一、前言

　　城市集中供熱系統(tǒng)中，熱力站作為熱網(wǎng)系統(tǒng)面對(duì)系統(tǒng)熱用戶最后一級(jí)調(diào)節(jié)單元，熱力站控制效果直接決定熱用戶采暖效果。太原市熱力公司所轄城市熱網(wǎng)包含400余座熱力站，供熱面積覆蓋太原市總采暖面積60%，所有熱力站均采用間連型熱力換熱站。

　　間連熱網(wǎng)熱力站中，二次網(wǎng)供回水壓力、溫度及流量均是影響供熱效果重要因素，而二次網(wǎng)各供參數(shù)調(diào)節(jié)主依靠對(duì)二次網(wǎng)循環(huán)泵及補(bǔ)水泵控制。傳統(tǒng)熱力站控制中，循環(huán)泵與補(bǔ)水泵一般都采用工頻泵，系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型時(shí)已經(jīng)決定了系統(tǒng)二次網(wǎng)主要參數(shù)，相對(duì)，系統(tǒng)適應(yīng)性、擴(kuò)展性及各參數(shù)精確調(diào)整均受到極大限制。

　　本文著重介紹自控系統(tǒng)及變頻器熱力站控制中應(yīng)用。

　　二、熱力站自控系統(tǒng)構(gòu)成

　　間連型熱力站自控系統(tǒng)按設(shè)備類型分，可分為：溫度、壓力變送器，流量計(jì)，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，循環(huán)泵及補(bǔ)水泵；按控制回路分，則可分為：一次網(wǎng)流量控制回路、二次網(wǎng)循環(huán)控制回路、二次網(wǎng)定壓回路。

　　熱力站自控系統(tǒng)中，一次網(wǎng)流量控制回路主要調(diào)節(jié)一次回水調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)。二次網(wǎng)調(diào)節(jié)回路則是調(diào)節(jié)二次網(wǎng)循環(huán)泵及補(bǔ)水泵轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)。一次網(wǎng)控制指令主要由熱網(wǎng)調(diào)度中心全網(wǎng)平衡算法下發(fā)，而二次網(wǎng)循環(huán)泵及補(bǔ)水泵變頻器轉(zhuǎn)速則由站內(nèi)PLC系統(tǒng)依據(jù)各熱力站所帶熱網(wǎng)實(shí)際情況計(jì)算出。

　　熱力站自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖。

　　圖1 典型熱力站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　三、系統(tǒng)控制思想

　　集中供熱工程中各用戶建筑面積、暖氣片性能及房屋保溫質(zhì)量各不相同，很難確定一組典型室內(nèi)溫度作為直接被控量，而供、回水平均溫度從整體上反映了各用戶暖氣片平均溫度，一般供熱系統(tǒng)都是室外環(huán)境溫度及不同供熱時(shí)段來控制供、回水平均溫度方法來間接控制用戶室溫。

　　太原各熱網(wǎng)控制中，進(jìn)行熱力站自控改造同時(shí)，對(duì)熱網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)也進(jìn)行了調(diào)整。目前太原各個(gè)熱力分公司熱網(wǎng)調(diào)度中心都加設(shè)了全網(wǎng)平衡系統(tǒng)，調(diào)度中心與個(gè)熱力站進(jìn)行通訊，獲取熱網(wǎng)數(shù)據(jù)，并室外溫度情況對(duì)全網(wǎng)熱力站供熱效果進(jìn)行均勻調(diào)整。

　　各熱力站從控制中心獲取對(duì)應(yīng)二次網(wǎng)供回水平均溫度，站內(nèi)系統(tǒng)將獨(dú)立控制回路分為二次網(wǎng)供回水平均溫度控制回路和一次網(wǎng)流量控制回路，平均溫度偏差確定一次網(wǎng)流量設(shè)定值，然后調(diào)節(jié)閥門開度使流量達(dá)到設(shè)定值。

　　站內(nèi)控制系統(tǒng)還熱力站實(shí)際情況對(duì)二次網(wǎng)循環(huán)泵及補(bǔ)水泵進(jìn)行調(diào)速，

　　系統(tǒng)二次網(wǎng)供、回水平均溫度溫差，變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)總流量和溫度調(diào)節(jié)。使循環(huán)水泵實(shí)際負(fù)荷輸出功率，減少不必要電能損失，實(shí)現(xiàn)小流量大溫差運(yùn)行模式。此舉，可以及時(shí)把流量、揚(yáng)程調(diào)整到需要數(shù)值上，消除多余電能消耗，達(dá)到良好節(jié)能效果。通常熱力系統(tǒng)會(huì)設(shè)計(jì)兩臺(tái)變頻泵，這是系統(tǒng)備用，也是防止系統(tǒng)超調(diào)。負(fù)荷不夠，則泵轉(zhuǎn)速加大，達(dá)到100％時(shí)還不滿足要求，則啟動(dòng)第二臺(tái)泵。同時(shí)系統(tǒng)還可以運(yùn)行時(shí)間自動(dòng)切換各循環(huán)泵，也提供低水壓保護(hù)和連鎖功能。

　　控制系統(tǒng)二網(wǎng)供、回水壓力是熱網(wǎng)安全運(yùn)行重要參數(shù)。供水壓力過高可能造成熱水管道及用戶暖氣片破裂；供、回水壓力過低，使部分熱用戶無法到足夠熱量。恒壓控制最佳方案是對(duì)補(bǔ)水泵進(jìn)行變頻調(diào)速控制，但考慮此處對(duì)壓力穩(wěn)定性要求并不高，壓力不超出某一范圍即可，也可以采用開關(guān)補(bǔ)水控制方案。

　　四、熱力站控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　1、一網(wǎng)回路控制：

　　熱力站一次網(wǎng)回路控制，主熱負(fù)荷控制。控制調(diào)節(jié)一次網(wǎng)回路上電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，來調(diào)節(jié)流過熱力站一次熱水流量。全網(wǎng)控制系統(tǒng)中，全網(wǎng)控制中心目前室外溫度情況，參考熱源運(yùn)行情況及各熱力站反饋二次網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算出各熱力站一次網(wǎng)控制閥門開度指令或二次網(wǎng)目標(biāo)控制溫度。熱力站系統(tǒng)全網(wǎng)控制中心下發(fā)指令，調(diào)節(jié)一次網(wǎng)流量調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)全熱網(wǎng)熱資源均勻分配。

　　一次網(wǎng)回路控制中主要參考對(duì)象為熱力站一、二次網(wǎng)供回水溫度；一網(wǎng)控制對(duì)象為一次網(wǎng)調(diào)節(jié)閥；控制目為提供熱力站必須供暖熱量。

　　2、二次網(wǎng)循環(huán)泵控制：

　　熱力站系統(tǒng)二次網(wǎng)循環(huán)泵是變頻器來調(diào)速。

　　傳統(tǒng)熱力站系統(tǒng)循環(huán)泵通常采用工頻泵，循環(huán)泵選定后，熱力站二次網(wǎng)流量無法進(jìn)行調(diào)整，造成熱力站系統(tǒng)無法室外溫度及實(shí)際供熱需求來調(diào)整，造成熱力及電力資源浪費(fèi)。大功率工頻泵起停時(shí)會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。

　　目前，熱力系統(tǒng)自控改造中，對(duì)15KW以上循環(huán)泵普遍使用變頻控制。一般循環(huán)泵均采用壓差控制方式，即循環(huán)泵轉(zhuǎn)速受二次網(wǎng)供回水壓差調(diào)整。壓差控制方式可以調(diào)節(jié)循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)二網(wǎng)流量以滿足供熱需求，減少浪費(fèi)。

　　熱力站循環(huán)泵控制中，我們采用供回水溫差結(jié)合供回水壓差控制方式。

　　熱力站控制系統(tǒng)各系統(tǒng)實(shí)際情況，設(shè)定一個(gè)供回水壓差目標(biāo)值。設(shè)定此供回水壓差值以滿足二次管網(wǎng)供暖水循環(huán)。此基礎(chǔ)上，熱力站PLC系統(tǒng)測(cè)量二次網(wǎng)供回水溫差來對(duì)循環(huán)泵進(jìn)行修正。當(dāng)二網(wǎng)供回水溫差偏大時(shí)，則需提高循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，加大二網(wǎng)流量，提高二網(wǎng)回水溫度，改善供熱效果；當(dāng)二網(wǎng)供回水溫差過小時(shí)，需適當(dāng)降低循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，減小二次網(wǎng)流量，實(shí)現(xiàn)小流量大溫差運(yùn)行模式。這種調(diào)整可以起到節(jié)約電能及熱能效果，大型熱網(wǎng)中，這種節(jié)能手段就能取可觀效果。

　　3、二網(wǎng)定壓補(bǔ)水控制：

　　二次網(wǎng)補(bǔ)水控制采用是定壓控制，傳統(tǒng)熱力站中往往采用壓力表電節(jié)點(diǎn)控制。城市集中供熱發(fā)展，系統(tǒng)熱負(fù)荷越來越大，熱力站系統(tǒng)所帶供暖面積都比較大，供熱網(wǎng)條件不一，二網(wǎng)系統(tǒng)水力損失較大。嚴(yán)重水力損失使二次網(wǎng)補(bǔ)水系統(tǒng)壓力加大，補(bǔ)水頻繁。而傳統(tǒng)工頻補(bǔ)水泵頻繁起停，容易造成二次管網(wǎng)壓力波動(dòng)。

　　熱負(fù)荷較大系統(tǒng)中，我們采用補(bǔ)水泵變頻控制，對(duì)補(bǔ)水系統(tǒng)進(jìn)行精確微調(diào)。當(dāng)系統(tǒng)失水時(shí)，二網(wǎng)壓力下降，系統(tǒng)會(huì)變頻器控制補(bǔ)水泵以一定轉(zhuǎn)速進(jìn)行補(bǔ)水，補(bǔ)水泵轉(zhuǎn)速當(dāng)前壓力與目標(biāo)壓力差值均勻調(diào)整，避免補(bǔ)水泵啟動(dòng)和停止時(shí)對(duì)二次網(wǎng)系統(tǒng)沖擊。

　　4.現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)界面

　　現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)界面上，可以操作面板任意調(diào)節(jié)系統(tǒng)所需各種運(yùn)行狀態(tài)，例如：一、二次網(wǎng)供回水溫度及溫差，變頻器最大最小運(yùn)行頻率等，并可隨時(shí)查閱運(yùn)行記錄。用戶要求可將當(dāng)前參數(shù)以畫面、曲線、報(bào)表形式屏幕上顯示。

　　五、熱力站自控系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

　　熱力站中使用變頻器及可編程控制器，充分發(fā)揮變頻器調(diào)速和節(jié)能優(yōu)點(diǎn)及可編程控制器配置靈活、控制可靠、編程方便優(yōu)點(diǎn)，使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性有了可靠保障。

　　熱力站自動(dòng)控制系統(tǒng)投運(yùn)，過去主要依靠人工調(diào)節(jié)控制手段到了徹底改善，熱網(wǎng)運(yùn)行到合理控制，失調(diào)現(xiàn)象到了有效解決，消熱網(wǎng)中各站冷熱不均現(xiàn)象。按需供熱、節(jié)能降耗，改變了不合理小溫差大流量運(yùn)行方式，既保證了遠(yuǎn)端客戶供熱需要又避免了近端用戶過熱現(xiàn)象直接提高了熱網(wǎng)供熱效果。