集中供热系统中热网的电气自动控制

时永豹

(太原市热力集团有限责任公司， 山西 太原 030013)

引言

伴随着社会的快速发展，集中供热系统融入到人们的日常生活中。目前，我国城市集中供热已成为现代化城镇的重要基础设施之一，并取得了较大的进展。研究发现，在集中供热系统中加入自动控制技术，尤其在热网控制中加入自动化控制系统，可及时调整供热系统，有效提升热网运行的稳定性以及平衡性，使得供热更加均匀[1]。据调研可知，现阶段我国热网控制自动化进展依然处于初级阶段[2]，对集中供热系统中热网电气自动控制的相关问题研究，对我国供热行业在自动化的发展道路上意义重大。

1 我国城市集中供热热网电气自动控制系统的发展现状

近年来，随着自动控制系统的广泛应用，集中供热系统中也开始进一步部署这种自动控制系统。目前，国外的热网控制已完全融入自动化系统，而我国因受到技术、经济等条件约束，城市集中供热系统仍旧与其有很大的差距[3]。如，我国城市集中供热系统中自动化技术的发展较为缓慢，热网的管理和控制还不能够由信息网络实现；我国对热网的控制和调节尚不成熟，自动化控制系统的实践效率没有取得理想的效果等。总之，虽然我国集中供热热网自动化系统取得了一定的发展，但目前我国热网控制还未真正完全融入自动化系统，我国还需不断引进世界各国先进的科学技术，使自动化控制形式向多元化方向发展，从而促进热网自动化控制系统的运行效率得到更加充分的体现。

2 城市集中供热系统自动化调控的基本原理及优势分析

2.1 城市集中供热系统自动化调控的基本原理

伴随着集中供热的成熟化，近年来热网的电气自动控制逐渐应用到供热系统中。热网自动化控制系统能够对全部热力站进行实时控制和监测，并及时发现与解决系统中的故障，从而实现更好的供热控制与供热效果。一般而言，热网自动化控制系统主要由热力站及热源厂两个部分组成。热网自动化控制系统的自动调控原理及功能主要体现在中心调度控制室、各小区热力站及通信系统三个方面。其中，中心调度控制室负责对全部热力站内的所有仪器设施进行远程观测，并通过详细的研究及比对，得出正确的控制指令，从而有效地调节热网系统；各小区热力站负责根据预定温度值或者通过直接执行上一次系统执行的指令，进行阀门的控制及调节；通信系统负责传输及配置热力站和中心控制之间的有关数据。

2.2 热网电气自动控制的优势分析

目前，自动控制系统因其能够很好地解决人工不足等问题，已经广泛应用于各工业领域。与此同时，热网电气自动控制系统的发展也取得了较大的进步。在以往传统的集中供热系统中加入电气自动控制技术，具有如下优势[4]。

1）热网电气自动控制可以节省大量人工，弥补人员缺乏的问题。

2）热网电气自动控制能够对用户以及气候温度实行即时的监控，以控制好供暖温度、热量，提供更好的用户体验。

3）热网电气自动控制可在较短时间内精准的分析处理大量数据，快速发现和解决问题，减少盲目性。

4）热网电气自动控制能在全面保证供热质量的基础上，减少能量损耗，适应现代社会节能环保的新形势与新要求等。

3 集中供热系统中热网电气自动控制运行要点探讨

现阶段，城市集中供热系统发展迅速，其中热网自动化控制因能够提升热网运行的稳定性及平衡性，因此发展最为显著。然而，要实现集中供热系统中热网电气自动控制，就必须注重热网电气自动化控制控制方案的相应要点。

3.1 热网电气自动控制的主要设备及其作用

城市集中供热是城市能源建设的一项基础设施，其一般组成为热源、热网、换热站、热用户等，相关参数有热网压力、热网流量以及温度等。集中供热系统热网电气自动控制在运行过程中，需要通过电气自动控制设备调节相应的热力参数，而控制这些热力参数的电气自动控制设备主要有中央数据处理器、电动调节阀、现场控制器、变频器等[5]。

1）中央数据处理器在自动控制系统中起到了绝对的主导作用，可以通过多通道输入及输出数据信号，实时处理相关参数信息。

2）电动调节阀在自动控制系统中属于关键性设备，其遵循标准信号动态调节系统，以中央数据处理器中传入的控制信号为准，调节过程更稳定。

3）现场控制器可以实时采集和分析如水压、水温、水位等运行参数，并根据上位机下发的程序发出一些控制指令。

4）变频器在电气的自动控制过程中有着优秀的调节作用，能切换电机数据和命令数据，有效防止接地故障、短路及保护电动机等。

3.2 供热系统热网的电气自动控制过程

研究显示，实现对供热温度的均衡调节是热网电气自动控制的主要方案。均匀性调节模式不仅能在很大程度上降低供热能源的消耗，还能大大地提高供热效果，有效地改善人们的生活水平及质量。实现对供热温度均衡调节的电气自动控制过程具体如下。

1）中央控制室是供热系统热网电气自动控制的核心部分，其室内上位机一般选择质量优异的工控机。同时，工控机需要配置组态软件和全网平衡控制软件。相关技术人员通过组态软件采集各个热力站的实时画面，收集热源的温度、压力、流量等参数信息。全网平衡软件则根据获得的参数信息，采用一定的控制算法，通过组态网控制一次网电动阀门的动作，从而减小热网的水平失调度。

2）热力站的调控能力对热网自动控制系统运行效率至关重要。当前，我国能实现二次网回水和供水平均温度的统一，实现均匀性调节形式，主要建立在保证热力站调节控制能力的基础上。热力站自动控制系统的构成主要包括测量仪器、热力站自动控制器、热力站内的运行设备及通讯设备等。其中，测量仪器主要有供回水温度、压力变送器、水流量表等；自动控制器采用最为先进的自动控制器；运行设备主要有变频器、水泵、循环泵、调节阀、电磁阀等；通讯设备主要为光纤宽带通讯传输仪器。

3）变频器在热网电气自动控制过程中有着优秀的调节作用。此调节作用主要体现在通过变频器来实现对循环水泵的控制，具体调节过程如下：首先，中央控制器上的监测装置捕捉二次管网的压力变化；其次，对接受到的数据进行分类、汇总、整理，并传送到现场控制器中进行实施处理；第三，控制器根据上位机下发的程序向变频器发出指令，变频器接到控制信号后，进行水泵的频率控制，进而使热网得以高效、合理的运转。

4）温度传感器是热网电气自动控制系统控制水温的必要元件。其主要运作方式是[6]：首先，采集相关温度信息传送到现场控制器，如室内、室外温度及热力站的供水温度等；其次，现场控制器分析处理相关信息并计算出二次网循环水的温度；第三，电气自动控制的调节阀根据现场控制器计算结果发出的指令，改变进入换热器的一次流量，从而调节二次循环水温。值得注意的是，要将一次网的循环周期设定为调节阀的调幅时间，因为二次网循环水均温要在一次网循环一个周期才能采集到。

5）通讯系统是整个城市集中供热系统的连接枢纽。目前，通讯传输方式主要包括GPRS、ADSL、光纤等。如通过光纤通信网络，上位机下发指令信息到现场控制器，同时，现场数据情况也会被采集，再通过光纤通信网络上传到上位机，从而实现城市集中供热系统热网的电气自动控制。

3.3 全网自动控制平衡软件的监控中心

全网自动控制平衡软件监控中心是热网电气自动控制的核心，其主要由工控机和数据传输设备组成。监控中心主要功能如下。

1）数据的远程采集与实时监控。热网监控中心可以接受到各热力站的传输数据，其检测较为全面，可以快速掌握各热力站的运行情况，有利于及时发现问题并予以处理。

2）远程控制及实时调控。远程控制内容包括控制阀门、启停泵、设定水温值等。监控中心软件可通过收集一次网的流量和压力等，为二次网自动计算并分配相应的供应热量，实现热网平衡、稳定的运行。

3）报警管理与调度指挥。表现为当热力站发生超压、超温等非正常情况时，热力站监控中心携带报警功能的软件会立即发出报警信息，并及时诊断、检修和控制。热网监控系统的调度室可以掌握全部热力站的运行参数，从而使热力站可根据调度室发出的调度指令，对热力站进行调度，实现热量均摊。

此外，全网自动控制平衡软件的监控中心还具有历史数据查询、节能与权限管理等功能，从而使供热量和需热量相匹配，促使系统向节能发展。

4 结论

热网自动控制系统是现代先进技术的体现形式，其作为我国城市集中供热系统中主要的自动化控制系统，使集中供热系统取得了显著的效果。然而，随着热网自动控制系统的应用越来越广泛，许多相关技术都需要进行更新，必须加强热网自动化控制相关问题的研究，在新的大供热需求与节能环保理念下，改善供热系统的设计，满足用户需求、减少能源浪费及环境污染的多需求。