變頻器在熱力站定壓補水中的應(yīng)用

董　鉑

(太原市熱力公司，山西 太原　030024)

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變頻器在熱力站定壓補水中的應(yīng)用

董鉑

(太原市熱力公司，山西 太原030024)

分析了熱力站定壓補水工作中存在的問題，闡述了變頻器在熱力站定壓補水中的運行原理，并對變頻定壓補水和其他定壓補水方式進行了對比，指出采用變頻器對熱力站的定壓補水進行控制，可達到安全、可靠、節(jié)能的目標。

變頻器，熱力站，定壓補水，補水泵

1　概述

城市中的高層建筑呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，其中供熱采暖的管道出現(xiàn)破損和被侵蝕的問題等，都給城市集中供熱帶來了不利的影響。對于城市集中供熱采暖來說，熱力站所接受的熱水來自于城市的熱源廠，兩者是依靠主管道進行熱水的傳輸，通過熱力站的熱交換設(shè)備而完成熱能的交換，然后再經(jīng)由熱力站將熱量傳輸至用戶。而在這一過程中，主管網(wǎng)以及用戶穩(wěn)壓是通過定壓補水的手段來進行控制的。而由于城市供熱采暖所涉及的范圍持續(xù)的擴張，采取一般的定壓補水根本無法達到相對繁雜的系統(tǒng)定壓要求。而在變頻控制技術(shù)逐步發(fā)展與革新的過程中，其也被逐漸地應(yīng)用在了城市的供熱采暖系統(tǒng)中，同時取得了良好的應(yīng)用效果。

2　問題的提出

在熱力站的定壓補水工作中，可分為連續(xù)定壓補水以及間歇式定壓補水兩種方法。連續(xù)定壓補水是通過對相應(yīng)的供水閥門開度的管控來進行補水管控的。此方法能夠被應(yīng)用在涉及供熱的范圍較大的熱力站中，不過卻需要相對多的電能消耗。而間歇式定壓補水方法通過電接點壓力裝置來管控補水過程，此方法相對來說較為經(jīng)濟，不過僅可用在所涉及的供熱面積不大的情況。如果供熱系統(tǒng)中失水問題較多，且要大量的進行補水作業(yè)時，就會造成下列的問題。

1)因為要達到整個供熱系統(tǒng)的定壓值，所以就必須要非常頻繁的關(guān)閉與啟動補水泵。而所采用的水泵又是工頻的方式啟動，所以在其啟動過程中會形成非常大的電流，一般會達到其額定電流的6倍以上。要是開啟的次數(shù)過多，就將極大的減少水泵電機和相關(guān)裝置的使用壽命。例如，減少繼電器等設(shè)備有效的使用周期等，也極易出現(xiàn)裝置被損壞的問題。

2)要是出現(xiàn)元件某一接觸點粘連的問題，將致使水泵失去控制，會使供熱系統(tǒng)的內(nèi)部壓力陡然增加，導(dǎo)致相關(guān)的裝置被破壞，也較易造成一定的安全隱患。

3　變頻器在熱力站定壓補水中的運行原理和應(yīng)用

3.1補水泵的工作特征

現(xiàn)階段，多數(shù)熱力站采取離心式補水泵，屬于異步三相電機所帶動的水泵種類。當水泵運行時，其自身的性能指標和水泵自身的轉(zhuǎn)速存在緊密的聯(lián)系。其中，水泵的流量大小和水泵的轉(zhuǎn)速呈正比例相關(guān)，而水泵的揚程和水泵轉(zhuǎn)速的平方呈正比例相關(guān)，水泵擁有的功率大小和水泵轉(zhuǎn)速的三次方呈正比例相關(guān)。所以，如果想要對水泵補水量進行控制，能夠通過控制其自身的轉(zhuǎn)速來控制不同狀態(tài)下的運行參數(shù)，進而達到控制補水量的效果。

3.2變頻器用于補水泵調(diào)速原理

變頻器將頻率為50 Hz的交流電在整流電路的作用下，使其轉(zhuǎn)變成直流電，然后采用逆變電路將所轉(zhuǎn)換得到的直流電再轉(zhuǎn)換成不同頻率的交流電。而這一階段里，通過變頻器能將電網(wǎng)所具有的工頻轉(zhuǎn)化成能平滑改變大小和相應(yīng)頻率的交流電。同時，變頻器在進行相應(yīng)的電壓輸出時，其大小能依據(jù)不同的頻率而按特定的比例轉(zhuǎn)換，因此可以防止水泵電機由于內(nèi)部磁場過大造成元件損壞。如果是同一水泵，其電機的轉(zhuǎn)差率以及極對數(shù)未發(fā)生變化，那么其轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的電壓頻率就會呈現(xiàn)正比例相關(guān)性。所以，我們可以采取變換電壓頻率的手段，以實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的控制。而和調(diào)節(jié)水泵電機的極對數(shù)和轉(zhuǎn)差率的手段來使電機轉(zhuǎn)速改變的方法比較，變頻控制的方法相對更為可靠與安全，并且可實現(xiàn)更為自由的控制。另外，在變頻器裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，有相應(yīng)的自動化操作元件，能夠按照對外界所檢測而得的相關(guān)信息數(shù)據(jù)和所設(shè)定的標準數(shù)據(jù)做出對比并計算，以此來不斷的調(diào)節(jié)供熱系統(tǒng)應(yīng)有的電壓頻率。所以，采取變頻器能夠完成下列的操作：

1)當電機啟動時，在電機不斷的增加轉(zhuǎn)速時，變頻器也不斷的增加供電電壓的頻率以及大小，從而達到電機軟啟動的目的。

2)對外界信息數(shù)據(jù)的監(jiān)測及計算，實現(xiàn)電機運行的無級平滑變速功能。

3.3變頻器在熱電站定壓補水中的應(yīng)用

按照補水泵自身的特征、轉(zhuǎn)速和電機各個參數(shù)之間的聯(lián)系，能夠得到變頻器所發(fā)揮的主要功能及應(yīng)用有下列幾項：

1)電機啟動過程中，采用變頻器會讓系統(tǒng)實現(xiàn)電壓的頻率和大小逐步改變的目的，進而可以實現(xiàn)電機的平滑啟動。在采用變頻器后，其中電機啟動時的電流僅是電機額定電流的1.2倍左右，而補水泵又是啟停非常頻繁的設(shè)備，這就有效地提升了相關(guān)裝置服役的周期和安全可靠程度。

2)采用連續(xù)定壓補水的方式，設(shè)置在回水管位置上的壓力測量裝置會把所監(jiān)測到的相關(guān)壓力信息數(shù)據(jù)傳送至變頻器相關(guān)的控制元件中，然后此元件將所接收的信息數(shù)據(jù)和事先設(shè)定標準值進行對比，再經(jīng)由控制元件進行相關(guān)的計算并將結(jié)果傳送至變頻器，變頻器會依照所接收的數(shù)據(jù)信息而采取一定的變頻操作，同時自動地將適宜的電壓頻率輸送至電機，從而使電機的運轉(zhuǎn)速率得以改變，使相應(yīng)的補水量得以改變，進而實現(xiàn)對系統(tǒng)的定壓補水控制。而如果供熱系統(tǒng)的內(nèi)部壓力為最高值，其會自動停止對電機信號的輸出，從而讓整個供熱系統(tǒng)的內(nèi)部壓力穩(wěn)定。當采用間歇式定壓補水時，如果供熱系統(tǒng)的失水總量超過所設(shè)定的值以后，相應(yīng)的壓力測試裝置監(jiān)測到數(shù)據(jù)信息會小于所設(shè)定的數(shù)值，變頻器就會完成相應(yīng)的信號輸入，并將補水泵開啟進行補水作業(yè)。而如果供熱系統(tǒng)的內(nèi)部壓力值為最高值，則會自動停止對電機信號的輸出，從而讓整個供熱系統(tǒng)的內(nèi)部壓力穩(wěn)定。

4　變頻定壓補水和其他定壓補水方式的對比

采用連續(xù)的定壓補水方式，未采取變頻器控制時，通常需進行人工的操作，也需采取控制閥門開度的方式進行水流量的控制。如此便使系統(tǒng)運行的人力成本變得更高，同時也會出現(xiàn)很多無法預(yù)見的不穩(wěn)定因素。并且，由于補水泵處于工頻的狀態(tài)下進行工作，而供熱管閥門關(guān)小時，補水泵依然是按照額定的運行功率進行工作，不僅會使大量的電能被消耗，同時也會使系統(tǒng)承受更大的安全隱患。采取變頻器控制補水工作具備下列的優(yōu)點：

1)供熱系統(tǒng)的補水量是受變頻器的自動調(diào)節(jié)，使得人工成本的投入大大減少，且也極大地避免了因人為操作而導(dǎo)致的各種不確定因素出現(xiàn)，極大地改善了供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定度。

2)采用變頻器控制，能讓水泵電機保持更加適宜的運轉(zhuǎn)速率，因此也會極大地減少供熱系統(tǒng)的整體能源消耗，提升設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率，從而達到節(jié)能的目標。

3)供熱系統(tǒng)會擁有更加便捷的系統(tǒng)管理。因為變頻器能夠?qū)崿F(xiàn)自動化的操控，避免了由于工作人員的操控失誤或設(shè)備的其他因素等而導(dǎo)致的系統(tǒng)壓力太大或太小問題的發(fā)生，防止安全隱患的出現(xiàn)。而用于間歇式定壓補水系統(tǒng)時，尤其供熱系統(tǒng)所涉及的供熱范圍較廣以及供熱系統(tǒng)出現(xiàn)的失水情況相對嚴重時，補水泵就必須要非常頻繁地啟用。而采取變頻器則能夠讓水泵電機在啟動時達到無級平滑的效果，從而防止電機在啟用時出現(xiàn)電流過大的問題，有利于設(shè)備使用周期的延長，并利于對于設(shè)備及元件的維護。同時，由于變頻器控制定壓補水過程中，電機的開啟相對較慢，這就避免出現(xiàn)供熱壓力急劇變化的情況發(fā)生，另外也達到了對供熱定壓補水的自動化控制目標。

5　結(jié)語

采用變頻器對熱力站的定壓補水進行控制，可以達到更加安全、可靠與節(jié)能的目標。同時，變頻器也會對系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種電路問題進行有效的防護，并且具備故障自動報警的作用。因此，變頻器控制定壓補水可以實現(xiàn)供熱系統(tǒng)更為高效、穩(wěn)固的運行。不過，如果涉及的供熱系統(tǒng)補水量不大時，其在節(jié)能及提高效率等方面無法展示出較強的優(yōu)勢。并且，變頻控制所需的資金投入較多，對于補水量不大的系統(tǒng)來說其所具有的優(yōu)勢相對小。

[1]劉偉，楊興利，劉楠.蒸汽鍋爐補水系統(tǒng)中變頻器的應(yīng)用實踐探微[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016(4)：66.

[2]宋曉卓，吳志湘，岳斌佑.變頻補水定壓在集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].潔凈與空調(diào)技術(shù)，2015(2)：6-8.

The application of frequency converter in constant pressure water supply of thermal power station

Dong Bo

(Taiyuan Heating Power Company, Taiyuan 030024, China)

This paper analyzed the existing problems in constant pressure water supply of thermal power station, described the operation principle of frequency inverter in thermal station constant pressure water supply, and compared the frequency constant pressure water supply and other pressure water supply methods, pointed out using the frequency converter control of thermal station constant pressure water supply, could reach the goal of safe, reliable, energy-saving.

frequency converter, thermal power station, constant pressure water supply, water supply pump

1009-6825(2016)25-0135-02

2016-06-21

董鉑(1986- )，男，助理工程師

TU995.7

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