電氣自動化在供熱節能技術中的應用

肖強剛

（青島東億能源集團有限公司，山東青島 266061）

目前中國北部地區的冬季采暖以集中供熱為主，能耗高。如何進一步提升采暖技術，達到節能減排的目的，已成為各有關部門面臨的重大課題。因此，提高供暖質量和效率，對我國城市供熱行業的可持續發展有著重大的現實意義。節能減排在各個方面都得到了廣泛的重視，將節能技術用于供暖是順應時代發展的必然趨勢，有關專家和學者在節能技術上投入的研究也越來越多，取得了一些成果；將其應用到實際生產中，不但能減少員工的勞動強度，而且能極大地提高供暖的質量和效率，實現對供暖系統的自我調控。

1 電氣自動化節能技術作用

1.1 減少環境污染

電氣自動化的環保性主要表現在節能方面，為了減少對環境的污染，要確保所有的資源和能量都得到最大程度的利用，從而達到環保的目的。

1.2 降低電能消耗

在電網中，無功是一個重要的組成部分，其存在會使電源裝置的能量大量流失，從而使電能的消耗量增大，將會對電力系統的性能和工作產生一定的影響。同時，無功電力也會使電力使用者的電力消耗增加。但如果采用了無功補償裝置，則可以維持電力系統的功率均衡，提高系統的功率因數，使系統的電壓穩定，同時又能達到節能降耗的目的。此外，通過增加濾波器等裝置，可以減少電網的諧波危害，使電網正常工作，這樣既能保障使用者在使用電力時的安全，又能減少運輸過程中的電力損失。濾波器由于其自身的特點，是當前降低諧波所造成的傷害的最佳途徑。

1.3 減少企業生產成本輸出

要想減少企業生產成本輸出，就必須實現高效的電力系統運轉。對于企業而言，要想實現高效的電力系統運轉，就必須有堅實的電氣自動化節能技術作為支撐。這樣不但可以極大地提高生產效率，而且可以減少能源消耗，降低成本，實現最大的經濟利益。因此，開展電力自動化節能技術的研究具有重要的現實意義和可持續發展的需求。

2 供熱管網中出現的問題

2.1 水力平衡失調

只有在管網水力平衡的情況下，才能保證供暖系統的穩定和供暖的均衡。目前一些系統的工作壓力達不到正常的工作要求，造成了熱網供熱失衡：設計值未考慮到后期發展的規劃，導致設計值偏??；管徑設計不合理，或由于管網阻塞，造成了較大的阻力損耗，超過了裝置提供的壓力，熱網失水嚴重。系統補水量不足，無法保持必要的水壓，由于缺乏科學、合理的控制手段，采用低溫差、大流量的供暖方式，造成了較大的阻力損耗，而系統的壓力不足。

2.2 熱源問題和設備問題

由于供暖設備老化，供暖有一定的缺點。熱源、熱網、換熱站等技術上的問題比較突出，設備選擇上的不合理，導致了資源的浪費。供暖品質差，供暖用戶存在著冷、熱不均勻的情況。許多供暖單位對低溫用戶的處理方式有誤，造成了更多的能源浪費。

3 電氣自動化在供熱節能技術中的應用

3.1 樓宇分時段供熱調控技術

隨著居民對供熱品質要求的不斷提高，供熱企業對用戶的優質服務提出了更高的要求，而樓宇分時段調控系統就是供熱公司精細化服務的重要環節，對于整體調控用熱時間段比較集中且用熱時間分段比較明顯的樓棟，效果非常好。在小區內設置了專門的分批控制系統，既可以實現對整個建筑的控制和管理，又可以極大地降低不必要的能耗。該建筑分階段控制系統由監控中心、集中控制箱、電磁控制閥、溫度傳感器四大模塊構成。在建筑分時控制系統的實際安裝中，需要在每一幢建筑中都設置一個RS485接口的熱能計和電磁閥。監控系統中的監控屏幕和操作臺可以預先設定每個建筑的運行方式，并在以后的建筑分階段監控系統運行期間，由建筑內部的監控設備采集到相應的熱量。然后，系統會根據預先設定的數據，將其與預先設定的數據進行比對，當實際的數據與設定的數據不相符時，再通過電磁調節閥進行調整，將所有的數據與預先設定的運行參數保持一致。在建筑分階段調節系統中，采用無線通信技術，控制器可以將采集到的數據上傳至監測中心，實現中繼站與供熱用戶的熱網數據的自動監測，以及實現對熱網絡的遠程監控與控制。

3.2 氣候補償供熱技術

氣候補償技術的核心裝置為氣候補償裝置，利用氣候補償裝置，對供暖系統內的水進行氣候補償。一般將氣候補償裝置置于熱能轉發器或房間室內，由供暖使用者預先設定供暖溫度，并可依個人需求設定不同的供暖時間。當室內溫度因室內氣溫的改變而改變時，氣候補償裝置會根據預設的溫度曲線來調整采暖系統的水溫。另外，在安裝房間中設置的溫度傳感器能夠及時地檢測到室內的溫度，并通過調整水溫來實現對室溫的補償。

3.3 分層管控供熱管網

熱量的第三級網絡是安裝于供熱中繼站的PLC，通過使用門卡和路由器實現PLC 與上層監視網絡的聯接。各監測子站彼此獨立，各監測子站的工作不會受到其他子站的干擾，而且，各監測子站可以相互存取。綜上所述，供暖監控中心網是三網合一的體系結構，屬于生產網與管理網雙重接入，所有的數據都可以通過網絡進行查詢。在該系統中，兩塊網絡卡被安裝在服務器上，一塊用于連接數據庫，一塊用于發送運行命令。

供熱控制系統的二級管理核心是集中供暖控制系統下面的一個監測子系統，每個監測子系統承擔著一個固定區域的供暖和中繼站的實際工作。監測分站的作用是對現場進行控制、管理、調節各種作業。通過監測分站的這個功能，可以對供暖控制中心進行補償，從而彌補了中央供暖系統不能對其進行直接控制的遺憾。從這一點上來說，監控分站起到了關鍵的作用。因為供暖控制中心必須要經過監測點的轉發，才能將熱量分配給供暖中繼站。在現有網絡基礎上，監測站點與網絡交換中心、熱電廠、供熱調度中心、監測中心之間的實時通信聯系，保證了網絡整體的安全。此外，采用無線通信技術可以遠程獲取用戶的溫度參數，極大地方便了使用者。同時，該系統還具有強大的管理能力，能夠存儲、分析、管理數據，并能自動繪制出溫度曲線，自動產生水壓和管網圖形，并能自動生成報表；此外，它還具備預警功能，可以合理地配置管理權限。

中央供暖控制中心是一級管理，每個獨立的監控站收集到的數據，都可以通過控制中心查看。也就是說，相關的供熱管網工作人員可以對整個管網進行動態監測。通過各監測分站，可以對供暖系統的全部信息進行收集。同時，通過計算機系統，可以有效地將監測分站間的信息傳輸，對各個供暖數據進行實時處理，并能滿足用戶的需要；實現了供暖系統的按需分配。

3.4 換熱站的自控系統

在供暖系統中，供暖用水必須先經過換熱器進行換熱，然后再向供暖用戶傳送熱量。因此，對換熱器的穩定運行和節能具有十分重要的意義。在供熱管網中采用自控控制技術，既保證了供暖的質量，又降低了對電能、水、熱的消耗，實現了供暖系統的經濟性。換熱器的功能是將二次網與供暖一次網進行熱量交換，再由二次網向供暖用戶輸送熱量，換熱站自控系統的組成部分主要包括人機接口觸屏、通信接口、現場電器、儀表及PLC 控制系統四部分。實際運行過程中，換熱站的自控系統需對以下供熱參數進行采集：一次網和二次網的供水溫度與壓力、一次網和二次網的回水溫度與壓力、補水泵和循環水泵的運行狀態與對其頻率的控制反饋、一次網供水流量調節閥門的開啟程度等。在自動控制系統的實際操作中，上述的流量、壓力、溫度等各項供熱參數都是通過供暖現場的傳感器進行的，然后由變頻器將這些電信號傳輸到PLC 控制系統中，從而實現對水泵的調速和起停的調節。該觸摸屏不僅能實時顯示供暖系統的各種運行參數和運行狀況，還能向用戶發布現場的操作指示。進行供熱調控的一個重要理論依據是：采暖設備的散熱量、采暖系統的總熱量、采暖系統的總熱、采暖用戶的總熱負荷。通過對室內環境溫度變化的分析，得出室外氣溫是影響采暖用戶熱負荷的重要因素，因此，室外氣溫變化對空調系統的影響是很大的，確保了自動控制系統工作的平衡性。自動控制系統的控制方法主要有：分步改變流量和調整供水溫度。在使用循環泵時，有兩種操作模式：①定壓差調整，即采用變頻調速裝置來控制循環泵的速度，以保證二級網入口端的主管壓差不變；②分階段調節流量，按地區氣象條件的變化，將供熱期按季節劃分為初期、中期、嚴寒期，并采用相應的運行模式。采用主網流量控制閥門與循環泵協同供暖。

3.5 水力平衡技術

常用的調節管網的水力平衡方法有溫差法、比例法、CCR 法、綜合調整法等。比例法的調整原則是：兩條平行管道的水流在一定的比例下，在一定的范圍內，兩條管道的流量比不變，這表明，供熱管網在水力平衡的情況下，采用這種調節方式進行時，協調能力不強，對操作人員的要求也很高，需同時使用兩個相同的流量計。CCR 調節的基本原理是：先對被測管網各管段的阻力值進行測量，再由各分支的流量求出各調節閥的開度，再根據計算結果調整調節閥至計算開度，使系統滿足設計的分配流量。采用這種方法，前期投資大，要求出各個管段的實際阻力值，困難，但總體成本低，有很好的推廣價值。

3.6 熱計量技術

隨著建筑節能與供暖系統節能的深入，熱量測量與溫度控制成為目前國內外的一個熱門課題。目前我國的供暖計量方法有：熱量分配計法、戶用熱量表法、流量溫度法、通斷時間面積法和溫度面積法等。

實行計量供熱收費是為了節約能源，其前提是供熱系統的節能。分戶計量供暖后，供暖系統需要變流量系統?，F有供暖系統的主管網需要改造為變流量系統。熱電廠首站循環泵應改造為變頻泵?；鹆Πl電站循環泵應配備變頻裝置。供熱管網需要配備差壓控制閥，以確保壓力平衡。溫度控制閥應安裝在室內散熱器的前面。只有這樣才能實現供暖系統的節能。否則，即使個別住宅小區或建筑采用計量供暖，并且熱站和熱網沒有有效的控制設施，熱量最終也會被不采用計量供暖的住宅小區或建筑物消耗。因此，只有在供熱系統中節約能源，供熱企業才能降低能耗，提高經濟效益，用戶才能從計量供熱中受益。

4 電氣自動化節能技術的應用意義

隨著我國經濟的快速發展，人們的生活質量和用電量都有了很大的提高。無論是在日常生活中，還是在企業生產中，都離不開電能支持。特別是電力產品的發展和使用，使電力的需求量越來越大。然而，目前國內的電力資源已不能滿足人們的生活、生產需求。為了避免電力系統中的輸電、供電出現癱瘓，電力供給的問題就顯得尤為重要。針對這種狀況，有關部門應采取有效的措施，減少電氣自動化裝置的能耗，應充分關注節能電氣自動化裝置的研制與開發，同時加強對節能技術的投資與研發；積極開發節能裝置以降低能源消耗?？梢杂眠@些方法來解決電力短缺的問題。因此，在新的歷史時期，開發和推廣電氣自動化節能技術具有十分重要的現實意義。

5 結束語

將電氣自動化技術和設備引入到供暖系統中，既可以確保熱能的充分利用，又可以提高相關的能量利用率，降低能耗的浪費；而且可以大幅降低供暖成本，提高供暖效率，降低員工數量，提高工作效率。