采暖系统中的电气自动化控制

采暖系统中的电气自动化控制

刘亚辉 1 杨伊童 1 夏五华 2

1. 三元食品股份有限公司能源中心 2. 首钢技师学院

【摘要】: 2016年工业园对科技楼采暖系统进行升级改造。原有采暖系统中的敞开式高位自动补水系统，已无法满足正常采暖系统的工作需要，为此我们决定对敞开式高位自动补水系统改造。

【关键词】: 补水箱自动控制 变频调速器

1、隔膜式密闭压力膨胀水箱的电气控制

隔膜式密闭压力膨胀水箱，外部为密闭的金属压力容器，内为充气（氮气）的丁晴橡胶胶囊，具有良好的屈挠性和耐温老化性，补水罐的底部进水处加装压力传感器，控制自动补水和高压排泄，补水箱和软水箱之间加装泄压电磁阀，一但回水系统超压，电磁阀开起泄压，保证采暖系统的正常运行。

当采暖系统运行过程中，由于水温的变化及管网渗漏等原因，将会引起系统水容量和压力（回水）的变化，并直接影响密闭式膨胀水箱的水容量，通过控制密闭式膨胀水箱的水容量，就能控制膨胀水箱的压力，也就是系统的回水压力，因此控制密闭式膨胀水箱水压的变化，就能够控制整个系统的压力，使之保持在安全范围内运行。

我们在回水系统中设置4个水压控制点，（密闭膨胀水箱内压力与之相同）由电接点式压力表控制，压力控制点如下所示。

P1 ：低水压报警压力 2.3kg

当低于此压力时发出报警信号，系统为非正常运行（采暖高度为22米换算为2.2kg压力）。

P2 ：补水泵起泵压力2.4kg

当回水压力低于此压力时，补水泵自动开起，补水泵对系统进行补水。

P3： 补水泵停泵压力2.6kg

当回水系统中的压力高于此压力时，补水泵自动停止补水。

P4 ：高压报警.泄压压力2.8kg。

当水压高于此压力时，（系统为过压故障运行，可能导致设备的损坏）迅速开起泄压电磁阀，同时报警。

当采暖系统开始供热时，系统内的水受热膨胀。膨胀的水量可以通过密闭式水箱在P2和P3之间进行调节，当密闭式膨胀水箱的压力升至P4时，压力传感器将信号传入控制系统，发出报警信号，同时泄压电磁阀迅速开起，将膨胀水箱内多余的水量排泄到软化水箱中，此时罐内的压力会逐渐下降，当水压降至P4值以下时电磁阀自动关闭，报警信号消失。

当正常运行时，由于水温的变化或采暖管网的渗漏造成系统的亏水，回水压力会逐渐下降，当压力降至P2值以下时，压力传感器将信号传入控制系统，控制系统起动补水泵自动补水，当系统中回水压力升至P3值时，压力传感器将信号传入控制系统，控制水泵停止补水，如此循环往复，确保采暖供热系统在一定压力下安全运行。

2、 恒压采暖循环泵的电气改造

1）原设计为2台15kW的循环加压泵，一用.一备，起动方式为直接起动，故起动电流较大，对电网冲击较大，为了改善电网的供电质量，也为降低改造成本（如换成较小水泵原水泵将被闲置，并且不易控制到所需要的压力设置值），于是我们只选用一台变频调速器，但是，必须加以电气控制，使1号泵或2号泵只能经变频调速器调速后，单独运行。

2）运行方式分为两种方式，每种方式分为1泵或2泵单独运行

一种方式为直接起动，（原运行方式不变）另一种为经过变频调速器变频恒压运行，为了使该系统中的循环泵经变频后安全正常运行，我们在原有的电气回路中，增加了2个交流接触器，（km3）和(km4)分别控制和切换1号泵或2泵经变频器调速后，单独运行，同时我们在(km3)和(km4)之间，加装电气互锁装置，还在原运行方式和变频调速运行方式之间，加装互锁装置，如果1号泵km3变频调速运行时，2泵km4不能工作，原1泵km1，原2泵km2，也不能工作，如果2泵km4变频调速运行时，1号泵km3不能工作，原1泵km1，原2泵km2，也不能工作，为了防止因调速器故障（只加装1台调速器），造成停止供暖现象，在紧急情况下，还能切换成原直接起动方式，继续供暖，在原直接起动方式下，变频调速器不能工作。通过以上的电气改造，增大了采暖系统的供暖可靠性连续性。

3)原循环泵功率为15kW ,我们选择了15kW富士FRN15P11S-4CX变频调速器，压力传感器为TKGFIDM量程0－1Mpa，用于控制循环泵的转速以达到恒压的目的，变频调速器的主回路，控制回路FWD和CM用于调速器的启动，13号端子提供（+DC10v）电压。C1端子则提供4—20mA电流信号输入，用于自动控制变频调速器的频率改变。

4）变频调速器的主要技术参数设定

F00（数据保护）：设定值0 可以改变数据。

F01（频率设定1）设定值0 键盘面板（Λ V ）键设定。 F02（运行操做）：设定值1 有外部端子（FWD）输入正向运行 命令。

F03（最高频率）设定值 50Hz。

F04（基本频率）设定值50Hz 输出额定电压是输出的频率。

F05（额定电压）设定值380V 电动机的额定电压。

F06（最高输出电压）设定值 380V。

F07（加速时间）设定值15秒。

F08（减速时间）设定值10秒。

F09（转矩提升）设定值0.9 风机和水泵负载用的转矩特性。

F10（电子热继电器）设定值1 动作。

F11（电子热继电器）设定值37.5A 电机的额定电流。

F12（电子热继电器1热常数t1）设定值5Min 150% 电流连续过流时，电子热继电器动作时间。

F13（电子热继电器1制动电阻用）设定值0 不动作。

F14（瞬时停电再起动）设定值5 检出欠电压后，保护功能不动作，停止输出，电压恢复后，按起动频率再次起动。

F15（上限频率）设定值50Hz 变频器输出的上限值。

F16（下限频率）设定值25Hz 变频器输出的下限值，频率过低时可能导致因冷却不良，电机过热。

F17（设定增益）设定值100％。

F18（频率偏置）设定值 0Hz。

E40（显示系数A）定值10.00 作为PID调节器的反馈量，设定显示数据的最大值，即压力传感器的最大量程。

E41（显示系数B）设定值 0 作为PID的调节反馈量，设定显示数据的最小值，即压力传感器的最小量程。

E42(显示滤波)设定值 1秒 消除数据变化的瞬间有些不必要的显示数据。

P01（极数）设定值 4 使LED能正确的显示电机的转速。

H20（PID模式）设定值1 正动作PID输出100%时，变频器输出的最高频率，用键盘面板（Λ V）健设定。

H21（反馈选择）设定值1 控制端C1正动作时，电流（4－20mA）相对应反馈量为（0－100％）。

H22（PID控制P增益）设定值1.5 P大时反应速度快，过大时将会产生振幅。

H23（PID控制I－积分时间）设定值2.0秒 决定动作效果的大小，积分时间大时反应迟缓，过小时将产生振幅。

H24（PID控制D－微分时间）设定值0.5秒 使发生偏差时P动作引起的振幅很快的衰减，但过大时反而引起振幅。

H25(反馈滤波) 设定值 1秒 增加PID控制系统的稳定性，过大时反应较差。

5) 变频器的调试

首先应认真检查所有改造后的电气回路接线是否正确，调速器的各种技术参数设定是否正确，确认无误后起动变频调速器运行，观察各种运行数据是否正确，尤其是PID控制压力值，是否与实际相符，如压力振幅过大，将减小（p增益）或增大（I积分时间）或减小（D微分时间）直至取得良好的恒压效果。

6）循环水泵变频运行的良好效果

由于采用了变频调速，改变了以往直接起动对电网的冲击，也减少了水泵机械部分的磨损，提高了机械设备的使用寿命，由于加装了压力传感器，自动控制变频调速器的频率，使采暖系统中的出口水压恒定为6kg，减少了整个采暖管网的故障率，增大了采暖系统的供热可靠性。

三 结束语

通过两个采暖季的运行，改造后的采暖系统运行良好，基本上满足了我公司采暖的需求。密闭式膨胀水箱从根本上消除了，原高位水箱因种种原因造成的水箱溢水，浪费能源的严重情况，为本单位节约了宝贵的水资源，还由于加装了变频器进行恒压控制，减少了因管网破损的维修费用和循环泵的维修费用，同时也降低了循环泵的功率，据测算水泵平均功率下降4KW，一个采暖季以120天计算，两个采暖季共节约了23040KW/h电能。

结束语:

以上是对采暖系统设备改造的一些粗浅看法，可能还有一些不完善的地方，一定会认真学习更多的电气知识，努力工作，希望老师多提宝贵意见。

【参考文献】 [1] 尹绍武，安洪珍，王捷.实用电工技术[M].内蒙古人民出版社，2009.6.

[2] 秦增煌.电工学[M].高等教育出版社(第五版)，2005.12.

[3] 陈龙.三相异步电动机控制线路安装调试及故障分析[M].黑龙江科技信息，2010.5.

[4] 于福鸿.电机运行与维护[M].吉林科技出版社，1996.10.