电气自动化在供热节能技术中的应用

2022-03-13肖强刚

今日自动化 2022年12期

肖强刚

（青岛东亿能源集团有限公司，山东青岛 266061）

目前中国北部地区的冬季采暖以集中供热为主，能耗高。如何进一步提升采暖技术，达到节能减排的目的，已成为各有关部门面临的重大课题。因此，提高供暖质量和效率，对我国城市供热行业的可持续发展有着重大的现实意义。节能减排在各个方面都得到了广泛的重视，将节能技术用于供暖是顺应时代发展的必然趋势，有关专家和学者在节能技术上投入的研究也越来越多，取得了一些成果；将其应用到实际生产中，不但能减少员工的劳动强度，而且能极大地提高供暖的质量和效率，实现对供暖系统的自我调控。

1 电气自动化节能技术作用

1.1 减少环境污染

电气自动化的环保性主要表现在节能方面，为了减少对环境的污染，要确保所有的资源和能量都得到最大程度的利用，从而达到环保的目的。

1.2 降低电能消耗

在电网中，无功是一个重要的组成部分，其存在会使电源装置的能量大量流失，从而使电能的消耗量增大，将会对电力系统的性能和工作产生一定的影响。同时，无功电力也会使电力使用者的电力消耗增加。但如果采用了无功补偿装置，则可以维持电力系统的功率均衡，提高系统的功率因数，使系统的电压稳定，同时又能达到节能降耗的目的。此外，通过增加滤波器等装置，可以减少电网的谐波危害，使电网正常工作，这样既能保障使用者在使用电力时的安全，又能减少运输过程中的电力损失。滤波器由于其自身的特点，是当前降低谐波所造成的伤害的最佳途径。

1.3 减少企业生产成本输出

要想减少企业生产成本输出，就必须实现高效的电力系统运转。对于企业而言，要想实现高效的电力系统运转，就必须有坚实的电气自动化节能技术作为支撑。这样不但可以极大地提高生产效率，而且可以减少能源消耗，降低成本，实现最大的经济利益。因此，开展电力自动化节能技术的研究具有重要的现实意义和可持续发展的需求。

2 供热管网中出现的问题

2.1 水力平衡失调

只有在管网水力平衡的情况下，才能保证供暖系统的稳定和供暖的均衡。目前一些系统的工作压力达不到正常的工作要求，造成了热网供热失衡：设计值未考虑到后期发展的规划，导致设计值偏小；管径设计不合理，或由于管网阻塞，造成了较大的阻力损耗，超过了装置提供的压力，热网失水严重。系统补水量不足，无法保持必要的水压，由于缺乏科学、合理的控制手段，采用低温差、大流量的供暖方式，造成了较大的阻力损耗，而系统的压力不足。

2.2 热源问题和设备问题

由于供暖设备老化，供暖有一定的缺点。热源、热网、换热站等技术上的问题比较突出，设备选择上的不合理，导致了资源的浪费。供暖品质差，供暖用户存在着冷、热不均匀的情况。许多供暖单位对低温用户的处理方式有误，造成了更多的能源浪费。

3 电气自动化在供热节能技术中的应用

3.1 楼宇分时段供热调控技术

随着居民对供热品质要求的不断提高，供热企业对用户的优质服务提出了更高的要求，而楼宇分时段调控系统就是供热公司精细化服务的重要环节，对于整体调控用热时间段比较集中且用热时间分段比较明显的楼栋，效果非常好。在小区内设置了专门的分批控制系统，既可以实现对整个建筑的控制和管理，又可以极大地降低不必要的能耗。该建筑分阶段控制系统由监控中心、集中控制箱、电磁控制阀、温度传感器四大模块构成。在建筑分时控制系统的实际安装中，需要在每一幢建筑中都设置一个RS485接口的热能计和电磁阀。监控系统中的监控屏幕和操作台可以预先设定每个建筑的运行方式，并在以后的建筑分阶段监控系统运行期间，由建筑内部的监控设备采集到相应的热量。然后，系统会根据预先设定的数据，将其与预先设定的数据进行比对，当实际的数据与设定的数据不相符时，再通过电磁调节阀进行调整，将所有的数据与预先设定的运行参数保持一致。在建筑分阶段调节系统中，采用无线通信技术，控制器可以将采集到的数据上传至监测中心，实现中继站与供热用户的热网数据的自动监测，以及实现对热网络的远程监控与控制。

3.2 气候补偿供热技术

气候补偿技术的核心装置为气候补偿装置，利用气候补偿装置，对供暖系统内的水进行气候补偿。一般将气候补偿装置置于热能转发器或房间室内，由供暖使用者预先设定供暖温度，并可依个人需求设定不同的供暖时间。当室内温度因室内气温的改变而改变时，气候补偿装置会根据预设的温度曲线来调整采暖系统的水温。另外，在安装房间中设置的温度传感器能够及时地检测到室内的温度，并通过调整水温来实现对室温的补偿。

3.3 分层管控供热管网

热量的第三级网络是安装于供热中继站的PLC，通过使用门卡和路由器实现PLC 与上层监视网络的联接。各监测子站彼此独立，各监测子站的工作不会受到其他子站的干扰，而且，各监测子站可以相互存取。综上所述，供暖监控中心网是三网合一的体系结构，属于生产网与管理网双重接入，所有的数据都可以通过网络进行查询。在该系统中，两块网络卡被安装在服务器上，一块用于连接数据库，一块用于发送运行命令。

供热控制系统的二级管理核心是集中供暖控制系统下面的一个监测子系统，每个监测子系统承担着一个固定区域的供暖和中继站的实际工作。监测分站的作用是对现场进行控制、管理、调节各种作业。通过监测分站的这个功能，可以对供暖控制中心进行补偿，从而弥补了中央供暖系统不能对其进行直接控制的遗憾。从这一点上来说，监控分站起到了关键的作用。因为供暖控制中心必须要经过监测点的转发，才能将热量分配给供暖中继站。在现有网络基础上，监测站点与网络交换中心、热电厂、供热调度中心、监测中心之间的实时通信联系，保证了网络整体的安全。此外，采用无线通信技术可以远程获取用户的温度参数，极大地方便了使用者。同时，该系统还具有强大的管理能力，能够存储、分析、管理数据，并能自动绘制出温度曲线，自动产生水压和管网图形，并能自动生成报表；此外，它还具备预警功能，可以合理地配置管理权限。

中央供暖控制中心是一级管理，每个独立的监控站收集到的数据，都可以通过控制中心查看。也就是说，相关的供热管网工作人员可以对整个管网进行动态监测。通过各监测分站，可以对供暖系统的全部信息进行收集。同时，通过计算机系统，可以有效地将监测分站间的信息传输，对各个供暖数据进行实时处理，并能满足用户的需要；实现了供暖系统的按需分配。

3.4 换热站的自控系统

在供暖系统中，供暖用水必须先经过换热器进行换热，然后再向供暖用户传送热量。因此，对换热器的稳定运行和节能具有十分重要的意义。在供热管网中采用自控控制技术，既保证了供暖的质量，又降低了对电能、水、热的消耗，实现了供暖系统的经济性。换热器的功能是将二次网与供暖一次网进行热量交换，再由二次网向供暖用户输送热量，换热站自控系统的组成部分主要包括人机接口触屏、通信接口、现场电器、仪表及PLC 控制系统四部分。实际运行过程中，换热站的自控系统需对以下供热参数进行采集：一次网和二次网的供水温度与压力、一次网和二次网的回水温度与压力、补水泵和循环水泵的运行状态与对其频率的控制反馈、一次网供水流量调节阀门的开启程度等。在自动控制系统的实际操作中，上述的流量、压力、温度等各项供热参数都是通过供暖现场的传感器进行的，然后由变频器将这些电信号传输到PLC 控制系统中，从而实现对水泵的调速和起停的调节。该触摸屏不仅能实时显示供暖系统的各种运行参数和运行状况，还能向用户发布现场的操作指示。进行供热调控的一个重要理论依据是：采暖设备的散热量、采暖系统的总热量、采暖系统的总热、采暖用户的总热负荷。通过对室内环境温度变化的分析，得出室外气温是影响采暖用户热负荷的重要因素，因此，室外气温变化对空调系统的影响是很大的，确保了自动控制系统工作的平衡性。自动控制系统的控制方法主要有：分步改变流量和调整供水温度。在使用循环泵时，有两种操作模式：①定压差调整，即采用变频调速装置来控制循环泵的速度，以保证二级网入口端的主管压差不变；②分阶段调节流量，按地区气象条件的变化，将供热期按季节划分为初期、中期、严寒期，并采用相应的运行模式。采用主网流量控制阀门与循环泵协同供暖。

3.5 水力平衡技术

常用的调节管网的水力平衡方法有温差法、比例法、CCR 法、综合调整法等。比例法的调整原则是：两条平行管道的水流在一定的比例下，在一定的范围内，两条管道的流量比不变，这表明，供热管网在水力平衡的情况下，采用这种调节方式进行时，协调能力不强，对操作人员的要求也很高，需同时使用两个相同的流量计。CCR 调节的基本原理是：先对被测管网各管段的阻力值进行测量，再由各分支的流量求出各调节阀的开度，再根据计算结果调整调节阀至计算开度，使系统满足设计的分配流量。采用这种方法，前期投资大，要求出各个管段的实际阻力值，困难，但总体成本低，有很好的推广价值。

3.6 热计量技术

随着建筑节能与供暖系统节能的深入，热量测量与温度控制成为目前国内外的一个热门课题。目前我国的供暖计量方法有：热量分配计法、户用热量表法、流量温度法、通断时间面积法和温度面积法等。

实行计量供热收费是为了节约能源，其前提是供热系统的节能。分户计量供暖后，供暖系统需要变流量系统。现有供暖系统的主管网需要改造为变流量系统。热电厂首站循环泵应改造为变频泵。火力发电站循环泵应配备变频装置。供热管网需要配备差压控制阀，以确保压力平衡。温度控制阀应安装在室内散热器的前面。只有这样才能实现供暖系统的节能。否则，即使个别住宅小区或建筑采用计量供暖，并且热站和热网没有有效的控制设施，热量最终也会被不采用计量供暖的住宅小区或建筑物消耗。因此，只有在供热系统中节约能源，供热企业才能降低能耗，提高经济效益，用户才能从计量供热中受益。

4 电气自动化节能技术的应用意义

随着我国经济的快速发展，人们的生活质量和用电量都有了很大的提高。无论是在日常生活中，还是在企业生产中，都离不开电能支持。特别是电力产品的发展和使用，使电力的需求量越来越大。然而，目前国内的电力资源已不能满足人们的生活、生产需求。为了避免电力系统中的输电、供电出现瘫痪，电力供给的问题就显得尤为重要。针对这种状况，有关部门应采取有效的措施，减少电气自动化装置的能耗，应充分关注节能电气自动化装置的研制与开发，同时加强对节能技术的投资与研发；积极开发节能装置以降低能源消耗。可以用这些方法来解决电力短缺的问题。因此，在新的历史时期，开发和推广电气自动化节能技术具有十分重要的现实意义。