热电集中供热系统变频节能改造分析

李 昕

(太原市热力公司，太原 030012)

热电集中供热系统变频节能改造分析

李 昕

(太原市热力公司，太原 030012)

针对热电集中供热系统人工调节对电网冲击大、耗能高的问题，提出对供热系统进行变频节能改造，介绍变频器应用于集中供热中的优点，结合某热力站运行管理实际情况，分析供热系统变频节能改造的实施和变频器控制方式，说明改造后的节能降耗效果和注意事项。

变频器；集中供热；节能降耗 ；循环水泵

随着社会的发展和企业价值观的转变，企业如何合理使用能源，提高资源的综合利用率，节能降耗被提到一个全新的高度，得到越来越多的人推崇，成为了社会的主旋律和发展主题，更是企业的生存之本，因此，树立一种“点点滴滴降成本，分分秒秒增效益”的节能意识，能使企业以最好的管理实现节能效益的最大化。

1 供暖系统变频节能改造的提出

随着供热面积逐年递增，太原市换热站由过去的十几座发展到现在的几百座。供热系统是通过电机带动定量循环水泵来提供循环水的动力。循环水泵和补水泵的运行都是以工频的形式运行，循环水泵输出流量无法随着供暖负荷的变化而增减，始终保持恒定的流量。当需要调节供热负荷而调节流量时，通常采用节流调节，即手动开关循环水泵出口阀门开度来调节，这种调节方式是循环水泵的转速不变，开关阀门，人为改变热网系统特性阻力曲线，从而改变水泵的流量及扬程。由于温度是个滞后参数，反馈周期长，而且难以调节好，在阀门上易产生附加损失，造成节流损失，影响阀门的寿命，同时浪费大量能源[1]。

原来热网温度和流量分别采用的是人工调节、传统全压启动及工频运行(一种速度下运行)方式，这种方式不仅对电网冲击大、耗能高，而且缩短机电设备寿命。鉴于这种情况，太原市热力公司投入资金对旧控制模式进行技术改造，增加变频器拖动和自动化控制技术，并加入全网平衡软件远程调节频率赫兹数，使分散性的各供热系统成为一个整体，根据各自系统的需求，实现供热能源的按需分配，确保热网经济、安全、稳定运行。

2 变频器的优点

在供暖循环系统中，使用变频器拖动循环水泵有以下优点：一是采用艾默生EV2000系列变频器实现平稳启动——软启动，使启动电流在零至额定电流之间，减少电网冲击电流的电磁应力和对设备的损害，延长使用寿命，从而减少设备故障率，减少维护费用，节省人力、物力[2]；对输出频率进行调节，保持供回水压差处于恒定，在DCS自动控制状态下，由压力传感器测得进出口压力值，计算进出口压差作为反馈值和进出口压差设定值比较，使系统在进出口压差恒定状态下稳定运行；可实现减速停车，从而消除水锤效应对水泵、阀门及管道的冲击，同时可免去开机前关闭出水阀， 开机后再打开出水阀这一频繁操作。二是利用变频器 PID 功能实现开环闭环控制，对供水压力、回水温度进行恒压恒温调节，达到节约热量、电量的目的；使供暖系统实现能源的经济、合理、平稳使用，减少由于能源消耗造成的环境污染。三是在PLC控制器和远程上位软件的配合下，实现自动化程序控制，可视化界面操作。

3 供暖系统变频改造分析

3.1 改造情况

某热力站为2013年新建落成小区，只有1 栋30层高层建筑，楼内采暖系统以地板辐射为主。小区建筑基本符合山西省建筑节能标准的要求[3]，入住率达到了95%以上，采暖方式采用热力站分高、低区采暖系统分别供热，高区采暖系统供热面积为1.5万m2，低区采暖系统供热面积为1.035万m2，总采暖供热面积2.535万m2。高、低区供热机组均按照无人值守、定期巡检运行管理模式设计。该热力站采用了4台15 kW的循环水泵拖动循环水系统，所有循环水泵的控制采用的是艾默生EV2000 15 kW的低压交流变频器。在“远程”控制状态时，通过DCS控制系统采集管网压力和温度等信号，按照供热需求给变频器发出4～20 mA的控制指令，调整变频频率，控制电机转速和循环水泵输出流量，从而达到调节温度的目的；在“本地”控制状态时，操作人员可以通过现场控制柜上的按钮进行启动/停止，加/减速控制，人为调整变频的输出频率，控制循环水泵的输出流量，调节供暖温度。热力站在采暖期运行无故障情况下，保证24 h连续运行，维持始端及末端用户供热稳定。

3.2 变频器控制方式

变频器控制方式分频率控制和流量控制2种，热力站采用频率控制，变频器频率按全天24 h分7个时段(即4：30-7：30，7：30-9：30，9：30-16：30，16：30-18：30，18：30-21：30，21：30-23：30，23：30-4：30)进行浮动控制，把循环水泵由“本地”状态切换至“远程”状态，同时根据热力站的供热面积、二次网及庭院管网的长度以及管网的耐压程度确定基础频率和循环水泵变频浮动范围。

4 改造效果及注意事项

4.1 改造效果

热力站采暖系统在初寒期和末寒期根据室外气候变化和用户热负荷变化情况，在保证供热品质前提下，调整循环水泵变频频率的浮动，增强系统供热参数与室外气候变化之间的联动性，达到既节约燃料又保证供热质量的要求，这样就使得循环水泵的负荷大部分时间运行在最佳流量状态。现对2个采暖期12月份的水耗量、动力电耗量进行比较，分别见表1、表2。

表1 12月用水耗量 t

2013年2014年月耗量每百平米耗量月耗量每百平米耗量超+(节-)用量每百平米耗量超节155.930.615660.2603-89.93-0.3547

表2 12月动力用电量 kWh

2013年2014年月耗量每百平米耗量月耗量每百平米耗量超+(节-)用量每百平米耗量超节7999.131.55510020.12-2899.1-11.43

改造后的系统，能够根据室外温度的变化，通过PLC控制器对变频器实时适量的控制循环水泵电动机的转速，调节循环水泵的输出流量，满足供热负荷要求。这就使电动机在供热负荷变化过程中的能量消耗降到最小程度。应用变频器还能提高系统的功率因素，减少电动机的无功功率，并提高供电设备效率和质量。综上所述，对原供暖换热系统进行变频节能改造节能效果显著。

4.2 改造后运行注意事项

初寒期，循环水泵由“本地”状态切换至“远程”状态后，该热力站的2个区变频器的频率设定及反馈值均在“二次网循环水泵变频调节”上位软件中不可控。通过主机输入数值后，发现该站变频器输出频率无变化。实地查看后发现，低区的变频器由于站内夏季施工条件有限安装完成未对设备运行调试，变频器参数设置与现场控制模式不符，导致循环水泵切换至“远程”控制状态不可控。经过对频率给定曲线选择F1.00=010，曲线基准值F1.08=20，AO2端子输出功能选择F7.27=01,变频器可控，但频率的设定值与反馈值之间的偏差较大，则将AO1、AO2输出增益F7.30/F7.31调整为95，偏差减小；高区变频切换至远程状态后无输出频率显示，用万能表测得电流输入AI+/AI-两端子间的电流值为12 mA，但电流反馈103(+)、104(-)两端子间的电流值为0 mA。将接线盒打开，按照变频器的接线图校线后，发现隔离器模块只有输入，无输出，更换新隔离模块后，再次用万用表测隔离模块的输入、输出电流电流值均为12 mA，电流输出值显示正常。

5 结束语

自2013年该公司大力推进利用变频器和自控技术调节整个热网系统后，各热力站循环水泵、补水泵按要求启停平稳，运转可靠，实现了出水温度的自动控制；各个测控仪表信号的准确性和稳定性好；节省了热力、电力、人力、物力等资源，运行噪声低，实现了大量热力站的无人值守，降低了运行成本，达到经济节能的目的，保证了整个采暖系统运行的合理性、经济性和可靠性。

[1] 李 建，刘正瑞.浅谈变频器在供暖设备中的应用[J].现代企业文化，2010(20):136.

[2] 张双词.变频器在集中供热系统中的应用[A].北京机械工程学会.首届七省区市机械工程学会科技论坛论文集[C],北京：中国机械工程学会，2005.301-305.

[3] GB 50178-1993，建筑气候区划标准[S].

本文责任编辑：王洪娟

Saving Energy Analysis of Frequency Converter in Central Heating System

Li Xin

(Taiyuan Thermotics Inc,Taiyuan 030012，China)

For thermoelectric central heating system of artificial adjusting big impact to power grid,the problem of high energy,raised variable frequency energy saving reconstruction of heating system,this paper introduces the principle and advantages of frequency converter used in central heating,in combination with the practical situation of a thermal station operation management,the implementation of the heating system energy saving reconstruction and inverter control mode,the energy saving effect after use frequency converter and the matters needing attention.

frequency converter;central heating;saving energy and reducing consumption;circulating pump

2016-05-05

李 昕(1984-)，女，工程师，主要从事自控设备调试、日常维护管理工作。

TM621.73

B

1001-9898(2016)06-0054-03