热力站电气设备的控制.doc

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，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，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，变频器就进入休眠状态，零赫兹频率输出，补水泵停止。当热网压力小于预定压力下限设定值，唤醒变频器，变频器安常规PID输出控制模式运行。这种运行模式有效的解决了间歇失水热网的补水问题。结论:集中供热在国内发展30多年，从直接站逐步发展到间供站。电气设备从无到有，从简单到复杂。对循环泵、补水泵的控制也由最初的接触器控制线路发展成变频器控制线路。这些发展对热网的安全可靠地运行提供了极大的技术支撑。