集中电供热在电气自动控制中的研究

蔡利忠，莘尚军，斯钦毕力格，李树鹏，红地，李东敬

（内蒙古电力(集团)有限责任公司锡林郭勒电业局，内蒙古 锡林浩特 026000）

集中电供热指的是集中热源在产生热水和蒸汽后，采用管网将其提供给不同区域，以满足生产生活对热量提出的需求。在城市基础设施中，尤其是现代化城市，集中电供热依然是一项十分重要的公用设施，除了能给城市中各个区域提供可靠、稳定且品位很高的热源，使人们生活水平得以改善，还能起到节约能源的作用，减少污染排放，这对美化城市环境与减少对有限空间的占用，都有重要作用和意义。基于此，集中电供热的经济与社会效益均十分显著。而随着城市的快速发展，对集中电供热提出了很高要求，在这种要求下，传统控制方式根本无法适应，而电气自动控制技术的出现和普及，为集中电供热控制提供了合理可行的技术解决方案，使复杂的集中电供热系统电气自动控制成为可能，最终使集中电供热良好适应城市发展需要。

1 控制系统

对于集中电供热系统，不仅设备和参数数量较多，而且信息传递较为滞后，整个系统都呈现出非线性，这对供热企业而言，为了实现节能降耗等基本目标，有必要采用电气自动控制技术，提高整个系统的自动化水平，这无论是对提高整个系统运行的可靠性还是供热经济性，都有十分重要的作用与意义。基于此，在实际工作中，有必要对集中电供热系统的电气自动控制进行深入分析和研究，根据系统的控制要求，制定合理可行的控制方案。控制方案的主要目标为提高整个系统控制的自动化水平，使系统始终处于稳定可靠的运行状态，并对系统运行与管理进行适当的优化，以此从根本上解决过去供热效果较差和无法对系统运行进行及时调整等问题，最终实现使系统运行安全可靠和节能环保的根本目标。

对于城市集中电供热，主要由以下几部分组成：（1）热源，包括供热机组或锅炉；（2）一次管网；（3）换热站，包含很多设备，如换热器、循环与补水泵及补水箱；（4）二次网；（5）热用户。如今的集中电供热系统正快速发展，很多城市都有大量换热站，为了使集中电供热可以实现自动控制，一方面，要在每个换热站中进行自动控制设备的加装，实现远程控制；另一方面，则要设置专门的控制总站，对从远端传输过来的数据进行汇总与分析，然后，结合实际情况给出相应的指令。

该系统需要具备下列几个方面的功能：（1）对供热负荷进行自动控制与调度；（2）对供热系统各项运行参数进行实时报告；（3）对所有数据进行自动统计与保存；（4）如果系统发生故障，应能立即给出报警提示，使运行人员能够立即分析和处理故障。

2 控制方案

系统控制集中电供热的基本思路为均匀性调节，也就是将调节目标确定为对二次网循环水实际温度进行自动控制，确保所有热用户中二次网循环水实际温度保持一致。从操作设备角度讲，就是对不同热力站中的加压泵与调节阀进行均匀调节，确保不同热用户之间实现均匀供热，防止冷热不均情况的发生。通过这样的控制，能在满足偏冷用户对供热提出的要求的基础上，避免其他用户过热，从而减少热量损失。可见，采用均匀性调节策略除了能节省能源消耗，还能满足供热要求。

对于均匀性调节，其控制流程为：先对所有热用户中二次网循环水实施采样，然后，用不同热用户实际面积大小除以整个供热面积，由此获得商值，再用商值乘以循环水温，由此获得乘积，之后将所有乘积相加，相加后的结果即为加权平均温度，用这个温度对比不同热用户实际循环水温，若某热用户实际循环水温比加权平均水温高，则增大调节阀开度，也可减小变频泵频率，而当某热用户实际循环水温比加权平均水温低时，需减小调节阀的开度，或增大变频泵频率。

2.1 控制设备

当集中电供热系统处于正常运行状态时，应对下列几种热力参数进行调节：温度、一次网流量、二次网循环流量、管道内压。在这种以上参数时，需要用到以下设备：

（1）上位机：其操作系统能对各类信息进行实时处理，可提供网络接口，也能实现无线通信，可提供USB接口，不同的数据信息可在多通道上进行输入与输出。

（2）电动调节阀：具备信号动态调节功能，集中电供热系统产生的波动不会对其造成太大影响，整个调节过程十分稳定且节能。

（3）变频器：其主要功能在于对泵类转矩进行更改，可提供能实现自由连接的端口，可对电机与命令数据进行自动切换，并且还能实现各项保护功能，如过压保护、欠压保护、接地保护、短路保护与电动机保护。

（4）传感器：包括温度传感器、压力与压差变动器及流量计。

（5）现场控制器：在某些运行情况中，为有效减少中央处理器实际工作量，所有换热站都会安装现场控制器，用于对系统的运行参数进行动态采集与分析，这些运行参数包括电流值、泵类工作状态、水文、水压、水位。另外，在现场控制器的作用下，还能对从换热站中传输过来的所有运行参数进行接收与记录，如温度与压力。采用现场控制器完成对参数的分析后，对其进行记录，并以从上位机中发出的程序为依据产生相应的控制指令。

2.2 控制过程

（1）循环与补水泵都采用变频器进行控制，如果二次管网内压与流量产生变化，则压力与差压变送器将对二次管网实际压力与流量及其改变梁进行采集，然后，传输至现场控制器，由现场控制器分析和处理数据，此时，控制器将按照上位机程序产生和发出指令，确保变频器能对补水与循环泵实际转速进行准确控制，最终使二次循环系统始终处于定压和定流量的实际运行状态。

（2）采用温度传感器对室内外温度与热力站中二次网水温进行采集，然后，将它传输至现场控制器开始分析处理，此时，现场控制器能以室内外温度差为依据，对补偿温度与二次网循环水实际温度进行计算，再由控制器发出相应的控制指令，使调节阀根据指令对一次流量进行调整，改变一次流量，进而实现对二次循环水温准确调节。对于阀门调节幅度，需根据循环周期来确定，在一次网循环完一整个周期后，才可以对二次网循环水实际平均温度进行采集，使用相应的公式通过计算确定适宜的阀门调节幅度。基于此，需要将一次网循环周期设置成调节阀具体调幅时间。

（3）上位机采用通信网络不断下发控制指令，在现场控制器接收到指令后，以现场数据情况为依据对不同的热力设备进行控制。与此同时，现场控制器还能对采集到的所有数据进行上传，并最终传输到内部网络。

通过以上控制流程，可达到以下效果：首先，工作人员能随时随地了解到系统实际运行情况，进而实时调整系统，为设备提供有效的保护，确保系统始终处在安全可靠的状态；其次，提高整个系统自动化水平，大幅减少人员工作量，降低人工费；最后，系统能结合实际工作情况与环境变化对供热参数进行自动调整，从根本上解决以往采用人工进行调节时温度不均衡的问题，从而减少热能与电能损失。

2.3 控制软件

对于自动控制软件，其主要作用在于使全网保持平衡，采用控制软件，能在热网当中获取所有运行参数，如二次网循环水实际温度大小和阀门反馈值。在数据输入至控制软件后，采用调节公式通过计算确定期望温度与电动阀具体调节量，之后，采用通信线路实时控制每个调节阀，通过对电动阀各项动作的控制，使热网各项参数得以均匀调节，使供热达到均匀。对于使用在集中电供热系统中的电气自动控制软件，需要具备以下几方面功能：（1）对设备进行远程启动与停机操作；（2）对换热站进行实时监视，并根据监视结果报警，对所有运行数据进行准确记录，最终生成相应的数据报表；（3）应能对数据及其传输过程提供保护，登录要有权限，而且还要采用网络防火墙技术。

3 结语

综上所述，提出了集中电供热系统的电气自动控制解决方案，使系统的换热站与相关设备都能实现远程控制的目标。通过监测获得各项供热信息以后，通过对包含温度、流量和时间等在内的各项参数进行的补偿，对系统运行状况进行调节，使系统得以自动调控，最终保证系统运行的安全性和稳定性。希望以上提到的方法可以在提高系统自动化水平上起到应有的作用，实现预期的可靠运行和节能环保等目标。