热力站电气设备的控制

1、浅谈间供热力站电气设备的控制摘要：本文主要讲述间供热力站电气设备的控制方式，从热力站发展的视线，分析了间供站循环泵、补水泵的电气控制线路。分析了不同热网系统模式下，循环泵、补水泵应采取的控制策略和控制方法。关键词：循环泵、补水泵、控制。热力站是供热系统的中心环节，热量不管是区域锅炉房产出的热，还是热源厂供给的热，都要通过热力站送给热用户，供热模式不同，热力站中配备的设备也不一样。随着供热理论的发展和供热方式的完善，热力站的电气设备不断增加。供热系统从直供系统，发展成间供系统。热力站从不使用电气设备的热力站，发展到无人值守远程监控的热力站。一、最简单的热力站直供站直供站就是使用热源厂的热水或蒸汽

2、直接做热介质直接供给热用户。这种供热系统根据供热模式分为直接直供系统和混水直供系统。在直接直供系统中，在热力站中不用电气设备。热源厂和热用户通过热力站形成大的供热环网。在混水直供系统中使用混水泵，用来调节供水温度。混水泵功率一般都不大。这种供热模式一般在早年投建使用，混水泵的控制一般都用接触器电路。直供站是电厂直接供用户，温度高，控制难，浪费热能，而且整个系统安全系数低，不适合大面积供热。这种系统正在不断的被改造。二、间供站热源厂间接给热用户供热的热力站称为间供站。在热源厂和热力站之间循环的水称作一次水，在热用户和热力站之间循环的水称作二次水。一次侧水的热量通过换热设备传递给二次侧的水。二次侧

3、的水把热量传递给热用户。间供站的出现提升了一次网的安全系数。间供站的两个明显特征就是二次网循环系统和二次网补水系统。间供站另外特点就是可控参数增加，可以有效的控制热力站的输入热负荷和输出热负荷，通过对整个热网热负荷分配，达到整个系统的平衡。间供站电气设备控制分为循环泵控制系统、补水泵控制系统。1.二次热网循环控制系统：循环泵提供二次网水循环动力。循环泵功率由二次网的大小决定。对循环泵的控制实际就是对循环泵电机的控制。循环泵目前流行三种主要控制线路:接触器控制线路、软起控制线路和变频控制线路。1.1接触器控制线路：是以接触器作为主控元件，对循环泵进行控制的电气线路。一般由空气开关、接触器、热保护

4、器等主要元器件组成。根据循环泵电机功率大小有分为直接启动、Y-启动、和自耦变压器启动。一般情况下电机功率小于11千瓦的适合直接启动。在11-35千瓦的电机用Y-启动，35千瓦以上的电机使用自耦变压器启动。1.2软启动器控制线路：是以软启动器作为主控元件，对循环泵进行控制的电气线路，如图1所示。一般由空气开关和软启动器等原件组成。软启动器的优点在于软启动器不仅能够软起动循环泵，还可以软停循环泵。在软启动控制线路中，对多个同功率循环泵，有采用单台软起启动后切换到各自接触器上的控制模式。这主要是降低成本，但这种线路维护复杂，不能软停，所以在实际运用中，不提倡这样的控制模式。软起控制线路与接触器控制线

5、路相比，对电网的冲击小，如果前端变压器容量较小，不能承载电机额定电流4-7倍冲击时，可选用软启动器线路。1.3变频器控制线路：是以变频作为主控元件，对循环泵进行控制的电气线路。一般由空气开关和变频器等元件组成，如图2所示。变频器的优点在于变频器不仅能够软起动循环泵，还可以对循环泵调速。变频器控制线路在控制循环泵方面是最佳选择，尽管这种控制方式初投资费用较高。但是从长远看,其调速功能对热网调节非常方便，对于设计余量较大的热网系统有很大的节能效果。就是设计很匹配的系统，在初寒期和末寒期可通过调整循环泵转速，调整减少供热量。初寒期和末寒期的节电效果也非常明显。变频器的启动对电网没有冲击，对前端变压器

6、余量没有要求。变频器对电机的保护也非常全面。电流过流、导线短路、接地、电压超压、缺相、电机堵转等保护都很完备，变频器的自诊断功能可以在系统产生电气故障时，将故障内容显示在变频器显示屏上，方便故障查找。随着变频技术的日臻完善和产品价格的降低，变频器在热网上的应用应该更加普及。2二次热网补水控制系统：通过补水设备，把二次热网的压力控制在一定的压力值，以便热量能过到达热网中的每个热用户中。当热网压力不足时，热网高点用户管道中可能没有热介质，介质不能良好的循环。表现在热用户上就是供热设施不热。当补水压力超出需要的压力值是，对于新管线来讲，如果超出的值不太大，一般没有问题。但对于投用时间很久的设施来说，

7、高压力运行是非常危险的。尤其是底层用户，很容易出现爆管故障，造成很大的损失。控制二次压力在合理的范围之内，对热网运行非常重要。2.1 二次网补水有三种形式：水箱为水源给二次网补水，一次网为水源给二次网补水，民用自来水给二次网补水。2.1.1水箱为水源给二次网补水：这种方式为间供热力站的主要补水方式，特点是能够根据需要选取不同压力范围的补水泵，控制灵活。其发展由人工操控补水泵的简单控制方式，到补水泵、控制器、执行器和传感器组成复杂控制方式。2.1.2 人工补水泵补水方式：这是最简单的补水方式，由操作工根据现场压力来启停补水泵。补水泵的电机由空开、接触器、热继电器组成的电路控制。补水泵电机功率都较

8、小，一般采用电机直接启动。这种控制方式由人来掌控补水情况，对人的依赖性很大。容易造成补水的不及时。工作量大，劳动生产率低。2.1.3 电接点压力表自动补水系统：在人工补水控制方式基础上，增加一块电接点压力表，就组成了电接点压力表自动补水系统。该系统由电接点压力表，空开、接触器、热继电器和继电器逻辑电路组成。在控制面板上一般有手动自动转换功能，在自动出现问题时转到手动控制状态。电接点压力表的作用是监测系统压力值，并且给出电机启停信号。继电器逻辑电路接受启停信号，控制接触器动作，来控制补水泵的运行。这种补水系统的缺点，电接点压力表的接点是压力表表盘上表针，在控制系统运行时，表针有电流流过，接点闭合

9、断开时，容易产生火花，而使压力表不能很好工作，产生故障。2.1.4 调节表压力补水系统：这是一种非常传统的位式控制系统，即传感器、调节表、执行器结构。热网的二次压力信号，由远传压力表或压力变送器传送给调节表，调节表根据设定压力的大小，通过内部的运算，把控制信号给电机控制线路，来控制补水泵的启停。这种系统的控制逻辑由调节表来完成，控制方式合理。投资小，系统较稳定，但控制线路较复杂。2.1.5 变频器补水系统：变频器目前作为交流电机的最好控制设备，在热网补水系统中也得到了广泛的应用。它可以根据热网的实际情况灵活的改变控制方式。随着变频技术的发展变频器补水系统更加简单和可靠。2.1.5.1 变频器直

10、接控制系统。这是最简单的变频器补水系统，它的电路组成就是空开、变频器、补水泵。其控制原理图与循环泵相同，如图2所示。操作工根据实际情况把变频器设定成一定频率，电机在一定的转速下运行对热网进行补水。对于较大的热网系统，由于系统的失水量基本上是恒定的,水泵在选型完成以后,其流量与电机转速的关系为线性关系Q1/Q2=n1/n2 ,选择一定的转速就能达到一定的补水量。这一补水模式只能用在热网失水量基本恒定的系统，一般用在应急状态。2.1.5.2 变频器PID调节控制系统。这是目前比较先进的补水泵控制系统。系统组成为压力传感器、调节器、变频器、补水泵，如图3所示。在调节器XMA5000上设定需要的压力值

11、，压力传感器PT把热网的实际压力值传给调节器，调节器根据需要压力值和实际压力值，进行PID运算后，输出值控制变频器，变频器根据得到的输出指令来调整电机的转速。近年来，随着变频器技术的进步，有些大品牌变频器已经把调节器的功能集成在变频器内部，变频器自身可以做PID运算。图4示出了变频器具有PID功能补水泵控制原理图。从图中可以看出，这样的控制系统更加简单，维护简便。变频器补水系统根据热网系统工况可以在常规PID输出控制模式或睡眠PID输出模式运行。对于大热网系统或系统比较陈旧,系统特点就是失水量较大,处于长期失水状态，补水泵基本上长期处在补水状态，使用常规PID输出控制模式。对于一般热网系统或新热网系统，特点是失水量小，系统处在间歇性失水状态，补水泵应该间断性补水。这时如果使用常规PID输出控制模式，系统在不缺水时间段PID输出值较小，电机转速较低，水泵的输出压力低于系统内的压力。这时尽管补水泵还在以一定的速度旋转，但泵内的水不再流入热网系统，而是在泵内循环，导致水温升高而产生气化现象。补水泵存有气体，补水泵就不能正常工作了。为了解决补水泵的气化问题，把补水变频器设定成睡眠PID状态。睡眠PID状态，就是在热网压力小于设定压力情况下，变频器处在常规PID输出控制模式，补水泵平稳正常向热网补水。当压力达到设定值，经过一段时间的延时后，变频器就进入休眠