油機(jī)房全自動(dòng)水循環(huán)供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

柴油發(fā)電機(jī)組是確保通信局站安全供電必不可少的重要設(shè)備，由于蓄電池組容量的限制，市電停電時(shí)，發(fā)電機(jī)組如不能迅速投入使用，有可能發(fā)生通信電源系統(tǒng)供電中斷的嚴(yán)重后果。長(zhǎng)期以來(lái)，柴油發(fā)電機(jī)組在低溫季節(jié)柴油結(jié)蠟影響安全供電的問(wèn)題一直是困擾我們的難題。在當(dāng)今通信網(wǎng)絡(luò)高可靠性供電保障要求的大環(huán)境下，解決這一安全隱患無(wú)疑具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1發(fā)電機(jī)組柴油低溫結(jié)蠟安全隱患現(xiàn)狀分析

衡量柴油防凍性能的指標(biāo)主要有兩項(xiàng)，即冷濾點(diǎn)和凝固點(diǎn)。凝固點(diǎn)是柴油失去流動(dòng)性的最高溫度，冷濾點(diǎn)是柴油通過(guò)發(fā)電機(jī)組供油系統(tǒng)時(shí)造成濾網(wǎng)堵塞的最高溫度，也就是柴油結(jié)蠟的最高溫度。國(guó)內(nèi)柴油是根據(jù)凝固點(diǎn)劃分為6個(gè)標(biāo)號(hào)：5號(hào)柴油、0號(hào)柴油、-10號(hào)柴油、-20號(hào)柴油、-35號(hào)柴油、-50號(hào)柴油。柴油冷濾點(diǎn)比凝固點(diǎn)溫度高4-5℃左右，5號(hào)柴油凝固點(diǎn)5℃，冷濾點(diǎn)8℃；0號(hào)柴油凝固點(diǎn)0℃，冷濾點(diǎn)4℃；-10號(hào)柴油凝固點(diǎn)-10℃，冷濾點(diǎn)-5℃；-20號(hào)柴油凝固點(diǎn)-20℃，冷濾點(diǎn)-14℃。環(huán)境溫度低于柴油的冷濾點(diǎn)時(shí)發(fā)電機(jī)組會(huì)發(fā)生柴油濾清器堵塞，機(jī)組會(huì)因油路不暢而發(fā)生無(wú)法啟動(dòng)故障。

按照傳統(tǒng)的處理方法，通信局站在進(jìn)入寒冷季節(jié)總是通過(guò)更換夏季5號(hào)柴油的辦法解決柴油冬季不能使用的問(wèn)題。但實(shí)際上各地加油站并不能保證能按季節(jié)給客戶提供合適標(biāo)號(hào)的柴油，現(xiàn)實(shí)中加油站的供油標(biāo)號(hào)往往總是滯后于氣溫的變化。更何況重要通信局站一般在夏季儲(chǔ)存的5號(hào)柴油量都很大，更換柴油也不是一件容易的事。以延安地區(qū)為例，一般冬季集中供暖時(shí)間都是在每年的11月中旬，但每年的10月中下旬氣溫就已經(jīng)降到了5號(hào)柴油冷濾點(diǎn)以下了，此期間在加油站又購(gòu)買(mǎi)不到-10號(hào)或-20號(hào)柴油，所以，在每年集中供暖的前夕最容易發(fā)生柴油發(fā)電機(jī)組因柴油結(jié)蠟影響供電安全的通信事故了。

一般柴油發(fā)電機(jī)組自身都安裝有冷卻水電加熱器，其主要作用是冬季預(yù)防機(jī)組冷機(jī)啟動(dòng)困難和冷卻水防凍而設(shè)置的，它只能對(duì)發(fā)電機(jī)組機(jī)體上的油路有間接的防凍作用，而對(duì)油箱等發(fā)電機(jī)組機(jī)體以外部分的柴油無(wú)任何防凍作用，所以依靠機(jī)組自帶的冷卻水電加熱器并不能解決發(fā)電機(jī)組柴油結(jié)蠟的問(wèn)題。預(yù)防發(fā)電機(jī)組柴油結(jié)蠟如果用外置輔助電暖器的方式，在油機(jī)房這樣一個(gè)對(duì)防火安全要求很高的特殊環(huán)境中使用顯然也不安全，更何況其加熱的效率也并不高。而采用我公司自主設(shè)計(jì)的自動(dòng)化水循環(huán)供熱系統(tǒng)的技術(shù)方案屬于機(jī)房全方位供熱，能夠比較全面的解決上述諸多問(wèn)題。此技術(shù)方案結(jié)合了水冷式小型中央空調(diào)系統(tǒng)、水暖系統(tǒng)、油機(jī)水套加熱、液位自動(dòng)控制、自動(dòng)溫控、動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控等技術(shù)內(nèi)容，通過(guò)在延安電信新局和老局安裝試點(diǎn)，效果非常顯著。

2油機(jī)房自動(dòng)化水循環(huán)供熱系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

油機(jī)房全自動(dòng)水循環(huán)供熱系統(tǒng)如圖1所示：

全自動(dòng)水循環(huán)供熱系統(tǒng)主要由冷卻水電加熱器、冷卻水循環(huán)泵、液位自控上水泵、膨脹水箱、蓄水箱、散熱器等部件組成。

系統(tǒng)核心器件冷卻水電加熱器由智能溫度控制器控制其工作狀態(tài)，智能溫度控制器通過(guò)設(shè)定供熱系統(tǒng)的溫度，由安裝在加熱器回水側(cè)的水溫傳感器監(jiān)測(cè)水循環(huán)系統(tǒng)的工作溫度，當(dāng)系統(tǒng)水溫低于設(shè)定值，溫度控制器給冷卻水加熱器發(fā)出指令，加熱器工作；當(dāng)系統(tǒng)水溫高于設(shè)定溫度，加熱器停止工作。為防止控制加熱器工作的接觸器頻繁動(dòng)作，可調(diào)整智能溫度控制器的控制回差值，回差值越大，控制精度越低，回差值越小，控制精度越高，可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定。冷卻水循環(huán)泵無(wú)論加熱器是否工作都需要連續(xù)工作，以保證系統(tǒng)的連續(xù)水循環(huán)。散熱器為串聯(lián)安裝，需要安裝在油庫(kù)靠近油箱的近端和油機(jī)房發(fā)電機(jī)組的近端。為防止從油庫(kù)敷設(shè)到柴油發(fā)電機(jī)組的油管部分的柴油低溫結(jié)蠟，在敷設(shè)供熱系統(tǒng)管道時(shí)盡量將油管與熱水管平行同路由敷設(shè)。油機(jī)房全自動(dòng)水循環(huán)供熱系統(tǒng)就如同一個(gè)小型水冷式中央空調(diào)系統(tǒng)一樣，膨脹水箱也是自動(dòng)供熱系統(tǒng)必不可少的重要組成部件之一，膨脹水箱需要安裝在循環(huán)管路系統(tǒng)的最高處，用于供熱系統(tǒng)的回水，起穩(wěn)壓補(bǔ)水作用，用來(lái)收容和補(bǔ)償系統(tǒng)中水的脹縮量。在膨脹水箱中安裝有自動(dòng)控制液位的液位繼電器的三個(gè)電極，根據(jù)液位繼電器的電極安裝位置，保持膨脹水箱液位的恒定，由液位繼電器控制上水泵的自動(dòng)上水。為防止液位繼電器失靈造成膨脹水箱溢水，在膨脹水箱上安裝有溢水管，如水箱水位超過(guò)溢水管水位則通過(guò)溢水管自動(dòng)將溢水排入儲(chǔ)水箱內(nèi)繼續(xù)循環(huán)使用。

油機(jī)房為無(wú)人值守機(jī)房，為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自動(dòng)水循環(huán)系統(tǒng)的工作狀況，需要對(duì)系統(tǒng)的高水溫、低水溫報(bào)警信號(hào)通過(guò)干接點(diǎn)開(kāi)關(guān)量的方式納入動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)；為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自動(dòng)水循環(huán)供熱系統(tǒng)漏水問(wèn)題，需要安裝動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控地濕探頭；為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油機(jī)房、油庫(kù)的環(huán)境溫度狀況，確保室溫大于柴油的冷濾點(diǎn)溫度，還需要在安裝動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控溫度傳感器。

油機(jī)房全自動(dòng)水循環(huán)供熱系統(tǒng)可根據(jù)油機(jī)房的實(shí)際環(huán)境溫度需要實(shí)時(shí)開(kāi)啟或關(guān)閉，一般主要在每年的集中供暖前夕和停暖的前夕啟用，也可在平時(shí)氣溫突變時(shí)根據(jù)需要啟用。

3系統(tǒng)工作原理

3.1自動(dòng)水循環(huán)供熱系統(tǒng)的電路原理

自動(dòng)水循環(huán)供熱系統(tǒng)電路原理如圖2所示：

（1）自動(dòng)工作方式：將自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于自動(dòng)檔。智能溫度控制繼電器TC通過(guò)安裝在冷卻水電加熱器回水管處的水溫傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的回水溫度，當(dāng)水溫未達(dá)到智能溫控器設(shè)定的溫度時(shí)，智能溫度控制繼電器TC不工作，TC常閉接點(diǎn)保持閉合，接通交流接觸器C的控制電源，交流接觸器C主接點(diǎn)吸合，接通了電加熱器H的電源，系統(tǒng)開(kāi)始加熱。當(dāng)回水溫度超過(guò)設(shè)定溫度時(shí)，智能溫度控制繼電器TC工作，TC常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，斷開(kāi)交流接觸器C的控制電源，交流接觸器C主接點(diǎn)釋放，斷開(kāi)了電加熱器H的電源，系統(tǒng)停止加熱。為防止交流接觸器C頻繁動(dòng)作，可適當(dāng)把智能溫度控制器的控制回差值調(diào)大。

（2）手動(dòng)工作方式：將自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于手動(dòng)檔。電加熱器H進(jìn)入人工啟動(dòng)或人工停止工作模式。按下SB1啟動(dòng)按鈕，接通交流接觸器C的控制電源，交流接觸器C得電工作，同時(shí)交流接觸器C自保接點(diǎn)吸合，保持交流接觸器C繼續(xù)工作，并通過(guò)其主接點(diǎn)接通了電加熱器H的電源，系統(tǒng)開(kāi)始加熱。按下SB2停止按鈕，斷開(kāi)交流接觸器C的控制電源，交流接觸器C停止工作，交流接觸器C自保接點(diǎn)釋放，其主接點(diǎn)斷開(kāi)了電加熱器H的電源，系統(tǒng)停止加熱。

（3）圖中M為系統(tǒng)循環(huán)泵，循環(huán)泵無(wú)論加熱器是否工作均要保持工作狀態(tài)，其工作電源由空氣開(kāi)關(guān)QF控制。FR為熱繼電器，當(dāng)三相加熱器因故障等原因使主電路過(guò)流時(shí)，F(xiàn)R熱繼電器雙金屬片發(fā)熱彎曲，其串聯(lián)在交流接觸器C控制電源上的常閉接點(diǎn)FR斷開(kāi)，交流接觸器C釋放，電加熱器工作停止，起到過(guò)流保護(hù)作用。

3.2報(bào)警系統(tǒng)與環(huán)境監(jiān)控

為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自動(dòng)水循環(huán)供熱系統(tǒng)因故障等原因引起的供熱系統(tǒng)水溫過(guò)高或過(guò)低等異常情況，在自動(dòng)水循環(huán)供熱系統(tǒng)中加裝了高水溫與低水溫告警裝置，報(bào)警原理如圖2所示。

（1）高水溫報(bào)警原理：TC1為高水溫報(bào)警用溫度繼電器。溫度傳感器安裝在加熱器回水管近端，在水溫低于TC1設(shè)定的高水溫報(bào)警點(diǎn)時(shí)，溫度繼電器TC1不工作，其常開(kāi)接點(diǎn)TC1保持?jǐn)嚅_(kāi)，繼電器K1不工作，系統(tǒng)無(wú)告警信號(hào)。當(dāng)水溫高于TC1設(shè)定的報(bào)警溫度，溫度繼電器TC1工作，其常開(kāi)接點(diǎn)TC1閉合，繼電器K1吸合，其自保接點(diǎn)K1吸合，保持繼電器K1的吸合狀態(tài)；同時(shí)其常開(kāi)接點(diǎn)K1接通了報(bào)警蜂鳴器電路，發(fā)出聲報(bào)警信號(hào)。為確保維護(hù)人員在故障發(fā)生時(shí)能到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障確認(rèn)，此聲報(bào)警信號(hào)即使溫度下降為正常值也不能自動(dòng)恢復(fù)，必須人工現(xiàn)場(chǎng)按復(fù)位按鈕SB3才能消除報(bào)警。開(kāi)關(guān)S為報(bào)警消音開(kāi)關(guān)，用于報(bào)警消音。

（2）低水溫報(bào)警原理：為預(yù)警加熱器損壞等原因引起的系統(tǒng)低水溫故障，電路配置了TC2低水溫報(bào)警用溫度繼電器。在水溫高于TC2設(shè)定的低水溫報(bào)警點(diǎn)時(shí)，溫度繼電器TC2工作，其常閉接點(diǎn)TC2斷開(kāi)，繼電器K2不工作，系統(tǒng)無(wú)告警信號(hào)。在水溫低于TC2設(shè)定的低水溫報(bào)警點(diǎn)時(shí)，溫度繼電器TC2不工作，其常閉接點(diǎn)TC2閉合，繼電器K2吸合，其自保接點(diǎn)K2吸合，保持繼電器K2的吸合狀態(tài)；同時(shí)其常開(kāi)接點(diǎn)K2接通了報(bào)警蜂鳴器電路，發(fā)出聲報(bào)警信號(hào)。低水溫報(bào)警信號(hào)也設(shè)置了一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)位按鈕SB4。

（3）系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)控：油機(jī)房做為無(wú)人值守機(jī)房，系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)控是必不可少的。如以圖2所示，系統(tǒng)預(yù)留了用于遠(yuǎn)程動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控的高水溫與低水溫干接點(diǎn)信號(hào)輸出端子，可將高水溫、低水溫告警信號(hào)以開(kāi)關(guān)量的方式上報(bào)動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)高水溫與低水溫告警的實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過(guò)安裝地濕變送器和地濕探頭，實(shí)現(xiàn)油機(jī)房地濕告警信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過(guò)安裝溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)油機(jī)房、油庫(kù)等重要測(cè)點(diǎn)的環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)。

3.3自動(dòng)補(bǔ)水工作原理

自動(dòng)水循環(huán)供熱系統(tǒng)的膨脹水箱的自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)，其工作原理如圖3所示：

膨脹水箱是自動(dòng)水循環(huán)供熱系統(tǒng)必不可少的重要組成部分，為保持膨脹水箱一定的水位，需要安裝液位控制繼電器。液位繼電器市面上種類(lèi)繁多，圖3中采用的是JYB系列液位繼電器。

液位繼電器控制水位是通過(guò)外接的D1、D2、D3三個(gè)電極實(shí)現(xiàn)的，D1為上限水位電極、D2為下限水位電極、D3為公共電極。液位繼電器內(nèi)部工作電源利用變壓器把380V電壓降為8V，即兩個(gè)電極之間、內(nèi)部繼電器K的電源電壓亦為8V。

（1）水泵啟動(dòng)控制過(guò)程：合SA空開(kāi)，液位繼電器電源加電。膨脹水箱因循環(huán)水的消耗液位下降到低于下限水位電極D2時(shí)，電極D1、D2與公共電極D3之間變?yōu)榉菍?dǎo)通狀態(tài)，內(nèi)部8V的繼電器K工作，常開(kāi)接點(diǎn)1-3吸合，通過(guò)液位繼電器2-3端子接通了交流接觸器KM的工作電源，KM工作，接通了水泵的三相電源，水泵工作，將蓄水箱的水抽到膨脹水箱。水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程一直持續(xù)到膨脹水箱的水位達(dá)到上限水位電極D1時(shí)為止。

（2）水泵停止控制過(guò)程：膨脹水箱因循環(huán)水的注入液位上升到超過(guò)于上限水位電極D1時(shí)，電極D1、D2與公共電極D3之間變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，內(nèi)部8V的繼電器K停止工作，常開(kāi)接點(diǎn)1-3斷開(kāi)，通過(guò)液位繼電器2-3端子斷開(kāi)了交流接觸器KM的工作電源，KM停止工作，水泵亦停止工作，膨脹水箱停止注水。水泵的停止工作過(guò)程一直持續(xù)到膨脹水箱的水位低于下限水位電極D2時(shí)為止。

4應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)以上油機(jī)房全自動(dòng)水循環(huán)供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，2011年我們分別在延安電信新局和老局進(jìn)行了該項(xiàng)目的安裝應(yīng)用。圖4為延安電信新局油機(jī)房自動(dòng)化水循環(huán)供熱系統(tǒng)安裝實(shí)例照片及圖5延安電信新局油庫(kù)散熱器安裝實(shí)例照片。

延安新局和老局采用CH系列智能溫度控制器，可根據(jù)油機(jī)房和油庫(kù)室溫的實(shí)際需要任意設(shè)定溫度值，一般設(shè)為60-70℃；散熱器的安裝數(shù)量也可根據(jù)油機(jī)室和油庫(kù)面積的實(shí)際需要進(jìn)行合理組合。為評(píng)估自動(dòng)供熱系統(tǒng)的性能，安裝完成投入運(yùn)行后，2011年10月26日我們對(duì)供熱系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

10月26日當(dāng)天室外氣溫為1℃-10℃，集中供暖還未開(kāi)始。在未啟用自動(dòng)供熱系統(tǒng)前，油機(jī)房室溫：6℃，油庫(kù)室溫，5℃。由于延安電信新局儲(chǔ)油箱儲(chǔ)存的柴油為夏季購(gòu)買(mǎi)的5號(hào)柴油，其冷濾點(diǎn)為8℃，即當(dāng)前油機(jī)室的溫度已經(jīng)低于5號(hào)柴油的冷濾點(diǎn)，如不開(kāi)啟自動(dòng)供熱系統(tǒng)，一旦停市電，備用柴油發(fā)電機(jī)組就有可能發(fā)生因柴油結(jié)蠟機(jī)組不能啟動(dòng)的嚴(yán)重后果。

為檢驗(yàn)自動(dòng)供熱系統(tǒng)的效果，我們將供熱系統(tǒng)的溫度設(shè)定為70℃；然后啟動(dòng)供熱系統(tǒng)；自動(dòng)供熱系統(tǒng)工作23分鐘后系統(tǒng)水溫即由5℃逐漸上升為設(shè)定溫度70℃。此時(shí)再次測(cè)試室溫，油機(jī)房室溫由6℃上升為 19℃，油庫(kù)室溫由5℃上升為22℃，效果非常明顯。自動(dòng)化水循環(huán)供熱系統(tǒng)試運(yùn)行一年來(lái)，安裝在延安新局和老局的兩套供熱系統(tǒng)均運(yùn)行穩(wěn)定正常。

全自動(dòng)水循環(huán)供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝是我們?yōu)榻鉀Q通信局站柴油發(fā)電機(jī)組柴油低溫接蠟安全隱患的重要實(shí)踐，自動(dòng)化供熱系統(tǒng)的投入運(yùn)行使我們徹底擺脫了以往受制于天氣變化、加油站供油標(biāo)號(hào)滯后等諸多客觀因素的制約，變被動(dòng)預(yù)防為主動(dòng)控制，從而徹底解決了柴油發(fā)電機(jī)組低溫結(jié)蠟的安全隱患問(wèn)題。

全自動(dòng)水循環(huán)供熱系統(tǒng)由于投資低、功能全、安裝簡(jiǎn)單易行，可以推廣應(yīng)用在受寒冷天氣影響較大的廣大北方地區(qū)的油機(jī)房改造上，為柴油發(fā)電機(jī)組高可靠性供電保障提供強(qiáng)有力的硬件支撐。