郭荣祥, 刘　伟, 郝东波, 王建华

(1. 内蒙古科技大学 信息工程学院, 内蒙古 包头　014010;

2. 北方联合电力有限责任公司 临河热电厂, 内蒙古 巴彦淖尔　015000;

3. 包头红日电气控制有限公司, 内蒙古 包头　014030)



换热机组补水压力自动控制

郭荣祥1, 刘伟1, 郝东波2, 王建华3

(1. 内蒙古科技大学 信息工程学院, 内蒙古 包头014010;

2. 北方联合电力有限责任公司 临河热电厂, 内蒙古 巴彦淖尔015000;

3. 包头红日电气控制有限公司, 内蒙古 包头014030)

摘要:提出了采用电接点压力表进行管网水压测量和控制的方法,并以两台补水泵控制为例给出了电气主电路及控制电路原理图.选用ABB ACS510系列变频器说明其控制方法,设置了变频器的相关参数.实际运行表明,该控制方法压力设定简单,可靠性更高,维修便利且成本低廉,使用价值更高.

关键词:换热机组; 补水压力; 变频器; 电接点压力表

随着集中供暖的普及,城市供暖系统中换热机组用量越来越大,机组设备的运行可靠性要求也越来越高.质量高、性能可靠、稳定性好、价格低廉、故障率低、维护费用低的设备最受用户欢迎.完成同样的功能,控制越简单越好.对于用户而言,为了提高可靠性、减小维护成本、及时排除故障,即使设备性能稍有下降,也深受喜爱.目前换热机组补水泵普遍采用变频调速控制,其工作原理及节能分析许多文献都有介绍[1-4],压力控制多采用PID调节功能进行闭环控制.PID功能可以通过外部控制器[5]或PLC控制[6]实现,也可利用变频器的内部功能通过设置相关参数完成[7],一些换热机组控制系统则采用智能控制.这些控制方法的压力反馈多采用压力变送器进行测量.为了降低成本,也可采用电阻远传压力表.但这些控制方法的共同点是压力采样点都在机组循环泵入口处.其缺点是补水压力并不能准确反映系统压力,特别是当循环泵采用变频调速控制时,随着循环泵转速的变化,循环泵入口压力发生变化,其特点是:循环泵旋转快,入口压力降低;循环泵旋转慢,入口压力升高.当循环泵以恒定转速运行时,这种方法尚可,但当循环泵调速运行时,会出现系统缺水或补水压过高的情况,效果并不理想.针对这种情况,本文介绍了如何选择合适的压力控制点以及一种简单可靠的补水泵变频调速控制方法.

1 压力控制点的确定及控制原理

为保证供暖质量,应确保供暖系统管网内充满水,不进入空气,同时管网水压适当,从而保证热水管道和暖气片不渗漏,避免供暖设施和管路的损坏,延长供暖设施的使用寿命.故需要确定合适的压力控制点.合理的压力控制点应该保证在循环泵转速发生变化时供热管网内不进气,始终充满水.这就要求所选定的压力控制点的压力不随循环泵转速的变化而变化,或者变化很小.

图1所示为换热机组供暖系统图.热源管网把热蒸汽或热水送至换热器的一次侧,把换热器加热,换热器二次侧的回水被加热后送至用户管网,实现热量的交换.循环泵通过输送热水而完成热量的输送,当采用变频器驱动时,随着气温的变化,循环泵转速随之而变,其入口和出口压也发生变化.为此,在循环泵的入口与出口之间通过一根细管联通,该管路水压的变化与用户管网水压的变化相同,因此在该管路上一定可以找到一点,随着循环泵转速的变化,该点压力不发生变化,这一点就是压力控制点.设图1中A点就是压力控制点,当循环泵调速运行时,靠改变1号阀和2号阀的开度来观察A点压力的变化,只有在循环泵变速运行时A点压力不变时,停止1号阀和2号阀的调节,此时A点即可作为压力采样控制点.

图1　机组供暖系统图

2补水泵控制

目前广泛应用的补水泵控制方法为采用电阻远传压力表作为压力传感器的压力反馈闭环控制.为提高运行可靠性,便于现场维护,本文介绍采样电接点压力表进行测量和控制的补水泵变频调速控制方法,控制原理图如图2所示.电接点压力表既可进行测量,又可通过上下限指针完成控制.变频器则采用内部输入端和加速、减速功能进行频率控制.电接点压力表上下限指针的间隔不应太大,在无二次加压的情况下,压力下限指针所指压力应比最高建筑物高度略高.通过设置变频器相关参数,应能完成如下功能:当压力表指针为下限指针位置或低于下限指针位置时,变频器输出频率上升,补水泵加速运行,增大补水量,当压力表指针为上限指针位置时,变频器输出频率下降,补水泵减速运行,减少补水量,当压力表指针介于上下限指针之间时,变频器输出频率保持不变,水泵按照之前的速度恒速运行,从而确保供热管网压力在合理的范围之内.

图2　补水泵控制原理图

3机组补水泵电气电路

机组采用两台补水泵进行补水,工作方式为一用一备.为了使变频器故障时补水泵仍能运行补水,电路设计应包括变频运行控制电路和工频运行控制电路两部分,即在变频器故障时可切换到工频运行.图3示出了其主电路图.图中TA为变频器,QA0为断路器,QA1、QA2为工频运行接触器主触点,QA3、QA4、QA5为变频器输入输出接触器主触点,BB1、BB2为热继电器,MA1、MA2为两台补水泵电动机.

图3　机组补水泵电气主电路

图3中, 变频器选用ABB专门用于驱动风机泵类负载的ACS510系列产品. 接触器QA3为变频器电源进线接触器, QA4、QA5用于切换变频器所驱动两台补水泵电动机的接触器, 二者不可同时接通, 控制电路中必须设置互锁, 以确保变频器同一时间只驱动一台水泵电机. QA1、QA2吸合时补水泵电机工频运行. MA1、MA2分别对两台工频运行的电动机进行过载和缺相保护.

与图3所示补水泵主电路相对应的控制电路如图4所示.图中的QA为控制电路电源开关,转换开关SW用于切换补水泵的工频和变频运行方式,每台补水泵通过各自的起动和停止按钮控制起停.工频运行与变频运行控制电路之间通过互串常闭触点设置了互锁,两台补水泵变频运行控制电路之间也设置了互锁.

图4　机组补水泵电气控制电路

4变频器控制端接线及相关参数设置

变频器控制端接线图如图5所示[8].图中数字输入端DI1、DI3和DI4的信号决定着运行状态.DI1由变频器电源接触器QA3的动合辅助触点控制,当接触器QA3吸合时,变频器得电,辅助触点接通,DI1端有输入信号,变频器开始运行.当QA3断开时,DI1输入信号断开,停止变频器的运行.H和L为供热管网上电接点压力表的上下限触点,触点位置可在压力表上调节设定.输入端DI3和DI4的通断决定变频器频率的变化.当DI3输入端接通、DI4输入端断开时变频器频率增加,而DI3输入端断开、DI4输入端接通时变频器频率减小,DI3和DI4同时接通或同时断开,变频器保持原来频率运行.

变频器的参数设置如表1,其他参数设置采用变频器出厂默认值.

图5　变频器控制端接线图

代码描述参数值9901语言采用中文19902ABB标准宏19905电机额定电压380V9906电机额定电流按电机名牌9907电机额定频率50Hz9908电机额定转速按电机名牌9909电机额定功率按电机名牌1001外部1命令设定起停设定转向1:DI1得电起动、断电停止1003转向设定1:正转1102外部1/外部2选择0:选择外部11103给定1选择5:DI3得电升速、DI4得电减速1201恒速选择0:恒速功能无效1601运行允许1:DI1得电变频器才允许运行2202加速时间根据实际确定2203减速时间根据实际确定2204加减速曲线0.0:线性

综上所述,采用这种控制方法的变频器接线简单,参数设置少,现场调试容易.当采用磁助式电接点压力表时,触点振荡减少了,触点寿命更长,运行更可靠.

5结论

实际运行表明,换热机组补水泵采用文中所述方法进行控制时补水效果很好,采暖系统不进气、不缺水、渗漏少,压力调节方便,特别适合于一线工人维护.与采用PID调节功能的压力反馈控制系统相比,成本低,故障率低,维护简单,故障排除迅速.

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(XIN L. Realization of constant pressure water supply system by using frequency conversion technology[J]. Journal of Shengli College China University of Petroleum, 2010,24(1):24-25.)

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(PAN X F. Design and implementation of thermal station automation control system[J]. Automatic Instruments, 2011,26(6):33-35.)

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(GUO R X, LIU C, ZHANG L H. A method of using the electric connection-point pressure meter and transducers to control the small pump of the heating boiler[J]. Manufacturing Automation, 2014(15):120-123.)

[8] 北京ABB电气传动系统有限公司. 低压交流传动用户手册ACS510-01变频器(1.1...160KW)[Z].

(ABB Beijing Drive Systems Co., Ltd. Low voltage AC drive user’s manual ACS510-01 variable-frequency drive (1.1...160KW )[Z].)

【责任编辑: 肖景魁】

Automatic Control for Supplementing Water Pressure of Heat Exchanger Unit

GuoRongxiang1,LiuWei1,HaoDongbo2,WangJianghua3

(1. School of Information Engineering, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010,China; 2. Linhe Thermal Power Plant, North United Power Co., Ltd., Bayannur 015000, China; 3. Baotou Red-Sun Electric Control Co., Ltd., Baotou 014030, China)

Abstract:The method of using electric contact pressure gauge to measure and control pipe network pressure is proposed. The main circuit and schematic control circuit diagram are put forward, taking two make-up water pump control as an example. The control method of ABB ACS510 series frequency converters is described, the relevant parameters of the frequency converters are set. The actual operation shows that the control method is simple to set pressure, higher reliability, repair convenience and low cost, and has more use value.

Key words:heat exchanger unit; supplementing water pressure; frequency converters; electric contract pressure gauge

中图分类号:TP 273

文献标志码:A

文章编号:2095-5456(2016)01-0074-04

作者简介:郭荣祥(1963-),男,内蒙古和林格尔人,内蒙古科技大学教授.

收稿日期:2015-06-19