董　鉑

(太原市熱力公司，山西 太原　030024)

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變頻器在熱力站定壓補(bǔ)水中的應(yīng)用

董鉑

(太原市熱力公司，山西 太原030024)

分析了熱力站定壓補(bǔ)水工作中存在的問(wèn)題，闡述了變頻器在熱力站定壓補(bǔ)水中的運(yùn)行原理，并對(duì)變頻定壓補(bǔ)水和其他定壓補(bǔ)水方式進(jìn)行了對(duì)比，指出采用變頻器對(duì)熱力站的定壓補(bǔ)水進(jìn)行控制，可達(dá)到安全、可靠、節(jié)能的目標(biāo)。

變頻器，熱力站，定壓補(bǔ)水，補(bǔ)水泵

1　概述

城市中的高層建筑呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)，其中供熱采暖的管道出現(xiàn)破損和被侵蝕的問(wèn)題等，都給城市集中供熱帶來(lái)了不利的影響。對(duì)于城市集中供熱采暖來(lái)說(shuō)，熱力站所接受的熱水來(lái)自于城市的熱源廠(chǎng)，兩者是依靠主管道進(jìn)行熱水的傳輸，通過(guò)熱力站的熱交換設(shè)備而完成熱能的交換，然后再經(jīng)由熱力站將熱量傳輸至用戶(hù)。而在這一過(guò)程中，主管網(wǎng)以及用戶(hù)穩(wěn)壓是通過(guò)定壓補(bǔ)水的手段來(lái)進(jìn)行控制的。而由于城市供熱采暖所涉及的范圍持續(xù)的擴(kuò)張，采取一般的定壓補(bǔ)水根本無(wú)法達(dá)到相對(duì)繁雜的系統(tǒng)定壓要求。而在變頻控制技術(shù)逐步發(fā)展與革新的過(guò)程中，其也被逐漸地應(yīng)用在了城市的供熱采暖系統(tǒng)中，同時(shí)取得了良好的應(yīng)用效果。

2　問(wèn)題的提出

在熱力站的定壓補(bǔ)水工作中，可分為連續(xù)定壓補(bǔ)水以及間歇式定壓補(bǔ)水兩種方法。連續(xù)定壓補(bǔ)水是通過(guò)對(duì)相應(yīng)的供水閥門(mén)開(kāi)度的管控來(lái)進(jìn)行補(bǔ)水管控的。此方法能夠被應(yīng)用在涉及供熱的范圍較大的熱力站中，不過(guò)卻需要相對(duì)多的電能消耗。而間歇式定壓補(bǔ)水方法通過(guò)電接點(diǎn)壓力裝置來(lái)管控補(bǔ)水過(guò)程，此方法相對(duì)來(lái)說(shuō)較為經(jīng)濟(jì)，不過(guò)僅可用在所涉及的供熱面積不大的情況。如果供熱系統(tǒng)中失水問(wèn)題較多，且要大量的進(jìn)行補(bǔ)水作業(yè)時(shí)，就會(huì)造成下列的問(wèn)題。

1)因?yàn)橐_(dá)到整個(gè)供熱系統(tǒng)的定壓值，所以就必須要非常頻繁的關(guān)閉與啟動(dòng)補(bǔ)水泵。而所采用的水泵又是工頻的方式啟動(dòng)，所以在其啟動(dòng)過(guò)程中會(huì)形成非常大的電流，一般會(huì)達(dá)到其額定電流的6倍以上。要是開(kāi)啟的次數(shù)過(guò)多，就將極大的減少水泵電機(jī)和相關(guān)裝置的使用壽命。例如，減少繼電器等設(shè)備有效的使用周期等，也極易出現(xiàn)裝置被損壞的問(wèn)題。

2)要是出現(xiàn)元件某一接觸點(diǎn)粘連的問(wèn)題，將致使水泵失去控制，會(huì)使供熱系統(tǒng)的內(nèi)部壓力陡然增加，導(dǎo)致相關(guān)的裝置被破壞，也較易造成一定的安全隱患。

3　變頻器在熱力站定壓補(bǔ)水中的運(yùn)行原理和應(yīng)用

3.1補(bǔ)水泵的工作特征

現(xiàn)階段，多數(shù)熱力站采取離心式補(bǔ)水泵，屬于異步三相電機(jī)所帶動(dòng)的水泵種類(lèi)。當(dāng)水泵運(yùn)行時(shí)，其自身的性能指標(biāo)和水泵自身的轉(zhuǎn)速存在緊密的聯(lián)系。其中，水泵的流量大小和水泵的轉(zhuǎn)速呈正比例相關(guān)，而水泵的揚(yáng)程和水泵轉(zhuǎn)速的平方呈正比例相關(guān)，水泵擁有的功率大小和水泵轉(zhuǎn)速的三次方呈正比例相關(guān)。所以，如果想要對(duì)水泵補(bǔ)水量進(jìn)行控制，能夠通過(guò)控制其自身的轉(zhuǎn)速來(lái)控制不同狀態(tài)下的運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)而達(dá)到控制補(bǔ)水量的效果。

3.2變頻器用于補(bǔ)水泵調(diào)速原理

變頻器將頻率為50 Hz的交流電在整流電路的作用下，使其轉(zhuǎn)變成直流電，然后采用逆變電路將所轉(zhuǎn)換得到的直流電再轉(zhuǎn)換成不同頻率的交流電。而這一階段里，通過(guò)變頻器能將電網(wǎng)所具有的工頻轉(zhuǎn)化成能平滑改變大小和相應(yīng)頻率的交流電。同時(shí)，變頻器在進(jìn)行相應(yīng)的電壓輸出時(shí)，其大小能依據(jù)不同的頻率而按特定的比例轉(zhuǎn)換，因此可以防止水泵電機(jī)由于內(nèi)部磁場(chǎng)過(guò)大造成元件損壞。如果是同一水泵，其電機(jī)的轉(zhuǎn)差率以及極對(duì)數(shù)未發(fā)生變化，那么其轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的電壓頻率就會(huì)呈現(xiàn)正比例相關(guān)性。所以，我們可以采取變換電壓頻率的手段，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。而和調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的極對(duì)數(shù)和轉(zhuǎn)差率的手段來(lái)使電機(jī)轉(zhuǎn)速改變的方法比較，變頻控制的方法相對(duì)更為可靠與安全，并且可實(shí)現(xiàn)更為自由的控制。另外，在變頻器裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，有相應(yīng)的自動(dòng)化操作元件，能夠按照對(duì)外界所檢測(cè)而得的相關(guān)信息數(shù)據(jù)和所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)做出對(duì)比并計(jì)算，以此來(lái)不斷的調(diào)節(jié)供熱系統(tǒng)應(yīng)有的電壓頻率。所以，采取變頻器能夠完成下列的操作：

1)當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，在電機(jī)不斷的增加轉(zhuǎn)速時(shí)，變頻器也不斷的增加供電電壓的頻率以及大小，從而達(dá)到電機(jī)軟啟動(dòng)的目的。

2)對(duì)外界信息數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)及計(jì)算，實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行的無(wú)級(jí)平滑變速功能。

3.3變頻器在熱電站定壓補(bǔ)水中的應(yīng)用

按照補(bǔ)水泵自身的特征、轉(zhuǎn)速和電機(jī)各個(gè)參數(shù)之間的聯(lián)系，能夠得到變頻器所發(fā)揮的主要功能及應(yīng)用有下列幾項(xiàng)：

1)電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，采用變頻器會(huì)讓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電壓的頻率和大小逐步改變的目的，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平滑啟動(dòng)。在采用變頻器后，其中電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流僅是電機(jī)額定電流的1.2倍左右，而補(bǔ)水泵又是啟停非常頻繁的設(shè)備，這就有效地提升了相關(guān)裝置服役的周期和安全可靠程度。

2)采用連續(xù)定壓補(bǔ)水的方式，設(shè)置在回水管位置上的壓力測(cè)量裝置會(huì)把所監(jiān)測(cè)到的相關(guān)壓力信息數(shù)據(jù)傳送至變頻器相關(guān)的控制元件中，然后此元件將所接收的信息數(shù)據(jù)和事先設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，再經(jīng)由控制元件進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算并將結(jié)果傳送至變頻器，變頻器會(huì)依照所接收的數(shù)據(jù)信息而采取一定的變頻操作，同時(shí)自動(dòng)地將適宜的電壓頻率輸送至電機(jī)，從而使電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速率得以改變，使相應(yīng)的補(bǔ)水量得以改變，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的定壓補(bǔ)水控制。而如果供熱系統(tǒng)的內(nèi)部壓力為最高值，其會(huì)自動(dòng)停止對(duì)電機(jī)信號(hào)的輸出，從而讓整個(gè)供熱系統(tǒng)的內(nèi)部壓力穩(wěn)定。當(dāng)采用間歇式定壓補(bǔ)水時(shí)，如果供熱系統(tǒng)的失水總量超過(guò)所設(shè)定的值以后，相應(yīng)的壓力測(cè)試裝置監(jiān)測(cè)到數(shù)據(jù)信息會(huì)小于所設(shè)定的數(shù)值，變頻器就會(huì)完成相應(yīng)的信號(hào)輸入，并將補(bǔ)水泵開(kāi)啟進(jìn)行補(bǔ)水作業(yè)。而如果供熱系統(tǒng)的內(nèi)部壓力值為最高值，則會(huì)自動(dòng)停止對(duì)電機(jī)信號(hào)的輸出，從而讓整個(gè)供熱系統(tǒng)的內(nèi)部壓力穩(wěn)定。

4　變頻定壓補(bǔ)水和其他定壓補(bǔ)水方式的對(duì)比

采用連續(xù)的定壓補(bǔ)水方式，未采取變頻器控制時(shí)，通常需進(jìn)行人工的操作，也需采取控制閥門(mén)開(kāi)度的方式進(jìn)行水流量的控制。如此便使系統(tǒng)運(yùn)行的人力成本變得更高，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)很多無(wú)法預(yù)見(jiàn)的不穩(wěn)定因素。并且，由于補(bǔ)水泵處于工頻的狀態(tài)下進(jìn)行工作，而供熱管閥門(mén)關(guān)小時(shí)，補(bǔ)水泵依然是按照額定的運(yùn)行功率進(jìn)行工作，不僅會(huì)使大量的電能被消耗，同時(shí)也會(huì)使系統(tǒng)承受更大的安全隱患。采取變頻器控制補(bǔ)水工作具備下列的優(yōu)點(diǎn)：

1)供熱系統(tǒng)的補(bǔ)水量是受變頻器的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使得人工成本的投入大大減少，且也極大地避免了因人為操作而導(dǎo)致的各種不確定因素出現(xiàn)，極大地改善了供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定度。

2)采用變頻器控制，能讓水泵電機(jī)保持更加適宜的運(yùn)轉(zhuǎn)速率，因此也會(huì)極大地減少供熱系統(tǒng)的整體能源消耗，提升設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，從而達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)。

3)供熱系統(tǒng)會(huì)擁有更加便捷的系統(tǒng)管理。因?yàn)樽冾l器能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的操控，避免了由于工作人員的操控失誤或設(shè)備的其他因素等而導(dǎo)致的系統(tǒng)壓力太大或太小問(wèn)題的發(fā)生，防止安全隱患的出現(xiàn)。而用于間歇式定壓補(bǔ)水系統(tǒng)時(shí)，尤其供熱系統(tǒng)所涉及的供熱范圍較廣以及供熱系統(tǒng)出現(xiàn)的失水情況相對(duì)嚴(yán)重時(shí)，補(bǔ)水泵就必須要非常頻繁地啟用。而采取變頻器則能夠讓水泵電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)達(dá)到無(wú)級(jí)平滑的效果，從而防止電機(jī)在啟用時(shí)出現(xiàn)電流過(guò)大的問(wèn)題，有利于設(shè)備使用周期的延長(zhǎng)，并利于對(duì)于設(shè)備及元件的維護(hù)。同時(shí)，由于變頻器控制定壓補(bǔ)水過(guò)程中，電機(jī)的開(kāi)啟相對(duì)較慢，這就避免出現(xiàn)供熱壓力急劇變化的情況發(fā)生，另外也達(dá)到了對(duì)供熱定壓補(bǔ)水的自動(dòng)化控制目標(biāo)。

5　結(jié)語(yǔ)

采用變頻器對(duì)熱力站的定壓補(bǔ)水進(jìn)行控制，可以達(dá)到更加安全、可靠與節(jié)能的目標(biāo)。同時(shí)，變頻器也會(huì)對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種電路問(wèn)題進(jìn)行有效的防護(hù)，并且具備故障自動(dòng)報(bào)警的作用。因此，變頻器控制定壓補(bǔ)水可以實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)更為高效、穩(wěn)固的運(yùn)行。不過(guò)，如果涉及的供熱系統(tǒng)補(bǔ)水量不大時(shí)，其在節(jié)能及提高效率等方面無(wú)法展示出較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。并且，變頻控制所需的資金投入較多，對(duì)于補(bǔ)水量不大的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)其所具有的優(yōu)勢(shì)相對(duì)小。

[1]劉偉，楊興利，劉楠.蒸汽鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)中變頻器的應(yīng)用實(shí)踐探微[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016(4)：66.

[2]宋曉卓，吳志湘，岳斌佑.變頻補(bǔ)水定壓在集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].潔凈與空調(diào)技術(shù)，2015(2)：6-8.

The application of frequency converter in constant pressure water supply of thermal power station

Dong Bo

(Taiyuan Heating Power Company, Taiyuan 030024, China)

This paper analyzed the existing problems in constant pressure water supply of thermal power station, described the operation principle of frequency inverter in thermal station constant pressure water supply, and compared the frequency constant pressure water supply and other pressure water supply methods, pointed out using the frequency converter control of thermal station constant pressure water supply, could reach the goal of safe, reliable, energy-saving.

frequency converter, thermal power station, constant pressure water supply, water supply pump

1009-6825(2016)25-0135-02

2016-06-21

董鉑(1986- )，男，助理工程師

TU995.7

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