換熱站變頻恒壓補水的研究與未來發展探析

李松天

摘 要 此論文根據冬季換熱站回水壓力變化時，回水系統的補水要求設計一套基于變頻調節恒壓補水系統，變頻恒壓補水系統由補水箱、變頻控制柜、電接點遠傳壓力表、水泵電機（一用一備）等組成。該變頻補水系統利用變頻器對兩臺水泵電機進行手/自動控制，電接點遠傳壓力表把回水的壓力信號采集后并輸入變頻器進行PID處理，得到的輸出信號控制水泵電機的運行頻率，最終實現恒壓補水的目的。

關鍵詞 變頻器;換熱站;恒壓補水

前言

隨著冬季的來臨，供暖季也隨之到來，供熱公司也開始了供熱前的檢修和試運行工作。而在供熱管網系統中，回水壓力的變化又對系統管網的穩定性起到至關重要的作用，管網的壓力波動大不利于系統的安全運行，而且浪費能源。這時利用變頻器和壓力檢測反饋裝置對換熱站回水系統實現自動控制就大大提高了系統的安全性與穩定性。

1用變頻器實現換熱站恒壓補水的主要特點：

1.1 節能降耗

應用變頻器的自動控制實現了換熱站回水系統的智能調控，對電壓、頻率的控制降低了用電成本。對水泵轉速控制使補水流量值得到精確控制，降低了能耗。

1.2 安全穩定

變頻器的使用使回水系統實現了動態平衡，換熱站管網系統回水壓力達到恒定壓力值。

1.3 智能控制

用變頻器恒壓補水時，可以按水壓上下限值調整變頻器參數維持水壓恒定，實際應用中，變頻器會根據回水壓力的變化進行PID調節輸出信號控制水泵電機的運轉頻率[1]。

2換熱站恒壓補水系統組成簡介

2.1 設計思想及方案確定

圍繞換熱站回水壓力的控制我選出了兩套方案：

（1）利用電接點遠傳壓力表、變頻器、水泵電機組成閉環控制。

（2）利用壓力變送器、變頻器、水泵電機組成閉環控制。

這兩套方案的不同在于壓力傳感器的選擇，通過成本以及使用要求的比較最終選擇遠傳壓力表作為本篇論文的方案。

2.2 變頻恒壓補水組成

換熱站變頻器恒壓補水的構成：補水箱、變頻控制柜、電接點遠傳壓力表、壓力傳感器、水泵電機（一用一備）等組成。變頻控制柜由電流互感器、電壓表、電流表、運行指示燈、主電路斷路器、電磁繼電器、變頻器、交流接觸器、端子排等組成。

2.3 換熱站變頻補水系統分析

該恒壓變頻補水系統由循環水泵電機、變頻器、遠傳壓力表、補水箱、排水井等組成。回水系統管網上的遠傳壓力表3將回水壓力信號采集并輸入變頻控制柜1中的變頻器，變頻器對信號進行PID處理，通過輸出信號控制水泵電機的運行頻率，以此實現系統圖中2水泵變頻補水的閉環控制。在換熱站管網系統回水壓力值增大時，遠傳壓力表輸出模擬信號進入變頻器信號接收端變量值增大，變頻器的電壓、頻率降低，從而控制變頻器輸出端水泵軸功率降低、轉速降低，換熱站管網系統的回水壓力達到恒定壓力值，最終實現管網回水系統的動態平衡。當換熱站管網系統回水壓力減小時，遠傳壓力采集的信號值減小，變頻器的電壓、頻率增大，從而控制變頻器輸出端水泵軸功率增大、轉速升高，換熱站管網系統的回水壓力達到恒定壓力值，最終實現管網系統回水系統的動態平衡[2]。

2.4 主電路圖及電路分析

該主電路中，PV是電壓表，用來檢測主電路電壓情況。PA是電流表通過主電路中的電流互感器監測主電路的電流情況。QF0是本電路中的主斷路器，QF1控制M1、M2水泵變頻電路合閘。QF2控制M1水泵工頻運行合閘，QF3控制M2水泵工頻運行合閘。主電路圖中的交流接觸器KM3、KM4分別控制水泵電機M1、M2的變頻運行，KM1、KM2分別控制水泵電機M1、M2的工頻運行。FR1、FR2接在M1、M2水泵工頻電路中，當水泵過負荷運行時起到保護作用。

2.5 控制電路說明

該控制電路使用了兩個選擇開關S1、S2來作為M1、M2水泵的手、自動調節。為防止對S1、S2的誤操作，比如當S1置于手動時，為防止有人對S2誤操作，故將M2水泵的兩個交流接觸器KM2、KM4的常閉觸點串聯在1泵工、變頻運行電路中，當S1已經置于手、自動位置，S2誤動作時，交流接觸器KM3或KM1的主線圈失電，M1水泵電機停轉，M2水泵運行（互鎖保護）。同理將M1水泵的兩個交流接觸器KM1、KM3的常閉觸點串聯在2泵工、變頻運行電路中，當S2已經置于手、自動位置，S1誤動作時，交流接觸器KM4或KM2的主線圈失電，M2水泵電機停轉，M1水泵運行（互鎖保護）。H1是1泵工頻運行指示燈，H2是1泵變頻運行指示燈，H3是2泵工頻運行指示燈，H4是2泵變頻運行指示燈。

2.6 變頻器控制電路設計及分析

當遠傳壓力表檢測回水管路壓力信號小于變頻器給定參數時，變頻器對采集的回水壓力信號經過PID處理后輸出控制信號使水泵電機運轉，遠傳壓力表的三個接線點分別接入變頻器的24v、VF、GND端。不同的變頻器接線方式會有區別，實踐中如果遠傳壓力表接線錯誤可與變頻器采購商溝通解決，另外變頻器對應參數要設置正確[3]。

3變頻補水的發展及運用

變頻補水使用變頻器、壓力傳感器、水泵電機組成的閉環控制系統對系統的穩定性以及安全性進行手/自動控制，具有成本低、安裝便捷、可靠性高的優點。特別適用于：

（1）大、中、小城市上下水等水處理系統的控制領域;

（2）各類工業需要恒壓控制的用水，冷卻水循環，熱力網水循環，鍋爐補水等;

（3）中央空調系統;

（4）自來水廠增壓系統;

（5）農田灌溉，污水處理，人造噴泉;

（6）各種流體恒壓控制系統[4]。

4結束語

換熱站補水箱恒壓補水保證了系統的穩定性，維護運營成本也得到降低。變頻恒壓補水與傳統的人工補水相比在節能降耗的同時還可以延長系統的使用壽命。變頻恒壓補水在控制方式上可以采用手/自動切換，補水壓力參數也可以在線實時調整，既能改善系統性能又能帶來經濟效益。在看到優點的同時也要總結一下自己的不足，比如變頻器的加減速時間等功能應用不夠深入。另外我沒有使用PLC、組態等遠程通信技術，從發展的眼光考慮，此論文中的恒壓補水系統還有很大的提升和改造空間。

參考文獻

[1] 朱玉堂.變頻恒壓供水系統的研究[J].變頻器世界，2005，（11）：3-6.

[2] 劉美俊.通用變頻器應用技術[M].福州：福建科學技術出版社， 2004：119.

[3] 廖長初.plc基礎及應用<2>版[M].北京：機械工業出版社，2007：6.

[4] 韓安榮.通用變頻器及其應用<2>版[M].北京：機械工業出版社，2000：29.