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案例頻道 一．引言
我國北方大部分地區冬季時間長，為滿足城鎮居民的取暖需求，供暖期一般都比較長，因此供暖行業是一個能源消耗和污染影響較大的行業。近些年，國家大力倡導節能環保，集中供熱在許多城市得到了普及和發展，它一方面給城鎮居民提供了可靠的熱源保障，同時在節約能源、減少大氣污染等方面也都具有顯著的經濟效益和社會效益。
山西省沁源縣常住人口約4萬人，居民冬季取暖以燃煤為主，不僅浪費了大量資源，還會造成了空氣污染。沁源縣政府從治理環境污染、改善居民生活出發，以沁新集團下屬煤矸石電廠、余熱電廠為熱源廠，從汽輪機抽汽作為熱源，將發電后的蒸汽換成高溫水為縣城集中供熱。沁新集團對新上的換熱站采用了變頻技術和自控技術，不僅提高了整個系統的自動控制水平，而且節能效益明顯。本文著重介紹SD700系列變頻器在換熱站中的應用。
二.換熱站供暖系統的構成
通常換熱站有幾套供暖換熱機組成。每套機組由換熱器、循環水泵、各種閥門及一、二次管網和一些測控儀表等組成。換熱站的作用是從汽輪機抽蒸汽作為熱源，將一次管網中的熱源通過換熱器使二次管網中的循環水制熱，再通過循環泵將二次管網中的高溫水送到十幾公里外的城鎮，供應居民和單位取暖使用之后，低溫回水又被送回到換熱器再次進行熱交換。如果循環水在循環過程中發生不足，補水泵將自動啟動，調節二次管網回水狀態，維持水循環系統的平衡。
本換熱站采用了3臺400KW的循環泵組成循環水系統,2臺5.5KW的補水泵組成補水系統以及3臺37KW的凝結泵來輸送冷凝器產生的凝結水，所有這些水泵的控制，采用的都是西班牙PE電氣公司的低壓交流變頻器，每臺循環泵采用一臺SD700系列450KW，690V低壓變頻器控制，每臺補水泵采用一臺SD250系列5.5KW，380V變頻器控制，每臺凝結泵采用一臺SD450系列37KW，380V變頻器控制。在自動狀態時，通過DCS控制系統采集管網壓力和溫度等信號，按照供熱需求給變頻器發出4-20mA的控制指令，控制電機轉速和循環泵輸出流量，從而達到調節溫度的目的；在手動狀態時，操作員可以通過現場控制箱上的按鈕進行起/停、加/減速控制，人為調整循環泵的輸出流量，調節供暖溫度。
三.以循環泵為例，介紹SD700系列變頻器的性能與應用
1）控制線路簡單靈活
有6路多功能數字信號輸入和1路電機PTC輸入。這些數字輸入可以依照預設的配置，進行組合編程或者獨立編程，通過其中一路數字輸入可以切換DCS控制和手動控制功能。另外還有兩路的模擬量輸入，可以接收來自控制系統的控制信號和反饋信號，它們與數字輸入端子都帶有光電隔離功能。內置的比較器功能可以對外部變量進行比較，比較的結果能夠激活數字輸出或者直接控制變頻器的輸出，無須增加輸入輸出信號和增加外部配線。SD700變頻器的控制線路如下圖所示：
2）全面的諧波抑制
由于換熱站自控系統采用了大量的傳感器、變送器，及其他測控儀器儀表，而變頻器的總容量又相對較大，一般的大功率變頻器如果處理不當，在運行過程中將會產生大量的電磁干擾和對電網的諧波污染，嚴重時造成其他設備的誤動作，以及控制和測量上的誤差，因此，所使用的大功率變頻器必須滿足工業場合下EMC電磁兼容性的要求，將電磁干擾和諧波控制在一定范圍內，確保整個系統的安全可靠的運行。
PE公司的SD700系列變頻器采用了內置的交流進線電抗器，內置的EMC濾波器，內置的dv/dt輸出濾波器，全面有效地抑制了諧波和電磁干擾的影響，變頻器柜體采用帶絕緣的全金屬屏蔽層，完全符合EMC工業場合應用的標準。下圖所示為本換熱站所選用的PE公司690V，450KW變頻器的內部拓撲結構：
3）泵類負載的效率優化
換熱站循環水泵的電機容量一般是按照最大需求量考慮，設計時留有的余量很大，有時實際的負載往往比較輕，而傳統的變頻器在調速的過程中總是保持磁通量恒定，這樣在負荷比較低的時候，變頻器和電機的效率會很低。PE公司的SD700系列變頻器對這類應用場合設有一個非常有效的功能，即磁通量優化功能。在優化模式下，當低負荷運行期間，磁通量等級將自適應調整，這時電機噪聲和功率損耗都將會降低。
4）高起動轉矩
眾所周知，大功率的風機泵類負載具有靜態慣量大、起動轉矩要求高的特點，PE公司的SD700系列變頻器的最大起動轉矩為額定轉矩的200％，有效地解決了大起動轉矩的問題，在V/F控制方式下實現即快又平穩的起動過程。
5）維護快速簡單
換熱站的供暖關系到城鎮居民的生活，如何實現快速有效的維護工作是必須要考慮的問題。PE公司SD700系列變頻器全功率段采用的都是同一種控制板，電源板和IGBT驅動板；獨特的“同平面存取”的結構設計，能夠實現快速簡單的維護與更換工作，加上PE公司SD700系列變頻器的三年質保，完全可以實現維護簡單，穩定可靠的運行要求。
四．結束語
該換熱站投入運行以來，從整個系統的運行狀況看，循環泵、補水泵，凝結泵按要求起停平穩，運轉可靠，實現了出水溫度的自動控制；各個測控儀表信號的準確性和穩定性好；運行噪音低，基本實現了換熱站的無人值守，確保了沁源縣城鎮居民全年的供暖需求，取得了可觀的社會效益和經濟效益。
作者簡介
秦路平（1973 -） 男 現任職于西班牙PE電氣北京代表處，從事電氣自動化技術工作。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號