变频调速在供热系统定压的应用

应用领域：环保/水处理
摘要：介绍变频调速补水泵定压系统的组成和工作原理，分析了变频调速控制系统的组成、控制软件和自诊断功能。结合实例，介绍了变频调速技术在供热系统定压的应用。
关键词：供热系统定压； 补水泵定压； 变频调速

近年来，随着高层建筑日渐增多和供热面积不断扩大，区域供热锅炉房负荷不断增加，对供热系统定压方式提出了新的要求。随着变频调速技术和单片机技术的发展，其产品价格大幅度降低，为变频调速技术应用于供热系统定压提供了条件。热水供热系统补水泵定压方式采用变频调速技术是非常必要的，将会节约大量的电能。据计算，当补水泵流量减少到额定流量50%时，变频调速方式较传统补水定压方式节能50%-60%。变频调速具有软启动功能，对电网的电流冲击小。可实现微机闭环控制，也可设计成手动开环控制，具有定压准确、稳定、安全等特点。

1 变频调速补水泵定压系统
1.1 变频调速补水泵定压系统的组成
系统主要由控制柜(变频器、调节器、控制器)、补水泵、平衡阀、电磁阀、压力传感器、安全阀等组成。
1.2 工作原理
系统工作原理见图1。由压力传感器测量待调压力，与设定压力相比较，按设计要求，变频器改变补水泵电机的输入电流的频率，从而调节水泵转速，改变水泵流量，使待调压力符合设定压力，保证供热系统压力恒定。

压力传感器安装在供热管网循环水泵进口或出口位置，安装点为恒压点。为防止系统压力超出设定值，补水泵出口管道上应安装泄水管，并设置电磁阀。电磁阀平时关闭，当系统温度上升，压力升高时，压力传感器将信号传至调节器，指令电磁阀打开，将多余水泄出，维持系统设定压力。
压力传感器安装点(恒压点)前、后均设平衡阀，在系统初调节时，调试前、后平衡阀，使恒压点压力达到设定值。正常运行后，依靠补水泵变频调速维持管网设定压力。

2 控制原理及实现
控制系统由控制核心、Sanken suff-552变频器、水位浮动开关、电感压力变送器等组成。
2.1 控制核心的组成
控制核心采用8031单片机，用ADC0809模数转换器及DAC0832数模转换器构成模数及数模转换线路。显示电路由3片74LS164运算放大器及8031内部的串行口组成，报警电路使用了1个3.6 V的蜂鸣器配合显示电路完成声光报警。补水泵的控制使用了1个S303ZL固态继电器，日历时钟电路由MSM5832组成，给定电路由6.3 V稳定器及102多圈电位器完成模拟给定。WDT智能看门狗定时器卡由1片556芯片组成。键盘接于P1口通过软件扫描完成。
2.2 控制软件
软件采用了结构化程序设计方法，主程序由模数转换子程序、数字滤波子程序、PID调节子程序、输出子程序、显示子程序、初始化子程序、故障自诊断子程序、辅助系统控制子程序、延时子程序等十几个子程序组成。这种设计方法给程序的调试带来了较大方便。
2.3 自诊断功能
控制系统设置了较为完善的自诊断功能，可对变频器、前向通道、后向通道及人机通道的故障进行自诊断。前向通道中的核心器件采用了ADC0809，把IN0通道用作给定电压，其他通道安排见图2， IN3接DAC0832输出，IN4接基准电压，IN5接+5V的给定电压，IN6接地。这样根据IN3-IN6通道转换的数值就可以判断A/D模数转换线路的故障。为简化线路，将8031的ALE(地址锁存功能脚)端直接连到ADC0809的CLK(时钟输人信号)脚上。由于采用6 MHz晶振，ALE时钟为1 MHz，而ADC0809的最高工作时钟通常为640 kHz，经过多次测试，转换精度完全满足定压精度0. 01 MPa的要求。由于1 MHz时钟下ADC0809换时间小于100 s，故启动ADC0809转换后变定时100 s内转换结束，清定时器，否则定时时间到而转化未结束应提示A/D转换线路出错，这样可以判断A/D转换线路故障，给调试维修带来方便，又避免了因故障造成死循环。在后向通道中将DAC0832经741运算放大器的输出端接至ADC0809的IN，通道，通过软件编程完成后向通道到前向通道的数模及模数转换，通过输出数值与读回数值的比较来判定D/A数模转换线路的故障。至于人机通道，由于本系统利用了8031内部的串行口来扩展显示电路，故可采用类似ADC0809的故障检测方法来判定人机通道的故障。

3 应用实例
某住宅小区供热面积为8×104m2。选用0.7MW热水锅炉1台，补水泵2台(1台备用)。单台补水泵设计流量为12 m3 /h，扬程为47 m，设计工况点效率为54%。运行初期采用人工调节阀门和补水泵间歇运行相结合的方式控制补水量和供热系统压力。实际补水量为3～4 m3 /h，远远低于补水泵设计流量，故实际工况点远远偏离设计工况点，补水泵长期低效率(仅为24%)运行。又由于阀门的开启度非常小，阻力非常大，从补水泵出口经节流阀至定压点的水头损失高达12 m。仅靠阀门调节流量很难以保证补水量与系统泄漏水量平衡，还需辅以补水泵间歇运行，不但造成补水泵频繁启动，而且系统水头稳定性很差，其变化幅度为3～5m。改用变频调速控制方式，系统压力稳定，水头变化幅度为士0. 1 m，补水泵效率为50%～52%。变频调速控制系统见图3。经计算可知，运行1个供暖期便可收回变频调速控制设备的费用。

4 结语
变频调速补水泵定压方式与传统补水泵定压方式比较，有压力稳定、占地小、操作简单、维修方便、节电效果明显的优势。随着变频调速技术的不断成熟，这项技术将成为广泛采用的供热系统定压技术。

-----------------------------------------------------------------------
王斌， 张欢， 由世俊
(天津大学环境科学与工程学院，天津300072)
作者简介：王斌(1979一 )， 男， 天津人， 硕士生， 从事室内空气品质以及CFD模拟的研究工作。
电话：(022)87401917
E-mail： wb3519@ 163. com