張仲生

(太原市熱力公司，山西太原 030012)

隔壓換熱站自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

張仲生

(太原市熱力公司，山西太原 030012)

以太原市華能東山隔壓換熱站(簡(jiǎn)稱(chēng)隔壓站)為例，對(duì)隔壓站自控系統(tǒng)進(jìn)行了分析，并著重介紹了隔壓站自控測(cè)點(diǎn)及其控制思路，指出分布式隔壓換熱站具有占地面積小、系統(tǒng)規(guī)模小、可根據(jù)實(shí)際情況靈活布置等優(yōu)點(diǎn)。

隔壓換熱站，系統(tǒng)，自動(dòng)控制

0 引言

分布式隔壓換熱站是指在負(fù)荷較為集中的區(qū)域，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)條件的位置設(shè)置小規(guī)模、小負(fù)荷的隔壓換熱系統(tǒng)，使其出口管線(xiàn)滿(mǎn)足低海拔區(qū)域的供熱參數(shù)，以適應(yīng)供熱區(qū)域內(nèi)規(guī)劃負(fù)荷的調(diào)整，可使該熱源進(jìn)一步解決供熱區(qū)域兩側(cè)更低海拔區(qū)域的供熱。其優(yōu)點(diǎn)為占地面積小，系統(tǒng)規(guī)模小，可根據(jù)實(shí)際情況靈活布置，簡(jiǎn)化管網(wǎng)，便于調(diào)節(jié)。

供熱熱源在供熱區(qū)域設(shè)置分布式隔壓站系統(tǒng)，使其出口管線(xiàn)滿(mǎn)足需集中供熱范圍內(nèi)且海拔較低區(qū)域的供熱參數(shù)，可增大熱源覆蓋能力，同時(shí)為其進(jìn)一步與其他熱源并網(wǎng)運(yùn)行創(chuàng)造條件。

1 中央控制室

調(diào)度中心樓設(shè)隔壓站及下轄熱力站所需的調(diào)度中心，調(diào)度中心內(nèi)設(shè)數(shù)據(jù)服務(wù)器、視頻服務(wù)器、工程師站及操作員站等所需基本設(shè)備。隔壓站采集及下達(dá)的自控信號(hào)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)PLC控制器上傳至調(diào)度中心。

調(diào)度中心是隔壓站下轄熱網(wǎng)控制系統(tǒng)的中心，所以其運(yùn)行的可靠性尤為重要，一旦出現(xiàn)故障，將造成全網(wǎng)的失控，故中央控制室應(yīng)配置可靠性能高的計(jì)算機(jī)設(shè)備，并配置備份機(jī)和UPS電源。

調(diào)度中心可以實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的集中監(jiān)控管理。同時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)接口服務(wù)器，總調(diào)度中心的數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)。具有如下功能:

1)通過(guò)計(jì)算、分析水溫、水壓、水量調(diào)節(jié)曲線(xiàn)來(lái)確定系統(tǒng)調(diào)控方案，設(shè)置供熱管網(wǎng)運(yùn)行初始值。

2)能顯示、存儲(chǔ)一個(gè)采暖季的各數(shù)據(jù)并向各現(xiàn)場(chǎng)控制機(jī)發(fā)出具體的控制命令。

3)供熱網(wǎng)各點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、日數(shù)據(jù)和累計(jì)數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。

4)熱網(wǎng)供熱量的統(tǒng)計(jì)和分析。

5)在故障狀態(tài)下自動(dòng)投入備用機(jī)。

2 現(xiàn)場(chǎng)PLC控制柜

隔壓站在生產(chǎn)車(chē)間設(shè)有換熱IO子站，如有采暖系統(tǒng)也可以設(shè)采暖IO子站，共同并入調(diào)度中心控制系統(tǒng)中。

換熱IO子站在生產(chǎn)車(chē)間設(shè)有PLC控制柜，PLC柜現(xiàn)場(chǎng)配置操作屏，作為就地控制操作及數(shù)據(jù)、監(jiān)控平臺(tái)。采用PLC控制系統(tǒng)對(duì)隔壓站主換熱系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，要求CPU冗余、電源冗余、通訊冗余。

3 換熱子站現(xiàn)場(chǎng)自控設(shè)備

隔壓站主要包含高溫網(wǎng)、一次網(wǎng)及一次網(wǎng)補(bǔ)水三部分。為直觀了解整個(gè)系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)自控設(shè)備，現(xiàn)對(duì)隔壓站自動(dòng)控制部分簡(jiǎn)要表述如下。

3.1 閥門(mén)自動(dòng)調(diào)節(jié)部分

1)高溫網(wǎng)及一次網(wǎng)供回水均設(shè)電動(dòng)蝶閥，其中高溫網(wǎng)回水為電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥，用于調(diào)節(jié)高溫網(wǎng)流量大小。

2)一次網(wǎng)補(bǔ)水的方式:主要方式為高溫網(wǎng)水補(bǔ)一次網(wǎng)水，補(bǔ)水采用調(diào)節(jié)閥控制。調(diào)節(jié)閥正常情況常開(kāi)，通過(guò)調(diào)節(jié)維持補(bǔ)水壓力點(diǎn)壓力恒定。備用方式為自來(lái)水變頻補(bǔ)水，通過(guò)補(bǔ)水泵來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3)一次網(wǎng)回水設(shè)泄壓閥，通過(guò)檢測(cè)一次網(wǎng)回水壓力來(lái)進(jìn)行泄壓電磁閥的啟閉控制。

3.2 泵調(diào)節(jié)部分

1)一次網(wǎng)循環(huán)泵根據(jù)一次網(wǎng)供回水壓差來(lái)進(jìn)行變頻控制。

2)旋流除污器后壓力過(guò)低時(shí)，循環(huán)泵需在停泵狀態(tài)，避免循環(huán)泵空轉(zhuǎn)，便于旋流除污器維檢。

3)補(bǔ)水泵。

補(bǔ)水泵的啟動(dòng)為備用補(bǔ)水方式，當(dāng)高溫補(bǔ)一次網(wǎng)流量達(dá)到高溫網(wǎng)循環(huán)流量的1.05%時(shí)，為減免高溫網(wǎng)壓力失衡，投運(yùn)一級(jí)網(wǎng)補(bǔ)水泵，維持壓力恒定;當(dāng)高溫網(wǎng)補(bǔ)一次網(wǎng)流量低于一級(jí)網(wǎng)循環(huán)流量0.95%時(shí)，停運(yùn)補(bǔ)水泵。簡(jiǎn)明可概括為高溫網(wǎng)壓力失衡，且一次網(wǎng)回水壓力不足且需要補(bǔ)水時(shí)，啟用補(bǔ)水泵，補(bǔ)水泵變頻控制根據(jù)一次網(wǎng)回水壓力來(lái)進(jìn)行。

4)生產(chǎn)水泵。

生產(chǎn)水泵的啟動(dòng)根據(jù)軟化水箱液位來(lái)進(jìn)行，軟化水箱水位過(guò)低時(shí)，需要配合軟水設(shè)備并行啟動(dòng)生產(chǎn)水泵;軟化水箱水位過(guò)高或生產(chǎn)水池水位過(guò)低時(shí)，生產(chǎn)水泵需在停泵狀態(tài)。

5)潛污泵。

隔壓站高溫網(wǎng)及一次網(wǎng)管徑較大，隔壓站內(nèi)部分，需要在地溝內(nèi)敷設(shè)。因此，地溝內(nèi)需設(shè)置集水坑及潛污泵。當(dāng)集水坑積水達(dá)到一定程度時(shí)，需啟動(dòng)潛污泵及時(shí)排污。

3.3 溫度檢測(cè)部分

1)室外溫度測(cè)量:室外溫度是供熱流量調(diào)節(jié)的重要根據(jù)之一。室外溫度測(cè)量?jī)x表在站外北墻懸掛，高度2.5 m以上，離開(kāi)窗口，屋檐等有氣流，熱源的地方。

2)地溝內(nèi)溫度測(cè)量:安裝于地溝內(nèi)入口處，當(dāng)溫度超限(40℃)時(shí)，需發(fā)出超溫報(bào)警。

3)管道溫度測(cè)量:高溫網(wǎng)及一次網(wǎng)供回水溫度，換熱器高溫網(wǎng)側(cè)及一次網(wǎng)側(cè)出水溫度測(cè)量，當(dāng)溫度超限(125℃)時(shí)需超溫報(bào)警，用于應(yīng)對(duì)流體氣化，及時(shí)排氣。

3.4 壓力檢測(cè)部分

高溫網(wǎng)及一次網(wǎng)供回水壓力、高溫網(wǎng)側(cè)換熱器出口壓力、補(bǔ)水定壓點(diǎn)壓力、循環(huán)泵及生產(chǎn)泵出口壓力。

3.5 液位檢測(cè)部分

1)水箱液位測(cè)量:用于生產(chǎn)泵變頻控制。2)地溝集水池液位測(cè)量:用于潛污泵啟?？刂?。3)生產(chǎn)水池液位測(cè)量:水池液位不足時(shí)生產(chǎn)泵需停泵。4)消防水池液位測(cè)量:消防泵不屬于常開(kāi)設(shè)備，僅消防需要時(shí)手動(dòng)開(kāi)啟即可。因此消防水池液位僅用于遠(yuǎn)程觀測(cè)即可。

3.6 流量測(cè)量

用于計(jì)算補(bǔ)水用水量，于高溫網(wǎng)補(bǔ)一次網(wǎng)補(bǔ)水管及自來(lái)水補(bǔ)水管均安裝遠(yuǎn)傳水表。

3.7 熱量測(cè)量

于高溫網(wǎng)回水及一次網(wǎng)供水上安裝熱量計(jì)，用于熱量計(jì)量。

1)熱量表及遠(yuǎn)傳水表的安裝需檢查兩端連接管的對(duì)中情況，避免流量傳感器受到扭曲或剪切應(yīng)力流量作用。流量傳感器有流向的要求，必須注意使熱水的流動(dòng)方向與傳感器上的箭頭指向一致。

2)熱量表和遠(yuǎn)傳水表安裝必須保證儀表前后直管段，具體安裝要求以到貨產(chǎn)品樣本為準(zhǔn)，直管段上不允許安裝其他儀表、管件。

4 采暖子站自動(dòng)控制

采暖子站內(nèi)一次網(wǎng)的供、回水壓力、溫度、流量;站內(nèi)二級(jí)網(wǎng)供、回水壓力、溫度，二級(jí)網(wǎng)集水器前各支路溫度;補(bǔ)水泵進(jìn)口流量。

檢測(cè)軟化水箱高低液位，并設(shè)置報(bào)警;二次水網(wǎng)超溫報(bào)警;調(diào)節(jié)閥、循環(huán)泵、補(bǔ)水泵、回水加壓泵的工作狀態(tài)，故障報(bào)警等。

采暖子站控制原理是通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)站的一次網(wǎng)流量來(lái)控制二級(jí)網(wǎng)的供水溫度，這個(gè)溫度的控制將按照設(shè)計(jì)溫度曲線(xiàn)隨室外氣溫變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)熱源供熱量不足時(shí)，應(yīng)根據(jù)中控室給定的設(shè)定值來(lái)調(diào)節(jié)一次側(cè)閥門(mén)。熱力站二級(jí)網(wǎng)循環(huán)泵根據(jù)二次網(wǎng)供回水壓差變頻控制運(yùn)行。

熱力站二次水系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)二級(jí)網(wǎng)回水壓力來(lái)控制補(bǔ)水泵的啟停并顯示補(bǔ)水泵運(yùn)行狀態(tài)。

5 通訊

1)隔壓站控制柜采用工業(yè)以太網(wǎng)與調(diào)度中心中控室相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸并接受中央管理工作站的控制指令。因控制柜與中控室距離較遠(yuǎn)(＞100 m)，使用普通通訊電纜信號(hào)質(zhì)量無(wú)法保障，因此需使用光纜通訊。

a.光纜優(yōu)點(diǎn):通信容量大、傳輸距離遠(yuǎn);信號(hào)干擾小、保密性能好;抗電磁干擾、傳輸質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。

b.光纜缺點(diǎn):質(zhì)地脆、機(jī)械強(qiáng)度大:隔壓站室外敷設(shè)光纜需做溝敷設(shè)。光纜的彎曲半徑不能過(guò)小(＞20 cm)，這就要求地溝及橋架要做的足夠大。光纜的切斷和接續(xù)需要一定的技術(shù)、設(shè)備，因此敷設(shè)最好一次完成。

2)PLC控制柜具有對(duì)隔壓站運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集、處理及顯示、自動(dòng)調(diào)節(jié)、越限報(bào)警、報(bào)表打印等功能。控制柜設(shè)485通訊接口，用于軟水信號(hào)、除氧信號(hào)及熱量信號(hào)傳輸。

3)隔壓站自控設(shè)備所需的電纜在室內(nèi)沿橋架敷設(shè)，在橋架外時(shí)需套鋼管敷設(shè)，所有電纜在穿越墻、樓板等處，在施工完畢后均應(yīng)采用防火堵料封堵。室外敷設(shè)時(shí)需采用直埋或沿溝敷設(shè)。敷設(shè)時(shí)，對(duì)纜線(xiàn)可能承受張力的地段，應(yīng)采取加固措施。

6 視頻監(jiān)控

隔壓站調(diào)度中心設(shè)視頻監(jiān)控服務(wù)器，負(fù)責(zé)隔壓站及下轄熱力站視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。視頻監(jiān)視系統(tǒng)通過(guò)VPN網(wǎng)絡(luò)將各熱力站的視頻信息上傳至監(jiān)控中心的視頻服務(wù)器，滿(mǎn)足熱網(wǎng)監(jiān)控中心對(duì)各個(gè)熱力站進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視。

隔壓站內(nèi)需觀察處設(shè)置高清攝像頭，線(xiàn)纜通過(guò)橋架敷設(shè)至中控室視頻服務(wù)器，便于保障隔壓站正常運(yùn)行。

7 結(jié)語(yǔ)

隔壓換熱站是熱源與熱力站之間的承接部分，有效合理的自動(dòng)控制，對(duì)于一次網(wǎng)工況平衡、消除水力失衡、節(jié)能減排方面有著重要的作用。

［1］ 李文江，姚安華，李懷武，等.管道遠(yuǎn)程自動(dòng)控制采集系統(tǒng)［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004(3):57-58.

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Design concept of automatic control system of intervals-pressure heat exchange station

Zhang Zhongsheng

(Taiyuan Thermal Power Company，Taiyuan 030012，China)

Taking Huaneng Dongshan intervals-pressure heatexchange station(intervals-pressure station in brief)in Taiyuan city as an example，the paper analyzes automatic control system of intervals-pressure heat exchange station，mainly introduces automatic controlmeasurement points and control concept of intervals-pressure heat exchange station，and finally points out advantages of distribution-style intervals-pressure heat exchange station，such as small land area，small-scale system，flexible distribution according to actual conditions and so on.

intervals-pressure heat exchange station，system，automatic control

TU833

A

1009-6825(2015)29-0145-02

2015-08-07

張仲生(1980-)，男，工程師