城市集中供熱無人值守熱力站的建設

姚 杰

(太原市熱力公司，山西太原 030001)

1 概述

改革開放以來，城鎮集中供熱事業得到了空前的發展，隨著國民經濟的迅速發展，供熱領域面臨著熱源負荷逐漸接近飽和甚至是超負荷，能源緊缺等諸多問題。因此熱力公司必須在確保用戶供熱品質的前提下，提高供熱系統的技術管理水平，降低供熱運行成本。只有提高供熱系統的技術含量，才能實現降低運行成本，達到節能的目的。技術含量愈高，節能的效果愈明顯。目前熱力站管理大都采用人工的方式，對站內設施、設備采取定期檢查的辦法，包括動力設備的運轉狀態、運行參數監測與調節、水質檢測、安全防盜等。一方面造成人力、物力的浪費，另一方面出現事故時操作人員難以發現，容易造成設備事故，同時，各熱力站都獨立運行，難以達到供熱系統整體最佳狀態，易造成熱力失衡，影響供熱效果而造成能源的極大浪費。所以在太原市瑞光熱電聯產供熱工程設計伊始，我們就提出了建設“無人值守熱力站”的思路，考慮利用由先進的工業自控技術、計算機技術、通訊技術和視頻監控技術所構成的熱力站及遠程監控管理系統，對熱力系統實施更科學、更規范的監控管理，提高中央調度室的監控能力，獲取更巨大的經濟和社會效益。

2 無人值守熱力站監控系統的組成

建立無人值守熱力站，就需要全面掌握整個熱網及熱力站的壓力、溫度、流量、熱量等等所有重要參數，以及站內設備的運行狀況及安全防盜等信息，為實現遠程監控，集中控制，統一調度提供必要條件。因此，無人值守熱力站監控系統由就地監控系統、視頻監控系統、通訊網絡、中央監控系統四個部分組成(見圖1)。

2．1 就地監控系統

PLC控制器、觸摸屏、變送器、傳感器、執行機構及通訊模塊組成熱網監控系統的遠程終端站(RTU)。RTU是中控系統命令的執行者，通過與其相連的儀表和執行機構完成對熱力站現場設備的數據采集和控制功能，同時利用通訊網絡把底層設備的數據上傳，保證系統的可靠運行。RTU也可利用觸摸屏進行就地的操作設置。

1)PLC控制器。主要完成熱力站現場過程的模擬量，狀態量及脈沖量的測量，并完成相應的物理量的PID運算、邏輯運算等，接受上位機指令對執行機構及循環泵、補水泵等發出控制指令，同時，可獨立地完成本站范圍內運行參數的監測和自動控制。控制器內置通訊模塊具有通訊功能，并且采用開放的通訊協議。2)在一次網回水安裝電動調節閥，用以接收4 mA～20 mA的標準信號，根據此信號的大小自動調整閥門的開啟度，達到對熱力站供熱溫度的調節。3)在熱力站站內的一、二次網的供、回水管上分別安裝壓力變送器及一體化溫度傳感器，用于測量、指示、傳送壓力和溫度信號。4)安裝超聲波流量計及水表，測量和傳送熱力站內一次網流量及補水流量。二次網供水管安裝超聲波熱量表，測量該站供出水的熱量信息。熱力站的電量、用水量、熱量等信息均遠傳至中控室，借此全面掌握熱力站內的能耗信息。5)安裝于水箱的液位變送器及補水管上的電磁閥，用來實現“一補二”的補水控制方式。

圖1 監控系統

2．2 視頻監控系統

太原市瑞光熱電聯產供熱工程是按照“無人值守、巡檢結合”的原則進行總體設計，這就對站內設備的安全、防盜提出了新的要求。為此，在整個熱網建立一套視頻監控系統。本著安全可靠、技術先進、經濟實用的原則，視頻系統按全數字式進行配置。視頻監控系統由視頻服務器、視頻監視攝像機、人體感應器及網絡設備組成。視頻監視系統通過VPN網絡將各熱力站的視頻信息上傳至監控中心的視頻服務器，滿足熱網監控中心對各個熱力站進行遠方視頻監視。1)視頻服務器:配合網絡視頻服務器集中管理軟件，運行并存儲接入VPN網絡的視頻畫面及錄像。2)視頻監視攝像機:各熱力站現場均安裝系列高清網絡攝像機，具有自動對焦、聯動報警、巡航路線等性能特點，用來實時監控站內設備運行情況以及安全狀況。3)人體感應器:各熱力站門窗處安裝有人體感應器，如遇強行闖入者時，發出聲光報警，并立即發送報警信息至調度中心，以便通知巡檢人員趕到現場處置情況。4)網絡設備:網絡設備與熱力站內就地監控系統共用。

2．3 通訊網絡

通訊網絡用以連接中央監控調度室和各現場控制機，實現數據及視頻圖像的傳遞與交換，是整個監控項目的橋梁，是保證熱網監測系統正常運行的關鍵。在瑞光工程中，熱網與其他熱力站通常采用ADSL通訊方式，地理位置較偏遠的熱力站采用GPRS通訊方式，所有熱力站與中控室的連接均配備相應的通訊設備及接口等，從而構成一個完整的通訊系統，實現點對點實時通訊。

2．4 中央監控系統

中央監控系統是無人值守熱力站系統的中心，用來實現遠程監控，遠程控制。可以實時監控熱網的運行，能夠監測所有運行參數并進行優化控制，便于按需對熱源進行調配。熱網監控系統為實時計算機監控系統，基于客戶機/服務器結構，為保證熱網系統的安全可靠運行，熱網監控系統為冗余系統、基本功能如下:1)數據采集與存儲管理:系統從熱網的運行過程中采集數據，進行分析加工處理，完成熱網系統的數據采集和控制功能。2)監控功能:監控系統能夠提供各種圖形顯示、多媒體顯示、視頻動畫等功能，以數字、符號及圖形方式為操作人員動態的模擬生產過程并顯示其實時數據，方便操作和管理。并且，根據事先制定的全網控制策略，對熱網及熱力站做出相應的調整，達到遠程控制的目的。同時，結合視頻監控系統，在中央控制室隨時查看站內的運行及安全情況。3)報警功能:監控系統能根據預先設定的報警值，對供熱過程中各個熱力站產生的異常事件實現聲、光報警，并提示操作人員進行報警信息處理。

3 熱力站控制策略

應用無人值守熱力站最重要的目的是熱力站的自動調節運行，實現對二次網供熱量的科學控制，保證系統經濟運行。同時，保證站內設備的安全防盜。系統的基本控制策略是:在就地監控系統采集到的溫度、壓力、流量、熱量等數據的基礎上，根據室外平均氣溫歷史數據的預測分析及實際氣溫的監測，結合熱力站熱指標的制定情況，計算出熱力站所需的瞬時耗熱量，把這個參數作為調節二次網的依據，用室外溫度進行實時的修正，通過控制一次管網電動調節閥門的開度來調節進站的一次網流量，從而達到控制二次網供水溫度的目的，實現按熱量對熱力站進行調節，真正實現按需供熱。當熱源供熱量不足時，根據中央控制計算機給定的二次網供、回水平均溫度或回水溫度設定值來調節一次側閥門。同時，通過檢測二次網供、回水壓差來控制變頻循環水泵的運行。由于北方水質偏硬，當系統發生失水情況時，不適合直接利用自來水進行補水，需要經過軟化程序，這就成為了制約無人值守熱力站建設的一個關鍵所在。太原瑞光熱電聯產項目無人值守熱力站的設計中，補水采取“一補二”的方式，即利用一次管網的水來補充到二次管網中去，以保證二網及用戶管網運行所需，通過檢測二次網回水壓力來控制補水泵的啟停。這樣既解決了水質的問題，又節約了用水量，為無人值守熱力站的建設掃清了障礙。

4 結語

無人值守熱力站很好的實現了對熱力站設備的自動控制，實現遠程監控，比較科學合理的調節，達到全網平衡，提高了供熱質量，增加供熱的穩定性;同時，管理人員可以更清楚的了解各個熱力站的運行數據，并結合視頻監控，加強了安全防盜的能力，使管理更加有的放矢，有效的提高了供熱管理水平。在滿足用戶需求的前提下，節約了大量的人力、物力資源，減少了能源消耗，收到良好的社會效益和經濟效益。

［1］ 李 秀．對我國城鎮供熱事業可持續發展的思考［J］．區域供熱，2003(3):9-13．

［2］ 史登峰．集中供熱系統節能控制技術［A］．熱能動力暖通空調論文集［C］．2003．

［3］ 任澤濡．熱工手冊［M］．北京:機械工業出版社，2002．