分布式变频供热换热站控制方案2012-07-28
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换热机组全自动无人值守，通过控制器可设定成自动也可转成手动控制。板式换热机组构成如图一
一、控制原理：
1、分布式变频供热系统简介
分布式变频供热系统是指在热力站换热器一次侧回水管上，设置回水加压泵代替阀门完成流量调节的供热系统,热力站流程见图一。
2、分布式变频泵供热系统中的零压差点
分布式变频泵供热系统中存在零压差点，该点供回水压力相等。采用变流量调节时，存在定零压差点和变零压差点两种运行调节方式。采用定零压差点运行调节方式时，供热系统在整个供暖期的各种工况均属于相似工况，运行调节较为简单，输送能耗也较小。
根据水力计算结果，可绘制出分布式变频泵供热系统从热源至最不利换热站的一级管网水压图(见图二)
由图二可知，分布式变频泵供热系统中存在供水压力与回水压力相等的现象，即图中供、回水动水压线的交点，该点的资用水头为0，称为零压差点。零压差点的位置与各热力站的流量分配、热网总流量及主循环泵提供的热网总供回水压差等因素相关。
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2.1当各热力站的流量分配发生变化，如零压差点前端(即靠近热源一端)的热力站流量均增大，而远端热力站流量均减小，但热网总流量和热网总供回水压差不变时，零压差点会向热源偏移。
2.2当热网总流量发生变化，如热网总流量增大，但其他条件不变(各热力站流量比、热网总供回水压差不变)时，零压差点会向热源偏移，反之则向远端偏移。
2.3当热网总供回水压差变化，如热网总供回水压差增大，但其他条件不变(各热力站流量比、热网总流量不变)时，零压差点会向远端偏移，反之则向热源偏移。
供热系统采用质、量并调的调节方式，因此热网总流量在整个供暖期内会随室外温度发生变化。
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3、运行调节方式
3.1变零压差点的运行调节方式
变零压差点的运行调节方式是指尽量利用主循环泵来满足供热系统输送要求的运行调节方式。在室外温度补偿下，主循环泵按设计工况运行，各热力站的回水加压泵适当调节以获得本站所需要的设计流量，实现热量的均匀分配。随着室外温度的升高，由于供热系统采用质、量并调的调节方式，热网总流量和热网总供水温度随之降低，此时调节主循环泵维持热网总供回水压差不变，而零压差点则随着热网总流量的减小向远端偏移，直至某工况下，热力站不需要开启回水加压泵，即可满足要求，该工况称为临界工况。
对于一般的供热系统，当热网总流量约达到设计流量的87%时为临界工况，这时所有热力站资用压头均大于等于站内消耗的压头，最不利热力站位置仍位于热网远端。
当室外温度继续升高，热网总流量和热网总供水温度继续降低，供热系统中将不存在零压差点，仅依靠站内回水加压泵的调节，且主循环泵也无需达到最大出力即可满足供热系统输送的要求。
由于变零压差点运行调节方式的主导思想是尽量利用主循环泵满足供热系统输送的要求，因此这种运行调节方式的运行调节过程为:
3.1.1供热初期,利用主循环泵即可满足供热系统输送要求，热力站的回水加压泵无需开启。
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3.1.2随着室外温度的降低,热网总流量不断增大，当超过临界工况总流量后，需启动最不利热力站站内的回水加压泵，此时泵转速较低。
3.1.3随着室外温度的进一步降低，热网总流量进一步增大，热力站由远及近逐个启动回水加压泵，已经启动的回水加压泵转速不断提高，直至严寒期。
3.1.4在度过严寒期后，供热系统的运行调节又随室外温度的升高经过一个与3.1.1~3.1.3相反的过程。
3.2定零压差点的运行调节方式
定零压差点的运行调节方式是指通过主循环泵调节热网总供回水压差，保持零压差点位置基本不变的运行调节方式。在室外温度补偿下，主循环泵按设计工况运行，热力站的回水加压泵工作，以获取本站所需要的流量。随着室外温度的升高，热网总流量减小，调节主循环泵保持零压差点不变，热力站的回水加压泵适度调节以获取本站所需要的流量。通过分析可知，在定零压差点运行调节方式下，虽然在整个供暖期水力工况不断变化，但属相似工况。供热系统在整个供暖期运行中，有如下特点:
3.2.1降低了回水加压泵的调节频率，降低了操作人员的工作强度。
3.2.2供热系统调节平衡后，回水加压泵随热网总流量的变化调节转速，降低了热网运行调节的难度。
3.2.3主循环泵采用变频调速装置，这样主循环泵的功耗可大为降低。
4结论
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通过分析以上的两种运行控制模式，我们采用定零压差点运行调节方式。
二、换热机组供热控制
当供热负荷减小时，水系统的供／回水压差△P相应增大，供水温度Ts升高，回水温度Tr升高，供／回水温差减小，换热机组即时采集供／回水温度信号、水系统压差信号、室外温度信号和变频器反馈信号，通过控制器对上述信号进行比对及算法处理，相应减少热水流量及降低循环水泵的转速，使板式换热机组的输出热量与实际热负荷相匹配。当供热负荷增加时，各情况相反。
2.1、监控参数：
2.1.1热源、采暖供热的供、回水温度
2.1.2 热源、采暖供热的供、回水压力
2.1.3室外温度
2.1.4补水流量、补水箱水位
2.1.5一次侧瞬时热量、瞬时流量、累计热量、累计流量
2.1.6电量信号采集：电压、电流、电量
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2.1.7循环水泵和补水泵的运行状态、故障状态及频率反馈信号等
2.1.8电动调节阀的阀位反馈信号
2.2、供热控制：
2.2.1具有气候补偿和恒温供水功能，即根据气候的变化自动调节供热量。根据室外温度的变化和当地供热负荷曲线，决定二次侧的供水温度，二次侧供回水温度的实测平均值和设定值相比较后，并进行PID调节，控制器输出信号至一次侧回水加压泵，从而改变一次侧的流量，实现二次侧供水温度的质调节和一次侧流量的量调节。
2.2.2 可根据时段来自动调整采暖换热机组二次侧的供回水平均温度
2.2.3 通过调节一次侧的回水加压泵的转速，控制一次侧的回水温度。
2.2.4 板式换热器结垢检测，不在本机控制范围。若需检测板式换热器结垢，需另加2个压力变送器。
2.2.5采暖换热机组温度控制精度为±2℃
2.3、补水泵自动补水定压
补水泵变频定压是由安装在二次侧回水管路上的压力传感器测得的压力信号，与控制器二次回水压力设定值比较后输出一个控制信号给变频器，由变频器控制补水泵的开启和转速，从而实现二次回水压力的稳定。
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2.4、压力和差压控制
2.4.1循环水系统调节的目的，是保证系统供回水压差的稳定，同时也保证用户的流量需求。通过PID调节，以供回水压差为函数，改变水泵转速，从而改变流量。这样就实现了在恒定供回水压差的前提下，循环水量随用户需要而变化。
2.4.2当供回水压差的接近设定值时，循环水泵的转速降低，有可能导致水力竖向失调，为防止出现这种情况，根据我们多年的换热机组控制经验，华北地区循环水泵的转速不低于33Hz,即可防止水力竖向失调。
2.4.3采暖换热机组压差控制精度为±10 kPa。
2.5保护功能
2.5.1自动卸压功能: 当二次侧回水压力超标时，安全阀自动开启泄压。
2.5.2开机自检功能: 二次侧回水压力设定一个低限保护值（在控制器操作面板上可以调整此值），当二次侧压力没有达到此值时，不能启动循环泵，只能开启补水系统补水，待达到设定值后方可启动循环泵。
2.5.3来电自启满足无人值守功能：板式换热机组在送电后，控制器工作，机组自检后自动按顺序启动。
2.5.4当循环水泵启动3～5分钟（设定值可调）后，电动调节阀才自动开启。
2.5.5失压保护：二次侧回水压力低于低限设定值时，自动补水系统投入运行，开始补水。自动补水系统投入运行后二次
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侧回水压力仍继续降低即发声光信号报警（该信号远传调度中心）。
2.5.6断电保护：停电后自动关闭电动调节阀，切断热源，控制器及变频器自动复位并使各种设定参数和运行状态参数保持原断电前设置。
2.5.7超温保护：二次供水温度超过70℃（操作面板可调设定值）时，一次侧电动调节阀关闭。一次回水温度超过60℃（操作面板可调设定值）时关闭一次侧电动调节阀。
2.5.8超压保护：二次供水压力超过设定高限值（操作面板可调设定值）时，循环泵停止运行并关闭一次侧电动调节阀。
2.5.9备用泵自动投入：当循环泵或补水泵的运行泵因故障自动停泵时，在发出报警信号的同时，备用泵可自动投入运
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