变频器在换热站供热系统中的闭环控制作用

魏 萍 彭 莹 邓 震

(济宁市东郊热电厂，山东 济宁272200)

0 引言

随着变频器的推广应用，其在集中供热行业中也越来越被广泛的用于换热站供热系统。如补水泵、循环水泵变频控制等，其中补水泵变频控制应用较多。变频调速属于无转差损耗的高效调速方法，功率因数能达到90%以上，利用变频器不仅可以直接控制电机转速，而且在变频的同时，电源电压也可以依据负载大小相应调节，利用变频器调节转速来实现对水泵流量、压力的调节，使供热系统运行更加稳定，操作更为方便、灵活，节能效果明显。同时减少了供热系统中阀门、管件、换热器、水泵等设备的维修量，设备使用寿命延长，其综合效益十分显著。

1 换热站补水泵的闭环控制系统

为了保证站内及其管网的运行水压恒定，由补水泵及时补充因流失、泄漏等原因造成的水量损失。在系统补水过程中，换热站内循环热水回水管上的压力变送器或远传压力表，监测系统回水压力。该信号传送到PI调节器，经与设定值比较后，其差值模拟量送入控制补水泵的变频器，来调节补水泵电机的转速。同时也调节了补水泵的补水流量和压力，以保证整个供回水系统内的水压恒定。

补水定压控制点的位置选择及设定值大小：

定压控制点的选择，一般有两种方式。一是，选在循环水泵入口处，在循环泵的入口处加装压力传感器或远传压力表，通过压力传感器或远传压力表与变频器的联动调节来确定系统恒压点的确切位置；二是，选在最不利环路用户的供水入口处。

（1）定压控制点选在循环水泵入口处，其设定值H0为：

式中：H0为系统静压Kpa；

Hj为整个系统最高建筑物（或最高供热管）高度Kpa；

Hd为最高建筑物（或供热点）所处地点与换热站的地形标高差（测量高程），Kpa；

Hg相应水温的汽化压力，Kpa；

20～30 为安全裕量，Kpa。

（2）压力控制点选在最不利环路用户的供水入口处，其设定值Pn为：

Po：热源恒压点的压力值；

ΔPr：在设计工况下，从n用户到热源恒压点的回水干管压降；

Δpy：n用户的资用压头。

在压力控制点的选择方式中，选在最远用户供水入口处利于节能，而选在循环水泵入口处便于调节。

2 换热站循环水泵的闭环控制作用

在机械循环热水采暖系统中，循环水泵是系统的核心设备，同时又是耗电量较大的设备，合理的选型既能保证系统的正常运行，也降低能耗。在换热站采暖系统中，循环水泵的功率较大，利用变频器调节其转速的节电潜力应比变频补水定压大得多，但是投资比较大。近期设计的几个换热站都是利用变频器调节循环水泵的。如市区新世纪花园换热站等，虽然建设投资比较大，但是节电效果比较明显。在设计的换热站中，循环泵一般是一用一备或两用一备，设计中常采用一台变频器控制多台循环水泵的运行，其中一台循环水泵变频运行，其它循环泵工频运行。利用变频器调节循环水泵，可以由定流量转为变流量运行。

在循环水系统中，水泵的作功通过水泵出水压力P2和回水压力P1的压力差ΔP来描述，即ΔP=P2-P1。

流量Q、管阻R与压力差ΔP之间的关系为：

而水泵作功的功率为：

因为Q∝n，所以水泵的功率P与其转速n的平方成正比。即：

通过理论分析和实际测定可以得出变频器控制水泵运行的优点如下：

（1）改善外网运行工况，节能降耗：循环水泵实现变流量调节后，整个采暖期与定流量系统相比至少节电30%-50%，节能效果十分显著。

（2）变频调速使电动机、水泵经常低于工频状态下运行，减轻机械磨损，降低噪音。

（3）电动机直接启动时，启动电流为额定电流的4-6倍，而变频调速后启动电流是额定电流的1/4，改善了电动机的启动性能，减少了启动电流对电气设备的冲击，延长了设备的使用寿命。

（4）供热系统运行稳定，调节灵活，供热效果较好。

3 结束语

综上所述，从现场实际运行效果来看，在换热站中采用变频器控制补水泵、循环泵，即采用变频调速技术，不仅解决了设备“大马拉小车”的问题，节能效果比开环运行有较明显提高。还能配合自力式平衡阀综合治理变流量系统水力失调，更适应在分户计量控制系统运行。延长供热系统中设备使用寿命，维修工作量减小。变频器质量和应用技术已十分成熟，今后将会得到更为广阔的发展和应用。

［1］热水采暖设计手册[S].山东建筑设计院，山东建筑学会暖通空调专业委员会.

［2］电气时代[J].2005(1).