變頻器及plc系統在熱力站控制中的應用

一、前言

　　在城市集中供熱系統中，熱力站作為熱網系統面對系統熱用戶 后一級調節單元，熱力站的控制效果直接決定熱用戶的采暖效果。太原市熱力公司所轄城市熱網包含400余座熱力站，供熱面積覆蓋太原市總采暖面積的60%，所有熱力站均采用間連型熱力換熱站。

　　在間連熱網熱力站中，二次網供回水壓力、溫度及流量均是影響供熱效果的重要因素，而二次網各供參數的調節主要是依靠對二次網循環泵及補水泵的控制。傳統的熱力站控制中，循環泵與補水泵一般都采用工頻泵，系統在設計選型時已經決定了系統二次網的主要參數，但是相對的，系統的適應性、擴展性及各參數的精確調整均受到極大限制。

　　太原熱力公司自99年起，開始逐步對太原集中供熱熱網的各個熱力站進行自動控制化改造。對于原有的熱力站，統一增加自控儀表、plc及變頻設備；對于新建的熱力站，在設計時即在工藝系統基礎上引入自控設備。自控系統輔助將熱力站的控制精確化，結合熱網中控室全網平衡系統及通訊網絡系統，進行全網均勻調節，達到較好的控制效果。本文著重介紹自控系統及變頻器在熱力站控制中的應用。

二、熱力站自控系統構成

　　間連型熱力站自控系統按設備類型分，可分為：溫度、壓力變送器，流量計，電動調節閥，循環泵及補水泵；按控制回路分，則可分為：一次網流量控制回路、二次網循環控制回路、二次網定壓回路。

　　在熱力站自控系統中，一次網流量控制回路主要通過調節一次回水調節閥來實現。二次網的調節回路則是通過調節二次網循環泵及補水泵轉速來實現。一次網的控制指令主要由熱網調度中心根據全網平衡算法下發，而二次網循環泵及補水泵變頻器轉速則由站內plc系統依據各熱力站所帶熱網的實際情況計算得出。

　　熱力站自控系統結構如下圖。

　　圖1 典型熱力站系統結構圖

三、系統控制思想

　　在集中供熱工程中由于各用戶的建筑面積、暖氣片性能及房屋保溫質量各不相同，很難確定一組典型的室內溫度作為直接被控量，而供、回水的平均溫度從整體上反映了各用戶暖氣片的平均溫度，因此一般的供熱系統都是根據室外環境溫度及不同的供熱時段來控制供、回水平均溫度的方法來間接控制用戶室溫。

　　在太原各熱網控制中，由于在進行熱力站自控改造的同時，對熱網調度系統也進行了調整。目前太原各個熱力分公司熱網調度中心都加設了全網平衡系統，調度中心通過與個熱力站進行通訊，獲取熱網數據，并根據室外溫度情況對全網熱力站的供熱效果進行均勻調整。

　　各熱力站從控制中心獲取對應的二次網供回水平均溫度，站內系統將獨立控制回路分為二次網供回水平均溫度控制回路和一次網流量控制回路，根據平均溫度的偏差確定一次網流量的設定值，然后調節閥門開度使流量達到設定值。

　　站內的控制系統還根據熱力站的實際情況對二次網循環泵及補水泵進行調速，

　　系統根據二次網供、回水平均溫度的溫差，通過變頻器自動調節循環泵的轉速，實現對系統總流量和溫度的調節。使循環水泵按照實際負荷輸出功率，減少不必要的電能損失，實現小流量大溫差的運行模式。通過此舉，可以及時地把流量、揚程調整到需要的數值上，消除多余的電能消耗，從而達到良好的節能效果。通常熱力系統會設計兩臺變頻泵，這不僅是為了系統備用，也是為了防止系統超調。如果負荷不夠，則泵的轉速加大，達到100％時還不滿足要求，則啟動第二臺泵。同時系統還可以根據運行時間自動切換各循環泵，也提供低水壓保護和連鎖功能。

　　控制系統的二網供、回水壓力是熱網安全運行的重要參數。供水壓力過高可能造成熱水管道及用戶暖氣片的破裂；供、回水壓力過低，使得部分熱用戶無法的到足夠熱量。恒壓控制的 佳方案是對補水泵進行變頻調速控制，但考慮此處對壓力的穩定性要求并不高，只要壓力不超出某一范圍即可，所以也可以采用開關補水控制方案。