一.引言
我國北方大部分地區冬季時(shí)間長(cháng),為滿(mǎn)足城鎮居民的取暖需求,供暖期一般都比較長(cháng),因此供暖行業(yè)是一個(gè)能源消耗和污染影響較大的行業(yè)。近些年,國家大力倡導節能環(huán)保,集中供熱在許多城市得到了普及和發(fā)展,它一方面給城鎮居民提供了可靠的熱源保障,同時(shí)在節約能源、減少大氣污染等方面也都具有顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。
山西省沁源縣常住人口約4萬(wàn)人,居民冬季取暖以燃煤為主,不僅浪費了大量資源,還會(huì )造成了空氣污染。沁源縣政府從治理環(huán)境污染、改善居民生活出發(fā),以沁新集團下屬煤矸石電廠(chǎng)、余熱電廠(chǎng)為熱源廠(chǎng),從汽輪機抽汽作為熱源,將發(fā)電后的蒸汽換成高溫水為縣城集中供熱。沁新集團對新上的換熱站采用了變頻技術(shù)和自控技術(shù),不僅提高了整個(gè)系統的自動(dòng)控制水平,而且節能效益明顯。本文著(zhù)重介紹SD700系列變頻器在換熱站中的應用。
二.換熱站供暖系統的構成
通常換熱站有幾套供暖換熱機組成。每套機組由換熱器、循環(huán)水泵、各種閥門(mén)及一、二次管網(wǎng)和一些測控儀表等組成。換熱站的作用是從汽輪機抽蒸汽作為熱源,將一次管網(wǎng)中的熱源通過(guò)換熱器使二次管網(wǎng)中的循環(huán)水制熱,再通過(guò)循環(huán)泵將二次管網(wǎng)中的高溫水送到十幾公里外的城鎮,供應居民和單位取暖使用之后,低溫回水又被送回到換熱器再次進(jìn)行熱交換。如果循環(huán)水在循環(huán)過(guò)程中發(fā)生不足,補水泵將自動(dòng)啟動(dòng),調節二次管網(wǎng)回水狀態(tài),維持水循環(huán)系統的平衡。
本換熱站采用了3臺400KW的循環(huán)泵組成循環(huán)水系統,2臺5.5KW的補水泵組成補水系統以及3臺37KW的凝結泵來(lái)輸送冷凝器產(chǎn)生的凝結水,所有這些水泵的控制,采用的都是西班牙PE電氣公司的低壓交流變頻器,每臺循環(huán)泵采用一臺SD700系列450KW,690V低壓變頻器控制,每臺補水泵采用一臺SD250系列5.5KW,380V變頻器控制,每臺凝結泵采用一臺SD450系列37KW,380V變頻器控制。在自動(dòng)狀態(tài)時(shí),通過(guò)DCS控制系統采集管網(wǎng)壓力和溫度等信號,按照供熱需求給變頻器發(fā)出4-20mA的控制指令,控制電機轉速和循環(huán)泵輸出流量,從而達到調節溫度的目的;在手動(dòng)狀態(tài)時(shí),操作員可以通過(guò)現場(chǎng)控制箱上的按鈕進(jìn)行起/停、加/減速控制,人為調整循環(huán)泵的輸出流量,調節供暖溫度。
三.以循環(huán)泵為例,介紹SD700系列變頻器的性能與應用
1)控制線(xiàn)路簡(jiǎn)單靈活
有6路多功能數字信號輸入和1路電機PTC輸入。這些數字輸入可以依照預設的配置,進(jìn)行組合編程或者獨立編程,通過(guò)其中一路數字輸入可以切換DCS控制和手動(dòng)控制功能。另外還有兩路的模擬量輸入,可以接收來(lái)自控制系統的控制信號和反饋信號,它們與數字輸入端子都帶有光電隔離功能。內置的比較器功能可以對外部變量進(jìn)行比較,比較的結果能夠激活數字輸出或者直接控制變頻器的輸出,無(wú)須增加輸入輸出信號和增加外部配線(xiàn)。SD700變頻器的控制線(xiàn)路如下圖所示:

2)全面的諧波抑制
由于換熱站自控系統采用了大量的傳感器、變送器,及其他測控儀器儀表,而變頻器的總容量又相對較大,一般的大功率變頻器如果處理不當,在運行過(guò)程中將會(huì )產(chǎn)生大量的電磁干擾和對電網(wǎng)的諧波污染,嚴重時(shí)造成其他設備的誤動(dòng)作,以及控制和測量上的誤差,因此,所使用的大功率變頻器必須滿(mǎn)足工業(yè)場(chǎng)合下EMC電磁兼容性的要求,將電磁干擾和諧波控制在一定范圍內,確保整個(gè)系統的安全可靠的運行。
PE公司的SD700系列變頻器采用了內置的交流進(jìn)線(xiàn)電抗器,內置的EMC濾波器,內置的dv/dt輸出濾波器,全面有效地抑制了諧波和電磁干擾的影響,變頻器柜體采用帶絕緣的全金屬屏蔽層,完全符合EMC工業(yè)場(chǎng)合應用的標準。下圖所示為本換熱站所選用的PE公司690V,450KW變頻器的內部拓撲結構:

3)泵類(lèi)負載的效率優(yōu)化
換熱站循環(huán)水泵的電機容量一般是按照最大需求量考慮,設計時(shí)留有的余量很大,有時(shí)實(shí)際的負載往往比較輕,而傳統的變頻器在調速的過(guò)程中總是保持磁通量恒定,這樣在負荷比較低的時(shí)候,變頻器和電機的效率會(huì )很低。PE公司的SD700系列變頻器對這類(lèi)應用場(chǎng)合設有一個(gè)非常有效的功能,即磁通量?jì)?yōu)化功能。在優(yōu)化模式下,當低負荷運行期間,磁通量等級將自適應調整,這時(shí)電機噪聲和功率損耗都將會(huì )降低。
4)高起動(dòng)轉矩
眾所周知,大功率的風(fēng)機泵類(lèi)負載具有靜態(tài)慣量大、起動(dòng)轉矩要求高的特點(diǎn),PE公司的SD700系列變頻器的最大起動(dòng)轉矩為額定轉矩的200%,有效地解決了大起動(dòng)轉矩的問(wèn)題,在V/F控制方式下實(shí)現即快又平穩的起動(dòng)過(guò)程。
5)維護快速簡(jiǎn)單
換熱站的供暖關(guān)系到城鎮居民的生活,如何實(shí)現快速有效的維護工作是必須要考慮的問(wèn)題。PE公司SD700系列變頻器全功率段采用的都是同一種控制板,電源板和IGBT驅動(dòng)板;獨特的“同平面存取”的結構設計,能夠實(shí)現快速簡(jiǎn)單的維護與更換工作,加上PE公司SD700系列變頻器的三年質(zhì)保,完全可以實(shí)現維護簡(jiǎn)單,穩定可靠的運行要求。
四.結束語(yǔ)
該換熱站投入運行以來(lái),從整個(gè)系統的運行狀況看,循環(huán)泵、補水泵,凝結泵按要求起停平穩,運轉可靠,實(shí)現了出水溫度的自動(dòng)控制;各個(gè)測控儀表信號的準確性和穩定性好;運行噪音低,基本實(shí)現了換熱站的無(wú)人值守,確保了沁源縣城鎮居民全年的供暖需求,取得了可觀(guān)的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。
作者簡(jiǎn)介
秦路平(1973 -) 男 現任職于西班牙PE電氣北京代表處,從事電氣自動(dòng)化技術(shù)工作。