变频调速技术在供暖系统中的应用

王保涛

（中国石油集团渤海石油装备制造有限公司第一机械厂，河北沧州 062650）

0 引言

变频调速技术主要是利用电子自动控制和电机运行的高新技术，具有高效的调速性能，节能效果显著，可适用于各行各业。变频调速技术是电气传动重要的发展方向，能够提高产品质量和企业经济效益。

供暖系统的控制程序较为复杂，传统控制系统在运行过程中不能较好控制设备。当锅炉效率变化时，电能基本不会出现任何变化，导致大量电能浪费。利用变频调速技术可以有效控制电能消耗，提高供暖效率，节省电能。

1 传统供暖系统存在的问题

供暖系统在实际运行中，经常出现供热不均匀的现象，主要原因是传统的供热系统已经无法满足各行各业对温度的需求。

目前，我国供暖系统是对低温介质进行加热，将低温介质变为高温介质。通常情况下采用高温水以及蒸汽的形式，然后利用管道将高温介质输送至各用户，利用散热设备释放热量，达到取暖目的。高温介质在输送过程中又变成低温介质，再通过管道返回至加热源，介质重复使用，达到室内温度需求。

传统供暖系统使用寿命短，故障率较高，温度调节能力较低。随着科学技术不断发展，将变频调速技术应用到供暖系统，可以有效提高供暖系统的稳定性和安全性。变频调速技术可操作性较高，维护程序较简单，可以有效提高供暖系统的实用性。

2 变频调速装置的应用选择

（1）使用智能化和网络化的科技技术已经成为发展趋势。由于现有供暖系统流量调节方式已经无法满足当前需求，需要及时更新变频设备。传统的流量调节利用关闭阀门等方式，虽然能够确保所需基本温度，但是在使用过程中浪费大量燃料。

（2）原有供暖系统在选择机型上不合理，或者供暖系统原有供热面积出现变化，导致水泵运作压力和流量超过设定工况，引起水泵电机超负荷运行，加快对电能的消耗。

总体讲，当工业生产以及人们日常生活的温度需求下降时，水泵调节阀门会出现变化。受温度影响，在实际应用过程中水泵和管路特性曲线经常出现差异性，若不能及时处理水泵调节阀门就会出现变化，从而引起电机故障，增加维修成本或导致水泵电机损坏。为确保水泵电机正常运行，目前采用阀门节流方式：对温度需求下降时关闭部分阀门；对温度需求上升时开启部分阀门。该方式主要有两个不足：一是有部分能源会作用于阀门关闭上，不够节能；二是对阀门的控制不科学、不合理。

当选择水泵大流量状态时，会加剧水泵电能消耗，如果没有采取相应节流措施，会严重影响供暖系统的经济性。如果采用阀门节流方式，也会造成阀门部位的能源浪费。如果阀门一直处于工作状态，会严重影响阀门的应力疲劳，导致阀门过早损坏，严重影响水泵正常运行，甚至导致水泵损坏。

（3）在建设供暖系统过程中，如果供暖面积加大，水泵流量也会随之增加。如果一期造成水泵超负荷运行，那么在二期完成之后就必须更换水泵。从一期到二期这段时间内会浪费很多能量，影响供暖系统正常运行。

3 变频器在补水系统中的应用

3.1 原有补水系统存在的问题

补水系统在供暖系统中起到自动补水、补压的作用，是非常重要的一个环节。供暖系统长期工作会受到很多因素影响，造成管线老化、腐蚀等，失水时如果补水系统不能够及时启动，就会造成因压力过低供暖系统停止运行。另外，补水装置的电压系统由电接点压力表进行控制，补水系统压力值在电接点压力表最高值和最小值的范围内进行不断切换，造成供暖系统压力不能稳定运行，导致运输管道薄弱环节出现爆管，增加资金投入和维护成本。可见，补水系统可以直接决定供暖系统的质量、成本以及维护投入。

3.2 采用变频器补水系统的优点

（1）采用变频器可以有效避免补水泵的频繁启动，减少管网压力忽高忽低的现象。

（2）利用变频器调速可以确保供暖系统压力稳定，减小系统中各类设备所受到的冲击力，降低设备泄漏的发生率和管道的爆管概率。

（3）采用变频器调速可以实现节能。与传统的水泵调速相比，由于补水泵启动较为频繁，不仅会影响补水泵的使用时间，而且还会消耗更多电能。补水泵启动时，电机启动电流要高于额定电流，从而增加补水泵的电能消耗。采用变频器调速可以实现零电耗启动，能够有效减少补水泵的启动频率，实现节能降耗。

4 锅炉风机的变频调速技术应用

（1）鼓风机在一定转速和介质密度下，可以确定风压功率与风量之间的关系。供暖系统中烟道、风道的特性是指所受到的阻力与风量之间的关系。这说明，当风量增加时，烟道、风道中的阻力也会加大，必须采取合理措施平衡处理。利用变频调速技术可以有效控制用煤量和风量之间的比例，根据烟气中的含氧量确定锅炉的送风量，合理控制锅炉燃烧，提高锅炉经济效益。

（2）变频器调速可以有效控制炉内的工作压力。在调节过程中，需要以鼓风量作为校对标准，因此变频器调速能够对引风机的转速进行调节，实现节能降耗。当鼓风机和引风机依靠变频器进行调速时，利用风量系数对电机转速进行调节。如果锅炉所需风量减小，则电机的转速就会有所降低，达到节电效果。

5 供暖系统变频调速的优点

（1）工作效率较高。变频调速可以有效调节电机频率，确保电机根据频率同步运行。在确保电机转速情况下，不会增加电能消耗，因此变频器调速在供暖系统中的应用较为广泛。

（2）工作范围较大。变频器调速范围在1%～100%，拥有较高调速效率，能够有效解决供暖系统中设备的超负荷运行问题。

（3）变频器启动电流较小。设备在变频调速运行时，启动电流较小，能够有效确保设备启动安全，延长设备运行时间。

（4）应用方便。利用变频器调速可以实现对电机的调速改造。

6 变频调速技术的特点

（1）过电压保护。变频器调速能够自动控制输出电压，当输出电压超过平常电压时，能够自动控制设备运行，确保供暖设备不会受到过电压冲击。实现对供暖设备的保护作用，有效节能。

（2）欠电压保护。当设备运行电压低于正常电压时，变频器能够自动控制设备运行，实现对设备保护。

（3）过电流保护。当设备运行电流超过额定电流时，变频器能够自动控制设备运行，确保设备安全。

（4）缺相保护。变频器在运行过程中可以自动检测输出电压，当检测出输出电压缺相时，变频器发出警报，及时停止设备运行，确保设备安全。

（5）负荷保护。变频器能够自动监测设备运行电流，当设备超负荷运行时变频器能够自动控制设备运行状态，保护设备。

（6）接地保护。在安装变频器过程中设置专门的接地保护电路，主要由接地保护互感器和继电器构成。当电流线路发生接地时，会触发变频器自动报警系统，确保设备正常运行。