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供热系统中分布式变频控制技术的应用

2020-07-16 242 上传者：管理员

摘要：本文介绍了分布式变频控制技术原理和特点，作为一种新型的循环泵多点布置系统，分布式变频控制技术解决了大规模热网远端热力站资用压头不足的问题，同时在保证热网安全运行方面取得了很好的效果。

关键词：
供热系统
分布式变频
水力平衡
热力工程
热网安全运行
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1、研究背景及现状

供热已成为北方城市的公用市政基础设施之一，城市化进程的不断加快及国家对环保的重视，带动了供热企业的快速发展，供热管网规模日益扩大。大规模管网普遍存在冷热不均的问题。由于分布式变频解决了大规模管网冷热不均，远端热力站资用压头不足等问题，同时还有显著的节电节热效益，分布式输配供热系统已在供热行业内逐步推广应用。

2、分布式变频系统应用

2.1 分布式变频控制技术原理

对于大规模的集中供热系统，一个区域内可能有几十座甚至数百座热力站，依靠热网循环泵，距热源较远的热力站很难满足流量和压力的需求。分布式变频控制技术解决了这个难题，即在热力站的一次侧安装变频循环泵，由分布式变频泵提供必要流量的资用压头，各个热力站的变频水泵扬程要根据整个一次管网的水力计算选取，其流量则按照该换热站的设计热负荷选取。采用分布式变频控制技术后大大减小了热网循环泵的扬程，减少了很大一部分电能，同时也降低了一次管网的运行压力，增大了系统运营的安全系数。

2.2 分布式变频的特点

(1）采用分布式变频泵的系统，系统无用功消耗小，整体运行电费低。各站回水加压泵的运行，只需满足本站运行的资用压头即可。在设计工况下，基本无阀门的节流损失。

(2）回水加压泵功率小、扬程低，移动动力强，适应热负荷变化的能力也强。在热网远端热力站未能达到设计负荷时，可在远端几个不能满足要求的热力站增加几个扬程较小的回水加压泵即可。未来，在负荷充分发展后，热负荷的分布与设计时的预想往往会产生偏差时，再将扬程小的回水加压泵移动到离热源较近的热力站，而在远端用户增加扬程较高的回水加压泵。如在匹配水泵时充分考虑系统的运行工况变化，保持各水泵在调节过程中能在高效率点工作，其节能效益是不言而喻的。

2.3 应用背景

大唐保定供热有限责任公司为大型集中供热企业，热网规模较大，为多热源联网供热模式。2016年，公司新接入面积约600余万平米，主要负荷分布在北部区域，而主力热源分布在西部和南部，此时总体的环状热网尚不完善，热源输送遭遇瓶颈，根据水力计算，如果要满足各个热力站需求，热源的出口压力需要达到1.3MPa以上，如此以一来，主干管网将面临较大风险，进而威胁总体供热安全。因此，在综合考虑管网输送和管网安全的基础上，选取引入了分布式变频系统：在各个热力站一次侧安装分布式变频泵，化整为零，减小热源侧循环泵的出力。

在分布式变频泵参数选型时，对管网进行整体水力计算。经过计算分析，确定有300余个热力站资用压头不足，需要配备分布式变频泵，最终依据水力计算结果，来选择循环泵的扬程，根据热力站的设计负荷选择泵的流量，截至目前公司热力站的分布式变频系统已实现100%覆盖。由于每年都有新增热负荷和热源的调整变化，所以，每年需要对水力工况进行重新核算，以确分布式变频泵满足总体运行工况变化的需求。

3、解决的实际问题

3.1 解决了远端热力站资用压头不足的问题

我公司主力热源集中在市区的西部和南部，因此处于东北部的热力站就处于热源的远端，通过传统的热网循环泵调节方式无法满足远端热力站的资用压头，造成远端热力站供水温度低用户室温不达标的情况。通过采用分布式变频系统，满足了远端热力站的资用压头。北部热力站在采暖季根据需要启动分布式变频泵，并依靠全网平衡软件的精确自动调控，保证了供热稳定，热用户供热效果较之前有显著提升。

3.2 解决了管网水力不平衡的问题

分布式变频泵结合原有一次网电动调节阀，组成泵阀联调系统，纳入全网平衡软件进行统一调控。基于泵阀联调及我公司热力站多为多系统这一特点，制定了分级调节的策略：分布式变频泵解决热力站之间平衡，阀门解决系统间平衡，同时，考虑系统稳定性的要求，阀门的开度和水泵的频率调节尽量保持平缓，在整个采暖季，无需进行过多的人工干预，由全网平衡对管网进行自动平衡。全网平衡软件的泵阀联调系统自动选择控制设备，最大可能的节省了运营人力成本，提高调解精度和稳定性。

3.3 提高了管网运行安全性

截止2018年底，公司一次供热管网302km，管网安全是供热的生命线，管网压力过高造成一次管网泄露事故会造成大面积停暖，影响大量居民正常采暖，管网安全性的提高保证了我公司供暖稳定。通过应用分布式变频技术，降低了热源侧循环泵参数，热源出口压力由1.2 MPa降到0.9MPa，管网总体压力和安全风险进一步降低。

3.4 热力站节热节电效果明显

以2016-2017采暖季为例，供热面积1772万m2，实际耗热量746.9527万GJ，热单耗0.376GJ/m2，比2015-2016采暖季0.353GJ/m2降低0.02GJ/m2，每平方米节热5.1%。实际耗电量4193.5040万KWh，电单耗2.38KWh/m2，比2015-2016采暖季2.78KWh/m2降低0.4KWh/m2，每平方米节电14.4%。

4、结语

目前，分布式变频系统，多局限于在一次管网上应用，在一定程度上为供热企业解决了一次管网冷热不均的问题。二次管网循环泵仍采用传统的设计方法设置，二次网的水力失调同样存在，解决二网水力平衡的手段，依然是加装各类调节阀，实现节流式调节。分布式变频系统还未在二次网系统应用。现阶段已有部分研究院所开始探索这项工艺革新技术，全网分布式输配供热是未来的发展趋势。

鲁雪艳.分布式变频控制技术在供热系统中应用探索[J].中国设备工程,2020(14):7-8.