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案例頻道 一．引言
我國北方大部分地區(qū)冬季時間長，為滿足城鎮(zhèn)居民的取暖需求，供暖期一般都比較長，因此供暖行業(yè)是一個能源消耗和污染影響較大的行業(yè)。近些年，國家大力倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保，集中供熱在許多城市得到了普及和發(fā)展，它一方面給城鎮(zhèn)居民提供了可靠的熱源保障，同時在節(jié)約能源、減少大氣污染等方面也都具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
山西省沁源縣常住人口約4萬人，居民冬季取暖以燃煤為主，不僅浪費(fèi)了大量資源，還會造成了空氣污染。沁源縣政府從治理環(huán)境污染、改善居民生活出發(fā)，以沁新集團(tuán)下屬煤矸石電廠、余熱電廠為熱源廠，從汽輪機(jī)抽汽作為熱源，將發(fā)電后的蒸汽換成高溫水為縣城集中供熱。沁新集團(tuán)對新上的換熱站采用了變頻技術(shù)和自控技術(shù)，不僅提高了整個系統(tǒng)的自動控制水平，而且節(jié)能效益明顯。本文著重介紹SD700系列變頻器在換熱站中的應(yīng)用。
二.換熱站供暖系統(tǒng)的構(gòu)成
通常換熱站有幾套供暖換熱機(jī)組成。每套機(jī)組由換熱器、循環(huán)水泵、各種閥門及一、二次管網(wǎng)和一些測控儀表等組成。換熱站的作用是從汽輪機(jī)抽蒸汽作為熱源，將一次管網(wǎng)中的熱源通過換熱器使二次管網(wǎng)中的循環(huán)水制熱，再通過循環(huán)泵將二次管網(wǎng)中的高溫水送到十幾公里外的城鎮(zhèn)，供應(yīng)居民和單位取暖使用之后，低溫回水又被送回到換熱器再次進(jìn)行熱交換。如果循環(huán)水在循環(huán)過程中發(fā)生不足，補(bǔ)水泵將自動啟動，調(diào)節(jié)二次管網(wǎng)回水狀態(tài)，維持水循環(huán)系統(tǒng)的平衡。
本換熱站采用了3臺400KW的循環(huán)泵組成循環(huán)水系統(tǒng),2臺5.5KW的補(bǔ)水泵組成補(bǔ)水系統(tǒng)以及3臺37KW的凝結(jié)泵來輸送冷凝器產(chǎn)生的凝結(jié)水，所有這些水泵的控制，采用的都是西班牙PE電氣公司的低壓交流變頻器，每臺循環(huán)泵采用一臺SD700系列450KW，690V低壓變頻器控制，每臺補(bǔ)水泵采用一臺SD250系列5.5KW，380V變頻器控制，每臺凝結(jié)泵采用一臺SD450系列37KW，380V變頻器控制。在自動狀態(tài)時，通過DCS控制系統(tǒng)采集管網(wǎng)壓力和溫度等信號，按照供熱需求給變頻器發(fā)出4-20mA的控制指令，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和循環(huán)泵輸出流量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的；在手動狀態(tài)時，操作員可以通過現(xiàn)場控制箱上的按鈕進(jìn)行起/停、加/減速控制，人為調(diào)整循環(huán)泵的輸出流量，調(diào)節(jié)供暖溫度。
三.以循環(huán)泵為例，介紹SD700系列變頻器的性能與應(yīng)用
1）控制線路簡單靈活
有6路多功能數(shù)字信號輸入和1路電機(jī)PTC輸入。這些數(shù)字輸入可以依照預(yù)設(shè)的配置，進(jìn)行組合編程或者獨(dú)立編程，通過其中一路數(shù)字輸入可以切換DCS控制和手動控制功能。另外還有兩路的模擬量輸入，可以接收來自控制系統(tǒng)的控制信號和反饋信號，它們與數(shù)字輸入端子都帶有光電隔離功能。內(nèi)置的比較器功能可以對外部變量進(jìn)行比較，比較的結(jié)果能夠激活數(shù)字輸出或者直接控制變頻器的輸出，無須增加輸入輸出信號和增加外部配線。SD700變頻器的控制線路如下圖所示：
2）全面的諧波抑制
由于換熱站自控系統(tǒng)采用了大量的傳感器、變送器，及其他測控儀器儀表，而變頻器的總?cè)萘坑窒鄬^大，一般的大功率變頻器如果處理不當(dāng)，在運(yùn)行過程中將會產(chǎn)生大量的電磁干擾和對電網(wǎng)的諧波污染，嚴(yán)重時造成其他設(shè)備的誤動作，以及控制和測量上的誤差，因此，所使用的大功率變頻器必須滿足工業(yè)場合下EMC電磁兼容性的要求，將電磁干擾和諧波控制在一定范圍內(nèi)，確保整個系統(tǒng)的安全可靠的運(yùn)行。
PE公司的SD700系列變頻器采用了內(nèi)置的交流進(jìn)線電抗器，內(nèi)置的EMC濾波器，內(nèi)置的dv/dt輸出濾波器，全面有效地抑制了諧波和電磁干擾的影響，變頻器柜體采用帶絕緣的全金屬屏蔽層，完全符合EMC工業(yè)場合應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。下圖所示為本換熱站所選用的PE公司690V，450KW變頻器的內(nèi)部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：
3）泵類負(fù)載的效率優(yōu)化
換熱站循環(huán)水泵的電機(jī)容量一般是按照最大需求量考慮，設(shè)計時留有的余量很大，有時實(shí)際的負(fù)載往往比較輕，而傳統(tǒng)的變頻器在調(diào)速的過程中總是保持磁通量恒定，這樣在負(fù)荷比較低的時候，變頻器和電機(jī)的效率會很低。PE公司的SD700系列變頻器對這類應(yīng)用場合設(shè)有一個非常有效的功能，即磁通量優(yōu)化功能。在優(yōu)化模式下，當(dāng)?shù)拓?fù)荷運(yùn)行期間，磁通量等級將自適應(yīng)調(diào)整，這時電機(jī)噪聲和功率損耗都將會降低。
4）高起動轉(zhuǎn)矩
眾所周知，大功率的風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載具有靜態(tài)慣量大、起動轉(zhuǎn)矩要求高的特點(diǎn)，PE公司的SD700系列變頻器的最大起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的200％，有效地解決了大起動轉(zhuǎn)矩的問題，在V/F控制方式下實(shí)現(xiàn)即快又平穩(wěn)的起動過程。
5）維護(hù)快速簡單
換熱站的供暖關(guān)系到城鎮(zhèn)居民的生活，如何實(shí)現(xiàn)快速有效的維護(hù)工作是必須要考慮的問題。PE公司SD700系列變頻器全功率段采用的都是同一種控制板，電源板和IGBT驅(qū)動板；獨(dú)特的“同平面存取”的結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)快速簡單的維護(hù)與更換工作，加上PE公司SD700系列變頻器的三年質(zhì)保，完全可以實(shí)現(xiàn)維護(hù)簡單，穩(wěn)定可靠的運(yùn)行要求。
四．結(jié)束語
該換熱站投入運(yùn)行以來，從整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀況看，循環(huán)泵、補(bǔ)水泵，凝結(jié)泵按要求起停平穩(wěn)，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，實(shí)現(xiàn)了出水溫度的自動控制；各個測控儀表信號的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性好；運(yùn)行噪音低，基本實(shí)現(xiàn)了換熱站的無人值守，確保了沁源縣城鎮(zhèn)居民全年的供暖需求，取得了可觀的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
作者簡介
秦路平（1973 -） 男 現(xiàn)任職于西班牙PE電氣北京代表處，從事電氣自動化技術(shù)工作。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號