换热站变频恒压补水的研究与未来发展探析

李松天

摘 要 此论文根据冬季换热站回水压力变化时，回水系统的补水要求设计一套基于变频调节恒压补水系统，变频恒压补水系统由补水箱、变频控制柜、电接点远传压力表、水泵电机（一用一备）等组成。该变频补水系统利用变频器对两台水泵电机进行手/自动控制，电接点远传压力表把回水的压力信号采集后并输入变频器进行PID处理，得到的输出信号控制水泵电机的运行频率，最终实现恒压补水的目的。

关键词 变频器;换热站;恒压补水

前言

随着冬季的来临，供暖季也随之到来，供热公司也开始了供热前的检修和试运行工作。而在供热管网系统中，回水压力的变化又对系统管网的稳定性起到至关重要的作用，管网的压力波动大不利于系统的安全运行，而且浪费能源。这时利用变频器和压力检测反馈装置对换热站回水系统实现自动控制就大大提高了系统的安全性与稳定性。

1用变频器实现换热站恒压补水的主要特点：

1.1 节能降耗

应用变频器的自动控制实现了换热站回水系统的智能调控，对电压、频率的控制降低了用电成本。对水泵转速控制使补水流量值得到精确控制，降低了能耗。

1.2 安全稳定

变频器的使用使回水系统实现了动态平衡，换热站管网系统回水压力达到恒定压力值。

1.3 智能控制

用变频器恒压补水时，可以按水压上下限值调整变频器参数维持水压恒定，实际应用中，变频器会根据回水压力的变化进行PID调节输出信号控制水泵电机的运转频率[1]。

2换热站恒压补水系统组成简介

2.1 设计思想及方案确定

围绕换热站回水压力的控制我选出了两套方案：

（1）利用电接点远传压力表、变频器、水泵电机组成闭环控制。

（2）利用压力变送器、变频器、水泵电机组成闭环控制。

这两套方案的不同在于压力传感器的选择，通过成本以及使用要求的比较最终选择远传压力表作为本篇论文的方案。

2.2 变频恒压补水组成

换热站变频器恒压补水的构成：补水箱、变频控制柜、电接点远传压力表、压力传感器、水泵电机（一用一备）等组成。变频控制柜由电流互感器、电压表、电流表、运行指示灯、主电路断路器、电磁继电器、变频器、交流接触器、端子排等组成。

2.3 换热站变频补水系统分析

该恒压变频补水系统由循环水泵电机、变频器、远传压力表、补水箱、排水井等组成。回水系统管网上的远传压力表3将回水压力信号采集并输入变频控制柜1中的变频器，变频器对信号进行PID处理，通过输出信号控制水泵电机的运行频率，以此实现系统图中2水泵变频补水的闭环控制。在换热站管网系统回水压力值增大时，远传压力表输出模拟信号进入变频器信号接收端变量值增大，变频器的电压、频率降低，从而控制变频器输出端水泵轴功率降低、转速降低，换热站管网系统的回水压力达到恒定压力值，最终实现管网回水系统的动态平衡。当换热站管网系统回水压力减小时，远传压力采集的信号值减小，变频器的电压、频率增大，从而控制變频器输出端水泵轴功率增大、转速升高，换热站管网系统的回水压力达到恒定压力值，最终实现管网系统回水系统的动态平衡[2]。

2.4 主电路图及电路分析

该主电路中，PV是电压表，用来检测主电路电压情况。PA是电流表通过主电路中的电流互感器监测主电路的电流情况。QF0是本电路中的主断路器，QF1控制M1、M2水泵变频电路合闸。QF2控制M1水泵工频运行合闸，QF3控制M2水泵工频运行合闸。主电路图中的交流接触器KM3、KM4分别控制水泵电机M1、M2的变频运行，KM1、KM2分别控制水泵电机M1、M2的工频运行。FR1、FR2接在M1、M2水泵工频电路中，当水泵过负荷运行时起到保护作用。

2.5 控制电路说明

该控制电路使用了两个选择开关S1、S2来作为M1、M2水泵的手、自动调节。为防止对S1、S2的误操作，比如当S1置于手动时，为防止有人对S2误操作，故将M2水泵的两个交流接触器KM2、KM4的常闭触点串联在1泵工、变频运行电路中，当S1已经置于手、自动位置，S2误动作时，交流接触器KM3或KM1的主线圈失电，M1水泵电机停转，M2水泵运行（互锁保护）。同理将M1水泵的两个交流接触器KM1、KM3的常闭触点串联在2泵工、变频运行电路中，当S2已经置于手、自动位置，S1误动作时，交流接触器KM4或KM2的主线圈失电，M2水泵电机停转，M1水泵运行（互锁保护）。H1是1泵工频运行指示灯，H2是1泵变频运行指示灯，H3是2泵工频运行指示灯，H4是2泵变频运行指示灯。

2.6 变频器控制电路设计及分析

当远传压力表检测回水管路压力信号小于变频器给定参数时，变频器对采集的回水压力信号经过PID处理后输出控制信号使水泵电机运转，远传压力表的三个接线点分别接入变频器的24v、VF、GND端。不同的变频器接线方式会有区别，实践中如果远传压力表接线错误可与变频器采购商沟通解决，另外变频器对应参数要设置正确[3]。

3变频补水的发展及运用

变频补水使用变频器、压力传感器、水泵电机组成的闭环控制系统对系统的稳定性以及安全性进行手/自动控制，具有成本低、安装便捷、可靠性高的优点。特别适用于：

（1）大、中、小城市上下水等水处理系统的控制领域;

（2）各类工业需要恒压控制的用水，冷却水循环，热力网水循环，锅炉补水等;

（3）中央空调系统;

（4）自来水厂增压系统;

（5）农田灌溉，污水处理，人造喷泉;

（6）各种流体恒压控制系统[4]。

4结束语

换热站补水箱恒压补水保证了系统的稳定性，维护运营成本也得到降低。变频恒压补水与传统的人工补水相比在节能降耗的同时还可以延长系统的使用寿命。变频恒压补水在控制方式上可以采用手/自动切换，补水压力参数也可以在线实时调整，既能改善系统性能又能带来经济效益。在看到优点的同时也要总结一下自己的不足，比如变频器的加减速时间等功能应用不够深入。另外我没有使用PLC、组态等远程通信技术，从发展的眼光考虑，此论文中的恒压补水系统还有很大的提升和改造空间。

参考文献

[1] 朱玉堂.变频恒压供水系统的研究[J].变频器世界，2005，（11）：3-6.

[2] 刘美俊.通用变频器应用技术[M].福州：福建科学技术出版社， 2004：119.

[3] 廖长初.plc基础及应用<2>版[M].北京：机械工业出版社，2007：6.

[4] 韩安荣.通用变频器及其应用<2>版[M].北京：机械工业出版社，2000：29.