）； </p><p>　　(3)控

19、制回路在手動狀態(tài)下，操作員可以通過控制柜上的按鈕進(jìn)行啟/停、加/減速控制。 </p><p>　　變頻器補(bǔ)水泵系統(tǒng)進(jìn)行恒壓控制，以二次側(cè)回水壓力為控制目標(biāo)。當(dāng)回水壓力低于壓力下限時即自動啟動補(bǔ)水，達(dá)到設(shè)定壓力時自動停止補(bǔ)水，使管道內(nèi)水壓力滿足系統(tǒng)啟動條件。 </p><p>　　四、換熱站變頻節(jié)能實例 </p><p>　　1、換熱站變頻節(jié)能實例 </p>

20、;<p>　　某小區(qū)的換熱站中，循環(huán)泵采用兩臺15kW、揚(yáng)程29米、流量195立方米的電機(jī)拖動。因為管道采暖二次供水溫度通常小于60℃，因此若采用開大或關(guān)小閥門的辦法來調(diào)節(jié)溫度，調(diào)節(jié)周期長，效果不顯著。但是若變頻調(diào)速來改變循環(huán)泵的流量，既節(jié)能又可實時調(diào)溫，效果很好。通過大量時間的觀察和記錄，變頻器大部分工作在35～45Hz之間。 </p><p>　　2、供暖換熱系統(tǒng)的變頻改造節(jié)能分析 </p

21、><p>　　循環(huán)水泵是傳遞流體的裝置，這類負(fù)載消耗的能量與流量的立方成正比，根據(jù)能量消耗與轉(zhuǎn)速的關(guān)系式： </p><p>　　Q＝K1n；H＝K2n2； </p><p>　　P＝Q×H＝K1n×K2 n2＝K3 n3 </p><p>　　式中，K1、K2、K3為常數(shù)，n為電機(jī)的轉(zhuǎn)速。又，三相交流異步感應(yīng)電機(jī)n＝60&#

22、215;f×(1-s)/p，式中f為供電頻率，s為轉(zhuǎn)差率，p為電機(jī)極數(shù)。電機(jī)一旦選定后，s、p基本確定，則n可近似為n＝K0f，即與供電頻率成線性正比例關(guān)系。當(dāng)頻率為50Hz時，n＝K0×50轉(zhuǎn)／分；功率P1＝K3（K0×50）3＝K×503；當(dāng)頻率為40Hz時，n＝K0×40轉(zhuǎn)／分，功率P2＝K3（K0×40）3＝K×403。（P2／P1）％＝（K×403

23、／K×503）％＝51％，由此可見，當(dāng)電源頻率從50Hz降為40Hz時，就可以節(jié)電達(dá)49％。 </p><p><b>　　結(jié)束語 </b></p><p>　　換熱站供暖換熱系統(tǒng)采用變頻器技術(shù)和自控技術(shù)，具有自動化程度高、高效節(jié)電、調(diào)整方便、保護(hù)功能齊全等優(yōu)點，既具有直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)整方便的特點，又具有交流電機(jī)使用維修簡單的特點，有利于延長設(shè)備使用壽命，可實

24、現(xiàn)電動機(jī)的軟起動，啟動平滑無沖擊。這樣一方面可以減少啟動時對電機(jī)和電網(wǎng)的沖擊，既保護(hù)了電動機(jī)，延長其使用壽命；另一方面調(diào)速變流量，達(dá)到了調(diào)節(jié)溫度的目的；更重要的是節(jié)約了能源，和工頻運(yùn)行相比可節(jié)能40～50％。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 朱熙賢. 變頻技術(shù)在換熱站供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 科技風(fēng). 2010(19) &