【摘要】利用变频技术和自控技术对部分换热站供暖换热系统进行改造，新装换热站融入其技术，达到节能降耗改善系统性能，调节热负荷的目的。 一、引言
由于能源的紧张和科学技术的不断进步，企业能源消耗的科学管理是衡量企业是否管理科学的一个明显标志，特别是我们热力行业这样的耗能大户，能源消耗的科学管理，节约能源，已是当前必须解决的问题。动力公司是秦皇岛经济技术开发区供暖服务单位，供暖面积逐年递增，换热站由过去的十几座发展到现在四五十座，并还在增加。原来十几座换热站供暖设备采用的是传统工频启动及运行（一种速度下运行），这种系统不仅对电网冲击大、影响机械设备的寿命，且不能调节循环水量，耗能也大。新上换热站供暖设备又如何节能？值得考虑。鉴于这种情况，公司领导班子研究决定，狠抓能耗管理，投入资金对老设备搞技改，对新上换热站融入变频技术和自控技术。使用之后，节能效果明显改善。
二、换热站供暖系统的构成及工作原理
通常换热站有一套或几套供暖换热机组。每套机组由换热器、循环水泵、除污器、各种阀门、一、二次管网及一些热工仪表组成。
换热机组通过循环泵将二次管网回水送到换热器和一次管网循环水进行热交换，再送到用户端采暖。采暖回水又通过循环泵送到换热器再进行热交换。如此循环下去。如果循环水在循环过程中发生泄漏，补水系统自动启动，自动跟踪二次回水管的压力变化而变化，最后维持系统平衡。
可以看出，供暖换热系统的工作过程是一个不断的进行热交换的能量传递过程。在这里，循环水系统是能量的主要传递媒介。
三、原有换热站供暖换热电气设备变频节能改造原理
原系统就是通过电机带动定量循环泵来提供循环水的动力。电机直接接市电一直以工频运行，循环泵输出流量也就无法随着供暖负荷的变化而变化，而是始终保持恒定的流量。当需要调节供暖负荷而调节流量时，通常采用开大阀门或关小阀门来人为调节，由于温度是个滞后参数，调节周期长，且难于调好。况且在阀门上产生了附加损失，浪费了大量能源。
对循环水系统进行变频的改造正是基于以上原因。改造后的系统，能够根据室外温度传感器，加上PLC控制器处理，通过变频器适时适量地控制循环泵电机的转速来调节循环泵的输出流量，满足供暖负荷要求。这就使电机在整个负荷和变化过程当中的能量消耗降到最小程度。再有，应用变频器还能提高系统的功率因数，减少电机的无功损耗，并提高供电效率和供电质量。综上所述，不难看出，对原供暖换热系统进行变频节能改造能够带来巨大的节能效果。
四、原有换热站供暖换热电气设备变频节能改造方案
对原系统进行变频改造时，为确保安全可靠性，对原系统电控设备尽量不作变动。另外，保留循环泵电机运行回路，增加控制电路，保证用户可以方便地进行工频和变频运行的切换。
变频器采用ABBACS-400系列，此类变频器有其独特的节能降耗、变频调速、可编程多操作模式、保护功能完善等特点。
特别在供水、供风方面的应用最经济、最有特色。
该系统有手动和自动两种变频功能和一种工频功能。因为换热站是用户的能源中心，所以工作模式多，安全系数大。在变频模式下，手动时，可以人为随意给定频率，控制循环泵的输出流量，调节供暖温度。自动时，变频器和PLC控制器进行通讯，PLC控制器根据室外温度传感器和二次供回水温度传感器传上来的信号进行处理，按照供热要求给变频器发出控制指令，控制电机转速调节循环泵输出流量，从而达到调节温度的目的。在变频器出故障时，可手动切换到工频运行，保证继续供热不停产。
对于补水系统，采用自励补水和变频器补水相结合。平时，自励调节阀投入，若系统失水低于二次回水管网设定点压力时，自励调节阀自动调节，进行失水补充。又若自励调节阀故障，或水源不足，补水变频器自动启动，自动跟踪二次回水管网压力。补水变频器使用的是闭环系统，采用的是PID调节，传感器是压力传感器，安装于二次回水管网中。这是比较常用的方案，不再陈述。
新上换热站的电气设备直接用改造旧设备的电路制作，成品进入系统。
五、原换热站变频节能改造实例
碧水园换热站地板机组，循环泵采用两台18.5kW电机拖动。改造前，两台泵都是采用工频运行。因为地板采暖二次供水温度不宜过高，通常小于65℃，所以，总是采用开大或关小阀门的办法来调节温度。调节周期长，效果不显著。改造后，变频调节电机转速来改变循环泵的流量，既节能有调温，效果很好。通过大量时间的观察和记录，变频器大部分工作在35～45Hz之间。下面是此机组改造前后耗能情况对照表。
六、供暖换热系统的变频改造节能分析
循环水泵是传递流体的装置，这类负载消耗的能量与流量的立方成正比，根据能量消耗与转速的关系式：Q＝K1n；H＝K2n2；
P＝Q×H＝K1n×K2n2＝K3n3。式中，K1、K2、K3为常数，n为电机的转速。又，三相交流异步感应电机n＝120×f×(1-s)/p，式中f为供电频率，s为滑差率，p为电机极数。电机一旦选定后，s、p基本确定，则n可近似为n＝K0f，即与供电频率成线性正比例关系。当频率为50Hz时，n＝K0×50转／分；功率P1＝K3（K0×50）3＝K×503；当频率为40Hz时，n＝K0×40转／分，功率P2＝K3（K0×40）3＝K×403。P2／P1％＝K×403／K×503％＝51％，由此可见，当电源频率从50Hz降为40Hz时，就可以节电达49％。
七、结语
换热站供暖换热系统采用变频器技术和自控技术，可实现电动机的软起动，启动平滑无冲击。这样一方面可以减少启动时对电机和电网的冲击，既保护了电动机，延长其使用寿命；另一方面调速变流量，达到了调节温度的目的；更重要的是节约了能源。和工频运行相比可节能40～50％。
