变频器在供热工程中的应用

2011-04-13张茂刚太原热力设计院有限公司山西太原030012

科技传播 2011年4期

张茂刚太原热力设计院（有限公司），山西太原 030012

0 引言

中国是一个高速发展中的发展中国家，独特的国家状况要求我们国家的城市化率保持在一个较高的水平上，同时，在较快的实行城市化的同时不能造成环境的污染，并且在城市中大力推行节能技术，在这种大背景下，中国北方地区的冬季采暖问题上大力推广集中供热的技术。

集中供热通常是指热源厂（发电厂或大型锅炉房）通过城市高温供热管道将热水送至各居民小区，企业中的换热站，在换热站内，高温管道（以下简称一次网）中的热水与供热用户室内暖气片的热水管（以下简称二次网）通过换热器交换热量，经过换热后，二次网中热水流入各热用户。

热源厂、换热站的锅炉鼓、引风机，补水泵、循环水泵往往是耗能大户，如果采用直接启动或普通软启动器启动，由于不能调速运行，所以往往需要用阀门进行节流控制，造成了能源浪费。如果采用变频调速的方法，虽然初期采购成本高一些，但是由于变频调速的节能特点，在当今全世界范围内能源紧缺的形势下，变频器具有很好的推广价值。

目前变频器的品牌较多，有国产的，也有进口的。所以，选好变频器、用好变频器就成为了关键。本文就针对供热行业的特点，对变频器的一般选型、调试、使用维护方法进行介绍。并针对一些误区进行解释。

1 变频器的选型方法

选择变频器时必须要充分了解变频器所驱动的负载特性。生产机械分为3种类型∶ 恒转矩负载、恒功率负载、风机水泵负载。集中供热行业大部分负载属于风机水泵负载，例如锅炉送，引风机、循环水泵，换热站循环水泵等。在各种风机、水泵、油泵中，随叶轮的转动，空气或液体在介质一定的速度范围内所产生的阻力大致与速度平方成正比。随着转速的减小，转矩按转速的平方减小。这种负载所需的功率与速度的三次方成正比。

当所需风量、流量变化时，利用变频器通过调速的方式来调节风量、流量，可以大幅度地节约电能。由于高速时所需功率随转速增长过快，与速度的三次方成正比，所以通常不应使风机、泵类负载在工频以下运行。

电动机在拖动这类负载时，温升能够达到稳定温升，该稳定温升是与负载转矩对应的稳定温升。

这类负载在选择变频器时，应以实际电机电流值作为变频器选择的依据，电机的额定功率只能作为参考。另外，应充分考虑变频器的输出含有丰富的高次谐波，会使电动机的功率因数和效率变坏。因此用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比较，电动机的电流会增加10% 而温升会增加20% 左右。所以在选择电动机和变频器时，应考虑到这种情况，适当留有余量，以防止温升过高，影响电动机的使用寿命。

此外，还须注意以下几点：

1）变频器若要长电缆运行时，此时应该采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不够。所以变频器应放大一、两档选择或在变频器的输出端安装输出电抗器。

2）选择变频器时，一定要注意其防护等级是否与现场的情况相匹配。否则现场的灰尘、水会影响变频器的长久运行。

3）关于进线电抗器的选择，一般厂家介绍电抗器的选择标准时，往往要求计算系统的短路容量，实际上经常因为缺少参数而导致这个值无法计算.所以，一般情况下还是加上进线电抗器较为妥当，一来对变频器是个保护，二来也可以减小谐波对周围设备的影响。变频器生产厂家一般都同时生产变频器装置和变频器柜机，如果选用柜机产品，一定要根据实际需要选择好需要的附件，例如操作面板、电抗器，甚至接线端子排等都是作为附件或选件供货，如果不提前约定选好，供货以后再增加就困难了。如果选用变频器装置，就要和成套商约定成柜的标准，包括进线开关、接触器、控制按钮、指示灯等的品牌，还要按照变频器特点选择电抗器、操作面板等。

2 变频器的调试

在风机水泵的变频器应用中，一般功能不太复杂，所以调试也简单。现在变频器生产厂家较多，品牌也较多，但是调试步骤都大同小异，只是叫法不太一样。一般来说，新变频进行调试应该包括几个步骤。

首先，拿到变频器后应该先进行工厂复位操作，将参数复位到出厂缺省设置，做到心里有底，以防万一有人动过参数，避免不必要的失误。

其次，为了使变频器参数适应所对应的电动机，应该按照产品说明书的步骤对电机进行参数设置和电动机辨识。参数设置是将电机铭牌数据输入变频器；电动机辨识需要启动变频器，由变频器进行电动机的参数计算和测量。如果用到矢量控制，还需要进行调节器的自动优化。需要注意的是，辨识是需要将电机同风机、水泵等负载脱开的。

做完上述工作后，就需要对其进行功能设置，例如启停控制、调速给定以及反馈信号的设置等等。将上述工作一一做好，就可以投入运行了。

3 变频器的使用维护注意事项

集中供热行业的特点非常明显，通常每年停机检修时间较长。为了安全稳定运行，保证可靠供暖，变频器的使用维护方面需要多加注意。

首先，变频器的安装位置切记要远离有可能出现淋水的地方。例如，不要把变频器安装在水管的下面，因为水管的表面有可能结露。禁止把变频器安装在湿度过大和有可能出现结露的地方。

如果变频器的存放时间超过2 年后进行安装，您必须对其中的电容器重新进行处理。

在每年投运之前，一定要检查变频器是否具备送电条件，尤其防止经过夏天停运造成的潮湿。还要留意鼠患，查看电缆等部位是否有老鼠咬过。

在检修时，可以按照下述步骤进行：

1）环境状况：环境温度，湿度，腐蚀性气体，油雾，导电粉尘等；

2）主回路电压，控制回路电压是否正常；

3）主回路接线端子接触是否良好，由无松动，过热迹象；

4）主回路接线端子与接地端子间电阻；

5）柜内母排有无移位现象，是否有异物，线路表皮有无破损，裂缝，劣化，变色等；

6）端子排有无脱落，损伤，修饰；

7）电容器组有无漏液，破损，膨胀，安全阀是否突出；

8）整流与逆变模块有无短路，断路，裂缝或变色；

9）预充电电阻有无变色，破裂，断裂；

10）拨动风机转动是否灵活，是否有异响，异常震动；

11）电路板元件有无相碰，线路板有无锈蚀，有无集尘；

12）操作面板有无变淡缺划现象；

13）电动机及电缆的接线端子是否松动，过热现象，对地的绝缘电阻；

14）装置运行时是否有异常声响，异常震动，异常味道及异常温升；

15）装置运行时变压器及电抗器是否有异常声响，异常味道及异常温升；

16）装置运行时风机是否有异常声响，异常震动。风量是否足。（风机有使用寿命）；

17）装置运行时电动机是否有异常声响，异常味道及异常温升，异常震动；

18）停机后是否有凝露现象，若有，一定不能上电及运行。需配加热装置或空调。

4 关于变频器的节能

目前我国北方供热期变为五个月，在较为暖和的月份，实际是有节能空间的。

风机、水泵的负载特性属于平方转矩型，其性能参数的变化遵循比例定律：

流量与转速的一次方成正比；压头（扬程）与转速的二次方成正比；轴功率与转速的三次方成正比。

当通过降低电机转速调节流量时，可以大幅降低电机输出功率，达到节能的目的。

但在实际应用中，由于风机（水泵）受系统参数及运行工况限制，不能简单套用比例定律估断节能效果，应将实际工况转化成相似工况后，再用比例定律计算。

在节能效果的考核方面，除考虑变频调速节约能源外，还需要综合考虑应用变频器的综合经济效益。

应用变频器后，抵消除供水系统中的水锤效应，从而延长水泵、管路、阀门的使用寿命。

采用变频调速后，生产机械在运行过程中的平均转速下降，故磨损减少，寿命延长。

而且，有经验表明，当锅炉鼓、引风机采用变频控制，可以使煤燃烧充分，烟囱里不再冒黑烟，并且因为平均转速降低了，噪音也大为下降。

5 采用变频器是市场的要求

近年来，我国城市建设迅猛发展，在城市的局部拆迁与建设不确定因素增加，低层建筑与高层建筑交错并存，它门对于供热介质---热水的参数要求差别很大，特别是出回水的压力及补水的压力，如过达不到各自用户的要求，将造成一定的社会矛盾.同时，有的开发商开发面积很大，但供热面积却是每年增加，特别是第一年供热面积占总开发面积的比例很低，为此，供热设备应有较强的可调节性，直流调速设备由于各种原因在热力工程中不具备使用条件，只有变频器才能满足实际需求。