变频器在换热站中的应用

韩 宾

（中铁九局集团有限公司，辽宁 沈阳 110000）

当前能源供应压力是我国经济发展所不得不面对的重要问题，在能源供应压力不断紧张的情况下，供热企业的能源消耗控制能力成为影响企业发展的重要因素。因此，对于供热企业而言，在生产环节的各个方面都要重视节能技术的应用。实践证明，在换热站中合理应用变频器能够有效提高换热站的系统节能性与运行稳定性，对供热企业的节能减排具备十分重要的意义。

1 变频器在换热站中的具体应用

1.1 供暖系统结构及变频器工作原理

常见的换热站机电设备主要由循环水泵、换热器、除污器、热工仪表、各类阀门等设备组成。其中，循环水泵是通过二次管网将循环水次管网组成。循环水泵通过二次管网将循环水输送至换热器，然后与其次管网中的循环水进行热交换，从而达到提供热能的目标。在完成供热作业后的回水通过循环泵再输送到换热器进行热交换，这一流程构成了换热站的供暖循环系统。在这一作业过程中，如果出现了循环水的泄漏，那么换热站的控制系统就会启动自动补水系统，根据二次管网中的压力变化情况进行补水作业，从而确保整个供热系统的正常运行[1]。

在供热站运行的整个循环过程中，都是通过循环泵的运转实现热交换的循环进行，实现供暖的稳定持续，因此循环水泵是十分重要的一项设备。而在循环泵中，变频器是重要的控制装置，利用变频器能够实现对循环泵电机的合理控制，根据供热循环的实际需要来调整电机转速，这一方面能够有效降低能耗，避免无用做功，另一方面也能够有效延长电机的使用寿命，确保系统的稳定运行。目前，变频器已经在我国换热站的供热循环系统中得到了较为广泛的应用，为供热企业的节能减排发挥了重要的作用。

1.2 变频器节能改造技术的应用

基于变频器的运行原理，可以对现有换热站的供热循环系统进行相关的节能改造，改造工作主要是通过变频器、温度传感器及PLC控制器来实现对循环泵转速的自动调节，利用温度传感器实时监控供热系统的运行状况，并将收集到的信息传输到PLC 控制器，再由PLC 控制进行逻辑判断后下达指令给变频器来调节循环泵的转速。在设备改造过程中需要注意的是，为了降低改造成本及改造作业安全性，应当尽可能的保留原有系统的电控设备，不改变循环泵系统的运行回路，改造作业只需要增加控制电路即可，从而实现系统从工频向变频运行方式的切换。目前常见的供热系统变频器是ABBACS-400 系列变频器，这一系列的变频器能够具备变频调速的功能，同时具有可编程控制模式，因此应用范围比较大，同时设备的稳定也比较强，能够满足换热站循环水系统的改造需求。

完成改造后换热系统就具备两种工作模式，原用的工频模式及变频模式。换热站工作人员可根据不同工作情况下进行切换，从而降低系统的能耗，并提高系统运行的稳定性。在变频模式中，工作人员可以通过手动控制的方式，设置系统运行的功率及频率，从而对循环泵的电机输出进行调节。此外，变频模式下还有自动控制系统，这主要是通过PLC 来进行控制，通过温度传感器，实现对供热系统运行状况的自动判断，并根据预先设置好的编程系统来对变频器下达指令，再由变频器控制电机，达到供热温度的调节。而原本的工频系统则是在变频器出现故障问题时的应急措施，当变频器或PLC 控制系统出现故障时，工作人员可以将系统的运行模式调节回原有的工频模式，从而确保系统能够继续稳定运行，当设备完成维修后再切回变频模式。

此外，还可在换热站供热系统中的补水系统应用变频器，将自动补水方式与变频器补水方式结合起来。在供热系统工作正常的情况下，由自动调节阀进行作业，当系统出现泄漏失水超过设定的压力范围时，自动调节阀控制进行补水。而如果自动调节阀故障，或存在水源不足的情况时就可以启动补水变频器，对二次回水管网压力进行跟踪，并自动进行补水。在该模式下，补水变频器采用PID 调节方法，主要依靠压力传感器实现跟踪控制。

2 变频器故障诊断及处理方法分析

2.1 变频器常见故障分析

在完成换热站供热系统的变频器改造后，为保证系统的稳定运行，还应当做好变频器的故障诊断及维修工作。目前，常见的变频器故障主要有以下几种：第一，电源故障。这一类型的故障问题是变频器运行常见的故障问题具体可分两种：一种是过电流，即变频器超过了限定电流的运行状态，但一般比短路产生时的瞬时电流要小很多，错误起动和负载转矩过高是过电流产生的主要原因。另一种是短路，变频器短路故障的形式较多，包括三相短路、两相短路、一相接地短路等；第二种是变频器内部故障。这一类型的故障种类则比较多，常见的有直流环节的短路、过压、欠压故障等，以及逆变环节的输出过压、欠压故障、过电流故障、电流不平衡故障等。并且PLC 控制系统在运行过程中也有可能出现故障问题。因此，针对变频器内部的故障问题需要技术人员结合实际情况具体分析、具体处理[2]；第三种故障类型是过负载。当电机的额定电流过高时就可能诱发过负载故障。在供热系统的运行过程中，工作人员要对上述故障问题特别关注，故障出现时要及时处理维修，并总结故障原因，避免再次出现故障问题。实践经验表明，目前变频器故障问题可以归纳为两类型的原因：一种是外部原因，例如系统改造时参数设计不合理，工作人员操作不当。整体系统负荷过大等，变频器作为一种精密仪器，在运行过程中一定要注意外界复杂环境的影响；另一种则是内部故障原因，当变频器内部元件损坏，线路故障时都会导致变频器无法正常工作。在实际情况中，检修人员一定要结合故障发生的原因进行维修工作。

2.2 变频器故障诊断流程

在变频器故障诊断过程中，其首要任务是确定故障性质，找出故障发生原因及具体部位，从而为故障处理提供依据，实现快速检修，及时恢复设备正常运行。变频器的故障检修可以分为主动检修和自动检修两种。其中主动检修方法包括短路检修、状态检修和系统定期保养维护等。首先是短路检修，变频器系统短路故障的发生具有突发性和瞬时性，线路中的电流会在短时间内出现数倍的提升，进而导致设备的故障和线路的损毁，因而在日常维护中要加强对于短路保护状态的检查，确保短路故障发生时可以及时断开电源。低压断路器和熔断器是变频器系统短路检修的重点。在常规的三相供电系统中会设计相应的三相短路保护，对于容量不高的系统主电路，熔断器也可以作为短路保护装置，但是对于变频器必须设置单独的装置进行短路保护。其次状态检修，也就是系统运行过程中采取的检修策略，状态检修相较于事后检修而言可以将故障隐患扼杀在摇篮中，对变频器运行的故障隐患进行有效的排查处理。不同的供热系统所采取的检修方法和检修的周期也会有所差异，技术人员可以根据设备的运行表现进行状态检修方案的设计和执行，从而实现对系统故障更加准确的预测。状态检修通过防范故障在一定程度上可以降低供热系统运行的维护成本。最后则是系统运行中的日常检修保养，包括润滑油添加、设备吹灰以及零部件定期检验更换等。

自动检修是未来换热站设备故障诊断技术的发展趋势，自动检修以电气控制系统自动化为基础，借助先进的设备管理系统可以实现对运行状态的实时动态化监控，监视系统还可以生成具有声音和影像的系统日志。目前，部分变频器已经具备运行监测和故障预警定位功能。在正常运行状态下系统会自动记录运行数据信息，当电源、其他设备参数异常或者是运行中断时，自检系统会进行全方位的扫描，对安全隐患和系统故障进行排查和基本的处理，当自检系统无法彻底解决故障时会将故障信息传输至中央系统，维修人员可以根据系统日志的记录及故障的表现进行分析，从而提高维修人员进行设备维修的效率[3]。计算机控制技术是自动检修得以实现的技术前提，但是目前计算机控制仍然存在较大的提升空间，技术人员要加快计算机控制软件的更新和完善，结合变频器的运行特点进行针对性的软件程序编写，从而实现故障发生时的自动保护启动。

3 结语

在可持续发展战略指导下，供热企业应当积极利用各种技术手段实现生产环节的节能优化。实践证明，通过在换热站控制系统中应用变频器能够有效实现系统运行的稳定性并实现节能。变频器的应用能够有效调节换热站循环泵系统的电机输出状态，根据实际运行过程中非负荷来决定电机的输出功率，从而降低不必要的能源消耗。因此，换热站应当结合自身的设备情况，合理选择变频器，并在设备运行过程中合理采用科学的故障诊断和处理方法，从而提高变频器设备运行的稳定程度，充分发挥变频器在换热站日常作业中的重要作用，提升换热站设备运行的节能效率。