矿区热网变频循环泵节电技术

张秀萍

[摘    要]现如今，变频调速技术在国内很多地区的换热站循环泵中均有应用。但因技术的自动化水平参差不齐，很多企业长期采用人工手动方式调控变频器的运行状态，以致供热电指标（kWh/万m2）长期处于较高水平，耗电输热比大，运行效率整体偏低。在节能减排、低碳生活理念被大力倡导的背景下，应深刻认识到变频技术在实现节电方面表现出的优越性，将其合理用于矿区热网变频循环泵日常运行活动中。

[关键词]矿区;热网变频;循环泵;变频器;节电技术

[中图分类号]TM92 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）06–00–03

Energy-saving Technology of Frequency Conversion Circulating Pump in Mining Area

Zhang Xiu-ping

[Abstract]Nowadays， frequency conversion speed regulation technology has been applied in the circulating pump of heat exchange stations in many areas of China. However， due to the uneven automation level of technology， many enterprises have long adopted manual control of the operation state of frequency converter， resulting in a long-term high level of heating and electricity index （kWh/ 10，000m2）， high power consumption and heat transfer ratio， and overall low operating efficiency. Under the background of energy saving， emission reduction and low-carbon life concept being strongly advocated， we should deeply realize the advantages of frequency conversion technology in realizing power saving and reasonably apply it to the daily operation of the heat grid frequency conversion circulating pump in the mining area.

[Keywords]mining area; Heat network frequency conversion; Circulating pump; Frequency converter; Power saving technology

自2008年以来，国家相关部门加大对落后生产能力的整治力度，力争全面贯彻落实节能减排重点工程项目。在这样的时代背景下，矿区供热网顺理成章的成为了节能减排工作的重点项目之一。既往，热网运作阶段，多采用定流量循环系统作为热水循环系统，不管末端负荷需求出现怎样的波动，循环流量均能始终维持恒定状态。

若能依照建筑体内部对热负荷的现实需求能动态调整循环泵的流量，不仅能维持建筑内部温度的舒适性，还能规避因外界温度改變引起室温明显变动的问题，减少了电能资源的耗用量。将变频调速技术用于热网循环泵控制领域中，能更好的满足热网变工况运作的现实需求，为其实现节能减排发展目标提供可靠的技术支撑。

1 变频运行的依据

（1）理论计算环节的保险系数，具体是水利项目测算后获得的结果均要乘以保险系数，这是设计值高于现实需求的主要原因。

（2）生产制造厂家会参照锅炉装备的蒸发量设定循环泵炉的型号，而不会为满足某个用户的主观需求而进行单一化设计加工，故而选用循环泵过程中均会存有一定余量。比如，经测算后，发现某企业运行需要配置流量为30m3/h的循环泵，若没有采购到和其生产要求完全匹配的循环泵，和其相临近的有24m3/h与45m3/h循环泵，此时多数设计人员会选用45m3/h循环泵，其比计算流量高出50%。

（3）参照参数设定情况完成理论计算工作，比如某企业设计参数室之一的外温度为-24℃，这就意味着各个采暖期的严寒期中某段时间室外温度均值能达到该温度值，其他时段均是高于该温度的，系统正常运转阶段所需机泵处理是低于该设计参数的。

2 现实运行的主要形式

（1）集中供热热负荷依照正态曲线走失分布的。在供热活动的早期、终末期热负荷偏小，在这样的工况下系统正常运行对流量的需求量较少，资用压力相应降低;进入严寒期时，热负荷有所增加，系统运行时需要有大流量做支撑，资用压力也会提升。电机的轴功率提供流量与扬程，故而经由变频调整以后的供热耗电量分布也遵照正态曲线的走势规律，但由于于供热早期可能存在着跑冒滴漏、用户存气及初调节等因素，可能会在一小段时间内耗电量会分布在正态曲线外侧。

（2）平衡调节和变频调节相互配合，变频调节过程并不是孤立存在的，一定要和供热系统的水利项目平衡、热工平衡调节相整合。若生产实践中检测到变频器频率有跌落趋势，循环泵电机运转速度下降，轴功率、循环泵出力、流量以及扬程指标均同步降低，那么既往依赖大流量运作状态掩饰的问题很可能会一一浮出水面，此时需要调节供热系统的水力以及热工平衡。基于平衡调节使系统内短循环与过热部分实现热工平衡，借此方式提高系统的运行效率。

（3）基礎的调节方法。首先，在现实操作过程，相关人员要明确循环泵的特性参数与频率两者的关系，水泵流量和频率之间存在正比例关系，扬程与频率平方成正比。其次，要明确水平运行频率降低对流量、扬程即电机功率各自形成的影响。常规做法是应用系统最不利环路设定系统所需的扬程值，其它环路基于调节阀门的过程与其形成平衡关系。最后，在生产实践中，会经常观察到很多处于运行状态下的系统内全部阀门处于极度调节状态，这是导致循环泵提供的很多扬程在调节设备上被消除的主要原因之一，最后会浪费掉大量的电能资源。在现实调整操作中，应给予二级网流量、温差以及压差等参数较高重视，需要参照热指标及室外实测温度进行微调节。

（4）电动机自然功率因数和电损耗大小之间关系。从宏观层面上，可以将电动机的功率因数分为自然、总功率因数2种类型。若电动机能处于最适宜负载率状态下运作，那么其运行效率能抵达峰值，此时自然功率因数最大。在调节变频器过程中，要力求电动机能够在差异化的供热指标下维持最佳负载状态。伴随电动机自然功率因数的提升过程，驱动了电功率的无用功转型为有用功的过程，便能较顺利的降低压网络中输送的无功负荷，进而减少电能资源的损耗量。

（5）耗电输热比的约束。当下，业内很多人员会采用耗电输热比去权衡、判断热网系统运转效率的高低。其代表的是系统输送热能阶段耗损电能的比率，系统的运行半径对该项指标大小起到决定性作用。这也就意味着，当建成某个供热系统项目时，该系统的运行半径就已明确化，耗电输热比区间随之被设定，我们通过调节变频器去实现节约电能资源的限度也被确定，无限的降低循环泵的运行频率是不可能实现的。

3 变频器调速及停机时注意事项

3.1 调速

在生产实践中，调整循环水泵的运行频率时，变频器作出响应需要历经一个过程，即循环泵现实运行频率抵达设定频率需要历经一个过程。若检测到水泵现实运行频率未抵达频率时;或者负载无法符合现实正常生产需求时，一定要以冷静的态度面对，不要急于在水泵状态没有稳定时大范围的频率的给定值，规避形成超调现象。

3.2 停机

（1）若循环水泵处于变频调速状态下运作，则要对水泵做停机处理，一定要将停机指令先发送给变频器，严禁出现直接断离断6 kV小车开关的操作行为。若在运转状态下断离6 kV小车开关，那么就会依照电源故障处理变频器，对电机装置正常运行过程形成不良影响。

（2）当有停机指令被传送给变频器，进而使水泵正常停运以后，若后续需持续运行变频器，则无需分断6 kV小车开关;弱没有继续变频器的需求，那么当观察到运行频率抵达“0 Hz”位以后，则可以直接断离6 kV小车开关。

（3）循环泵泵变频调速常态运行下有正常停机的需求时，直接将停机指令传达给变频器就可以，不必事前降低电机的运行频率。

（4）正常停机的顺序可以做出如下表述：明确生产要求停机→停运变频器→停6 kV小车开关。

（5）在工频旁路工况下，若要想使电机停机制动，直接断离6 kV小车开关就可以。

4 设计变频节电系统的自控方案

为实现对循环泵运行阶段电能消耗量的有效控制，不仅需要调整水泵装置自身的运行频率，进而更好的适应不同时间段的运行工况，还需要科学调整供热系统的供水温度值。图1是控制方案图示，通过对循环水泵的运行频次作出科学调度，能够较顺利的实现循环水泵的变流量。与此同时，结合室外环境温度的改变状况，快速、精确的调度热远处供热介质的出口温度值。

5 变频节点改造实例

在间接式集中供热阶段，利用分阶段调整变流量的质调节控制法去改造二次循环系统，将智能控制器设定为整个系统的调控核心，采集并解读始源于电动机、变频器、传感器即系统边界条件的各种数据，动态化的岁电动机、变频器的运转状态作出微调整，等同于结合二次供水测算出的温差之及回水温度区间下限值调控换热站循环泵的流量。利用变频技术调控循环泵电机的运转速度，能间接的控制其输出流量值，在符合现实供暖负荷要求的基础上，明显降低了循环水泵自体的耗电量，使电动机在热负荷指标改变的全过程将能耗量降至最低水平，并且还能间接式的减少热能的耗损量，取得了较好的节能成绩。

使用变频器阶段还能利用自身转速及基于PLC控制泵的运转逻辑去提升系统的功率因数，降低电动机的无功损耗量，同步提高供电效率与质量。为了取得最佳的循环泵组运行效率，本课题研究中选用>2台同扬程的循环泵并联运行状态下的泵组为研究对象，利用数目等同的变频器（ABBACS510）设备进行同频率驱动。

某换热站二次高、低区域循环泵变频改造前后的节能检测情况见表1。

对表1内统计的数据进行分析，发现换热站经改造以后，现实节能率达到了10%，系统的功率因数由改造前的0.750提升至0.993，降低了电动机的无功损耗，进而提升了供电活动效率，优化供电质量。

6 结束语

综合本文论述的内容，在闭环控制系统内，结合广大热用户对热能供应的现实需求，利用变频循环泵自控调整循环系统的流量，能明显降低其无功损耗量，一方面使热用户的用热量与舒适度得到保障，另一方面也协助供热单位实现节能降耗，能够创造出较高的经济效益与社会效益。

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