城市集中供热无人值守热力站的建设

姚 杰

(太原市热力公司，山西太原 030001)

1 概述

改革开放以来，城镇集中供热事业得到了空前的发展，随着国民经济的迅速发展，供热领域面临着热源负荷逐渐接近饱和甚至是超负荷，能源紧缺等诸多问题。因此热力公司必须在确保用户供热品质的前提下，提高供热系统的技术管理水平，降低供热运行成本。只有提高供热系统的技术含量，才能实现降低运行成本，达到节能的目的。技术含量愈高，节能的效果愈明显。目前热力站管理大都采用人工的方式，对站内设施、设备采取定期检查的办法，包括动力设备的运转状态、运行参数监测与调节、水质检测、安全防盗等。一方面造成人力、物力的浪费，另一方面出现事故时操作人员难以发现，容易造成设备事故，同时，各热力站都独立运行，难以达到供热系统整体最佳状态，易造成热力失衡，影响供热效果而造成能源的极大浪费。所以在太原市瑞光热电联产供热工程设计伊始，我们就提出了建设“无人值守热力站”的思路，考虑利用由先进的工业自控技术、计算机技术、通讯技术和视频监控技术所构成的热力站及远程监控管理系统，对热力系统实施更科学、更规范的监控管理，提高中央调度室的监控能力，获取更巨大的经济和社会效益。

2 无人值守热力站监控系统的组成

建立无人值守热力站，就需要全面掌握整个热网及热力站的压力、温度、流量、热量等等所有重要参数，以及站内设备的运行状况及安全防盗等信息，为实现远程监控，集中控制，统一调度提供必要条件。因此，无人值守热力站监控系统由就地监控系统、视频监控系统、通讯网络、中央监控系统四个部分组成(见图1)。

2．1 就地监控系统

PLC控制器、触摸屏、变送器、传感器、执行机构及通讯模块组成热网监控系统的远程终端站(RTU)。RTU是中控系统命令的执行者，通过与其相连的仪表和执行机构完成对热力站现场设备的数据采集和控制功能，同时利用通讯网络把底层设备的数据上传，保证系统的可靠运行。RTU也可利用触摸屏进行就地的操作设置。

1)PLC控制器。主要完成热力站现场过程的模拟量，状态量及脉冲量的测量，并完成相应的物理量的PID运算、逻辑运算等，接受上位机指令对执行机构及循环泵、补水泵等发出控制指令，同时，可独立地完成本站范围内运行参数的监测和自动控制。控制器内置通讯模块具有通讯功能，并且采用开放的通讯协议。2)在一次网回水安装电动调节阀，用以接收4 mA～20 mA的标准信号，根据此信号的大小自动调整阀门的开启度，达到对热力站供热温度的调节。3)在热力站站内的一、二次网的供、回水管上分别安装压力变送器及一体化温度传感器，用于测量、指示、传送压力和温度信号。4)安装超声波流量计及水表，测量和传送热力站内一次网流量及补水流量。二次网供水管安装超声波热量表，测量该站供出水的热量信息。热力站的电量、用水量、热量等信息均远传至中控室，借此全面掌握热力站内的能耗信息。5)安装于水箱的液位变送器及补水管上的电磁阀，用来实现“一补二”的补水控制方式。

图1 监控系统

2．2 视频监控系统

太原市瑞光热电联产供热工程是按照“无人值守、巡检结合”的原则进行总体设计，这就对站内设备的安全、防盗提出了新的要求。为此，在整个热网建立一套视频监控系统。本着安全可靠、技术先进、经济实用的原则，视频系统按全数字式进行配置。视频监控系统由视频服务器、视频监视摄像机、人体感应器及网络设备组成。视频监视系统通过VPN网络将各热力站的视频信息上传至监控中心的视频服务器，满足热网监控中心对各个热力站进行远方视频监视。1)视频服务器:配合网络视频服务器集中管理软件，运行并存储接入VPN网络的视频画面及录像。2)视频监视摄像机:各热力站现场均安装系列高清网络摄像机，具有自动对焦、联动报警、巡航路线等性能特点，用来实时监控站内设备运行情况以及安全状况。3)人体感应器:各热力站门窗处安装有人体感应器，如遇强行闯入者时，发出声光报警，并立即发送报警信息至调度中心，以便通知巡检人员赶到现场处置情况。4)网络设备:网络设备与热力站内就地监控系统共用。

2．3 通讯网络

通讯网络用以连接中央监控调度室和各现场控制机，实现数据及视频图像的传递与交换，是整个监控项目的桥梁，是保证热网监测系统正常运行的关键。在瑞光工程中，热网与其他热力站通常采用ADSL通讯方式，地理位置较偏远的热力站采用GPRS通讯方式，所有热力站与中控室的连接均配备相应的通讯设备及接口等，从而构成一个完整的通讯系统，实现点对点实时通讯。

2．4 中央监控系统

中央监控系统是无人值守热力站系统的中心，用来实现远程监控，远程控制。可以实时监控热网的运行，能够监测所有运行参数并进行优化控制，便于按需对热源进行调配。热网监控系统为实时计算机监控系统，基于客户机/服务器结构，为保证热网系统的安全可靠运行，热网监控系统为冗余系统、基本功能如下:1)数据采集与存储管理:系统从热网的运行过程中采集数据，进行分析加工处理，完成热网系统的数据采集和控制功能。2)监控功能:监控系统能够提供各种图形显示、多媒体显示、视频动画等功能，以数字、符号及图形方式为操作人员动态的模拟生产过程并显示其实时数据，方便操作和管理。并且，根据事先制定的全网控制策略，对热网及热力站做出相应的调整，达到远程控制的目的。同时，结合视频监控系统，在中央控制室随时查看站内的运行及安全情况。3)报警功能:监控系统能根据预先设定的报警值，对供热过程中各个热力站产生的异常事件实现声、光报警，并提示操作人员进行报警信息处理。

3 热力站控制策略

应用无人值守热力站最重要的目的是热力站的自动调节运行，实现对二次网供热量的科学控制，保证系统经济运行。同时，保证站内设备的安全防盗。系统的基本控制策略是:在就地监控系统采集到的温度、压力、流量、热量等数据的基础上，根据室外平均气温历史数据的预测分析及实际气温的监测，结合热力站热指标的制定情况，计算出热力站所需的瞬时耗热量，把这个参数作为调节二次网的依据，用室外温度进行实时的修正，通过控制一次管网电动调节阀门的开度来调节进站的一次网流量，从而达到控制二次网供水温度的目的，实现按热量对热力站进行调节，真正实现按需供热。当热源供热量不足时，根据中央控制计算机给定的二次网供、回水平均温度或回水温度设定值来调节一次侧阀门。同时，通过检测二次网供、回水压差来控制变频循环水泵的运行。由于北方水质偏硬，当系统发生失水情况时，不适合直接利用自来水进行补水，需要经过软化程序，这就成为了制约无人值守热力站建设的一个关键所在。太原瑞光热电联产项目无人值守热力站的设计中，补水采取“一补二”的方式，即利用一次管网的水来补充到二次管网中去，以保证二网及用户管网运行所需，通过检测二次网回水压力来控制补水泵的启停。这样既解决了水质的问题，又节约了用水量，为无人值守热力站的建设扫清了障碍。

4 结语

无人值守热力站很好的实现了对热力站设备的自动控制，实现远程监控，比较科学合理的调节，达到全网平衡，提高了供热质量，增加供热的稳定性;同时，管理人员可以更清楚的了解各个热力站的运行数据，并结合视频监控，加强了安全防盗的能力，使管理更加有的放矢，有效的提高了供热管理水平。在满足用户需求的前提下，节约了大量的人力、物力资源，减少了能源消耗，收到良好的社会效益和经济效益。

［1］ 李 秀．对我国城镇供热事业可持续发展的思考［J］．区域供热，2003(3):9-13．

［2］ 史登峰．集中供热系统节能控制技术［A］．热能动力暖通空调论文集［C］．2003．

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