【摘要】利用變頻技術和自控技術對部分換熱站供暖換熱系統進行改造，新裝換熱站融入其技術，達到節能降耗改善系統性能，調節熱負荷的目的。 一、引言
由于能源的緊張和科學技術的不斷進步，企業能源消耗的科學管理是衡量企業是否管理科學的一個明顯標志，特別是我們熱力行業這樣的耗能大戶，能源消耗的科學管理，節約能源，已是當前必須解決的問題。動力公司是秦皇島經濟技術開發區供暖服務單位，供暖面積逐年遞增，換熱站由過去的十幾座發展到現在四五十座，并還在增加。原來十幾座換熱站供暖設備采用的是傳統工頻啟動及運行（一種速度下運行），這種系統不僅對電網沖擊大、影響機械設備的壽命，且不能調節循環水量，耗能也大。新上換熱站供暖設備又如何節能？值得考慮。鑒于這種情況，公司領導班子研究決定，狠抓能耗管理，投入資金對老設備搞技改，對新上換熱站融入變頻技術和自控技術。使用之后，節能效果明顯改善。
二、換熱站供暖系統的構成及工作原理
通常換熱站有一套或幾套供暖換熱機組。每套機組由換熱器、循環水泵、除污器、各種閥門、一、二次管網及一些熱工儀表組成。
換熱機組通過循環泵將二次管網回水送到換熱器和一次管網循環水進行熱交換，再送到用戶端采暖。采暖回水又通過循環泵送到換熱器再進行熱交換。如此循環下去。如果循環水在循環過程中發生泄漏，補水系統自動啟動，自動跟蹤二次回水管的壓力變化而變化，最后維持系統平衡。
可以看出，供暖換熱系統的工作過程是一個不斷的進行熱交換的能量傳遞過程。在這里，循環水系統是能量的主要傳遞媒介。
三、原有換熱站供暖換熱電氣設備變頻節能改造原理
原系統就是通過電機帶動定量循環泵來提供循環水的動力。電機直接接市電一直以工頻運行，循環泵輸出流量也就無法隨著供暖負荷的變化而變化，而是始終保持恒定的流量。當需要調節供暖負荷而調節流量時，通常采用開大閥門或關小閥門來人為調節，由于溫度是個滯后參數，調節周期長，且難于調好。況且在閥門上產生了附加損失，浪費了大量能源。
對循環水系統進行變頻的改造正是基于以上原因。改造后的系統，能夠根據室外溫度傳感器，加上PLC控制器處理，通過變頻器適時適量地控制循環泵電機的轉速來調節循環泵的輸出流量，滿足供暖負荷要求。這就使電機在整個負荷和變化過程當中的能量消耗降到最小程度。再有，應用變頻器還能提高系統的功率因數，減少電機的無功損耗，并提高供電效率和供電質量。綜上所述，不難看出，對原供暖換熱系統進行變頻節能改造能夠帶來巨大的節能效果。
四、原有換熱站供暖換熱電氣設備變頻節能改造方案
對原系統進行變頻改造時，為確保安全可靠性，對原系統電控設備盡量不作變動。另外，保留循環泵電機運行回路，增加控制電路，保證用戶可以方便地進行工頻和變頻運行的切換。
變頻器采用ABBACS-400系列，此類變頻器有其獨特的節能降耗、變頻調速、可編程多操作模式、保護功能完善等特點。
特別在供水、供風方面的應用最經濟、最有特色。
該系統有手動和自動兩種變頻功能和一種工頻功能。因為換熱站是用戶的能源中心，所以工作模式多，安全系數大。在變頻模式下，手動時，可以人為隨意給定頻率，控制循環泵的輸出流量，調節供暖溫度。自動時，變頻器和PLC控制器進行通訊，PLC控制器根據室外溫度傳感器和二次供回水溫度傳感器傳上來的信號進行處理，按照供熱要求給變頻器發出控制指令，控制電機轉速調節循環泵輸出流量，從而達到調節溫度的目的。在變頻器出故障時，可手動切換到工頻運行，保證繼續供熱不停產。
對于補水系統，采用自勵補水和變頻器補水相結合。平時，自勵調節閥投入，若系統失水低于二次回水管網設定點壓力時，自勵調節閥自動調節，進行失水補充。又若自勵調節閥故障，或水源不足，補水變頻器自動啟動，自動跟蹤二次回水管網壓力。補水變頻器使用的是閉環系統，采用的是PID調節，傳感器是壓力傳感器，安裝于二次回水管網中。這是比較常用的方案，不再陳述。
新上換熱站的電氣設備直接用改造舊設備的電路制作，成品進入系統。
五、原換熱站變頻節能改造實例
碧水園換熱站地板機組，循環泵采用兩臺18.5kW電機拖動。改造前，兩臺泵都是采用工頻運行。因為地板采暖二次供水溫度不宜過高，通常小于65℃，所以，總是采用開大或關小閥門的辦法來調節溫度。調節周期長，效果不顯著。改造后，變頻調節電機轉速來改變循環泵的流量，既節能有調溫，效果很好。通過大量時間的觀察和記錄，變頻器大部分工作在35～45Hz之間。下面是此機組改造前后耗能情況對照表。
六、供暖換熱系統的變頻改造節能分析
循環水泵是傳遞流體的裝置，這類負載消耗的能量與流量的立方成正比，根據能量消耗與轉速的關系式：Q＝K1n；H＝K2n2；
P＝Q×H＝K1n×K2n2＝K3n3。式中，K1、K2、K3為常數，n為電機的轉速。又，三相交流異步感應電機n＝120×f×(1-s)/p，式中f為供電頻率，s為滑差率，p為電機極數。電機一旦選定后，s、p基本確定，則n可近似為n＝K0f，即與供電頻率成線性正比例關系。當頻率為50Hz時，n＝K0×50轉／分；功率P1＝K3（K0×50）3＝K×503；當頻率為40Hz時，n＝K0×40轉／分，功率P2＝K3（K0×40）3＝K×403。P2／P1％＝K×403／K×503％＝51％，由此可見，當電源頻率從50Hz降為40Hz時，就可以節電達49％。
七、結語
換熱站供暖換熱系統采用變頻器技術和自控技術，可實現電動機的軟起動，啟動平滑無沖擊。這樣一方面可以減少啟動時對電機和電網的沖擊，既保護了電動機，延長其使用壽命；另一方面調速變流量，達到了調節溫度的目的；更重要的是節約了能源。和工頻運行相比可節能40～50％。
由于能源的緊張和科學技術的不斷進步，企業能源消耗的科學管理是衡量企業是否管理科學的一個明顯標志，特別是我們熱力行業這樣的耗能大戶，能源消耗的科學管理，節約能源，已是當前必須解決的問題。動力公司是秦皇島經濟技術開發區供暖服務單位，供暖面積逐年遞增，換熱站由過去的十幾座發展到現在四五十座，并還在增加。原來十幾座換熱站供暖設備采用的是傳統工頻啟動及運行（一種速度下運行），這種系統不僅對電網沖擊大、影響機械設備的壽命，且不能調節循環水量，耗能也大。新上換熱站供暖設備又如何節能？值得考慮。鑒于這種情況，公司領導班子研究決定，狠抓能耗管理，投入資金對老設備搞技改，對新上換熱站融入變頻技術和自控技術。使用之后，節能效果明顯改善。
二、換熱站供暖系統的構成及工作原理
通常換熱站有一套或幾套供暖換熱機組。每套機組由換熱器、循環水泵、除污器、各種閥門、一、二次管網及一些熱工儀表組成。
換熱機組通過循環泵將二次管網回水送到換熱器和一次管網循環水進行熱交換，再送到用戶端采暖。采暖回水又通過循環泵送到換熱器再進行熱交換。如此循環下去。如果循環水在循環過程中發生泄漏，補水系統自動啟動，自動跟蹤二次回水管的壓力變化而變化，最后維持系統平衡。
可以看出，供暖換熱系統的工作過程是一個不斷的進行熱交換的能量傳遞過程。在這里，循環水系統是能量的主要傳遞媒介。
三、原有換熱站供暖換熱電氣設備變頻節能改造原理
原系統就是通過電機帶動定量循環泵來提供循環水的動力。電機直接接市電一直以工頻運行，循環泵輸出流量也就無法隨著供暖負荷的變化而變化，而是始終保持恒定的流量。當需要調節供暖負荷而調節流量時，通常采用開大閥門或關小閥門來人為調節，由于溫度是個滯后參數，調節周期長，且難于調好。況且在閥門上產生了附加損失，浪費了大量能源。
對循環水系統進行變頻的改造正是基于以上原因。改造后的系統，能夠根據室外溫度傳感器，加上PLC控制器處理，通過變頻器適時適量地控制循環泵電機的轉速來調節循環泵的輸出流量，滿足供暖負荷要求。這就使電機在整個負荷和變化過程當中的能量消耗降到最小程度。再有，應用變頻器還能提高系統的功率因數，減少電機的無功損耗，并提高供電效率和供電質量。綜上所述，不難看出，對原供暖換熱系統進行變頻節能改造能夠帶來巨大的節能效果。
四、原有換熱站供暖換熱電氣設備變頻節能改造方案
對原系統進行變頻改造時，為確保安全可靠性，對原系統電控設備盡量不作變動。另外，保留循環泵電機運行回路，增加控制電路，保證用戶可以方便地進行工頻和變頻運行的切換。
變頻器采用ABBACS-400系列，此類變頻器有其獨特的節能降耗、變頻調速、可編程多操作模式、保護功能完善等特點。
特別在供水、供風方面的應用最經濟、最有特色。
該系統有手動和自動兩種變頻功能和一種工頻功能。因為換熱站是用戶的能源中心，所以工作模式多，安全系數大。在變頻模式下，手動時，可以人為隨意給定頻率，控制循環泵的輸出流量，調節供暖溫度。自動時，變頻器和PLC控制器進行通訊，PLC控制器根據室外溫度傳感器和二次供回水溫度傳感器傳上來的信號進行處理，按照供熱要求給變頻器發出控制指令，控制電機轉速調節循環泵輸出流量，從而達到調節溫度的目的。在變頻器出故障時，可手動切換到工頻運行，保證繼續供熱不停產。
對于補水系統，采用自勵補水和變頻器補水相結合。平時，自勵調節閥投入，若系統失水低于二次回水管網設定點壓力時，自勵調節閥自動調節，進行失水補充。又若自勵調節閥故障，或水源不足，補水變頻器自動啟動，自動跟蹤二次回水管網壓力。補水變頻器使用的是閉環系統，采用的是PID調節，傳感器是壓力傳感器，安裝于二次回水管網中。這是比較常用的方案，不再陳述。
新上換熱站的電氣設備直接用改造舊設備的電路制作，成品進入系統。
五、原換熱站變頻節能改造實例
碧水園換熱站地板機組，循環泵采用兩臺18.5kW電機拖動。改造前，兩臺泵都是采用工頻運行。因為地板采暖二次供水溫度不宜過高，通常小于65℃，所以，總是采用開大或關小閥門的辦法來調節溫度。調節周期長，效果不顯著。改造后，變頻調節電機轉速來改變循環泵的流量，既節能有調溫，效果很好。通過大量時間的觀察和記錄，變頻器大部分工作在35～45Hz之間。下面是此機組改造前后耗能情況對照表。
六、供暖換熱系統的變頻改造節能分析
循環水泵是傳遞流體的裝置，這類負載消耗的能量與流量的立方成正比，根據能量消耗與轉速的關系式：Q＝K1n；H＝K2n2；
P＝Q×H＝K1n×K2n2＝K3n3。式中，K1、K2、K3為常數，n為電機的轉速。又，三相交流異步感應電機n＝120×f×(1-s)/p，式中f為供電頻率，s為滑差率，p為電機極數。電機一旦選定后，s、p基本確定，則n可近似為n＝K0f，即與供電頻率成線性正比例關系。當頻率為50Hz時，n＝K0×50轉／分；功率P1＝K3（K0×50）3＝K×503；當頻率為40Hz時，n＝K0×40轉／分，功率P2＝K3（K0×40）3＝K×403。P2／P1％＝K×403／K×503％＝51％，由此可見，當電源頻率從50Hz降為40Hz時，就可以節電達49％。
七、結語
換熱站供暖換熱系統采用變頻器技術和自控技術，可實現電動機的軟起動，啟動平滑無沖擊。這樣一方面可以減少啟動時對電機和電網的沖擊，既保護了電動機，延長其使用壽命；另一方面調速變流量，達到了調節溫度的目的；更重要的是節約了能源。和工頻運行相比可節能40～50％。
