韓 賓

（中鐵九局集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

當(dāng)前能源供應(yīng)壓力是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所不得不面對(duì)的重要問(wèn)題，在能源供應(yīng)壓力不斷緊張的情況下，供熱企業(yè)的能源消耗控制能力成為影響企業(yè)發(fā)展的重要因素。因此，對(duì)于供熱企業(yè)而言，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各個(gè)方面都要重視節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。實(shí)踐證明，在換熱站中合理應(yīng)用變頻器能夠有效提高換熱站的系統(tǒng)節(jié)能性與運(yùn)行穩(wěn)定性，對(duì)供熱企業(yè)的節(jié)能減排具備十分重要的意義。

1 變頻器在換熱站中的具體應(yīng)用

1.1 供暖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及變頻器工作原理

常見(jiàn)的換熱站機(jī)電設(shè)備主要由循環(huán)水泵、換熱器、除污器、熱工儀表、各類閥門等設(shè)備組成。其中，循環(huán)水泵是通過(guò)二次管網(wǎng)將循環(huán)水次管網(wǎng)組成。循環(huán)水泵通過(guò)二次管網(wǎng)將循環(huán)水輸送至換熱器，然后與其次管網(wǎng)中的循環(huán)水進(jìn)行熱交換，從而達(dá)到提供熱能的目標(biāo)。在完成供熱作業(yè)后的回水通過(guò)循環(huán)泵再輸送到換熱器進(jìn)行熱交換，這一流程構(gòu)成了換熱站的供暖循環(huán)系統(tǒng)。在這一作業(yè)過(guò)程中，如果出現(xiàn)了循環(huán)水的泄漏，那么換熱站的控制系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)，根據(jù)二次管網(wǎng)中的壓力變化情況進(jìn)行補(bǔ)水作業(yè)，從而確保整個(gè)供熱系統(tǒng)的正常運(yùn)行[1]。

在供熱站運(yùn)行的整個(gè)循環(huán)過(guò)程中，都是通過(guò)循環(huán)泵的運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)熱交換的循環(huán)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)供暖的穩(wěn)定持續(xù)，因此循環(huán)水泵是十分重要的一項(xiàng)設(shè)備。而在循環(huán)泵中，變頻器是重要的控制裝置，利用變頻器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)循環(huán)泵電機(jī)的合理控制，根據(jù)供熱循環(huán)的實(shí)際需要來(lái)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，這一方面能夠有效降低能耗，避免無(wú)用做功，另一方面也能夠有效延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。目前，變頻器已經(jīng)在我國(guó)換熱站的供熱循環(huán)系統(tǒng)中得到了較為廣泛的應(yīng)用，為供熱企業(yè)的節(jié)能減排發(fā)揮了重要的作用。

1.2 變頻器節(jié)能改造技術(shù)的應(yīng)用

基于變頻器的運(yùn)行原理，可以對(duì)現(xiàn)有換熱站的供熱循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的節(jié)能改造，改造工作主要是通過(guò)變頻器、溫度傳感器及PLC控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)泵轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)節(jié)，利用溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控供熱系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，并將收集到的信息傳輸?shù)絇LC 控制器，再由PLC 控制進(jìn)行邏輯判斷后下達(dá)指令給變頻器來(lái)調(diào)節(jié)循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速。在設(shè)備改造過(guò)程中需要注意的是，為了降低改造成本及改造作業(yè)安全性，應(yīng)當(dāng)盡可能的保留原有系統(tǒng)的電控設(shè)備，不改變循環(huán)泵系統(tǒng)的運(yùn)行回路，改造作業(yè)只需要增加控制電路即可，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)從工頻向變頻運(yùn)行方式的切換。目前常見(jiàn)的供熱系統(tǒng)變頻器是ABBACS-400 系列變頻器，這一系列的變頻器能夠具備變頻調(diào)速的功能，同時(shí)具有可編程控制模式，因此應(yīng)用范圍比較大，同時(shí)設(shè)備的穩(wěn)定也比較強(qiáng)，能夠滿足換熱站循環(huán)水系統(tǒng)的改造需求。

完成改造后換熱系統(tǒng)就具備兩種工作模式，原用的工頻模式及變頻模式。換熱站工作人員可根據(jù)不同工作情況下進(jìn)行切換，從而降低系統(tǒng)的能耗，并提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。在變頻模式中，工作人員可以通過(guò)手動(dòng)控制的方式，設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行的功率及頻率，從而對(duì)循環(huán)泵的電機(jī)輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，變頻模式下還有自動(dòng)控制系統(tǒng)，這主要是通過(guò)PLC 來(lái)進(jìn)行控制，通過(guò)溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)供熱系統(tǒng)運(yùn)行狀況的自動(dòng)判斷，并根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的編程系統(tǒng)來(lái)對(duì)變頻器下達(dá)指令，再由變頻器控制電機(jī)，達(dá)到供熱溫度的調(diào)節(jié)。而原本的工頻系統(tǒng)則是在變頻器出現(xiàn)故障問(wèn)題時(shí)的應(yīng)急措施，當(dāng)變頻器或PLC 控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，工作人員可以將系統(tǒng)的運(yùn)行模式調(diào)節(jié)回原有的工頻模式，從而確保系統(tǒng)能夠繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)設(shè)備完成維修后再切回變頻模式。

此外，還可在換熱站供熱系統(tǒng)中的補(bǔ)水系統(tǒng)應(yīng)用變頻器，將自動(dòng)補(bǔ)水方式與變頻器補(bǔ)水方式結(jié)合起來(lái)。在供熱系統(tǒng)工作正常的情況下，由自動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行作業(yè)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)泄漏失水超過(guò)設(shè)定的壓力范圍時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)行補(bǔ)水。而如果自動(dòng)調(diào)節(jié)閥故障，或存在水源不足的情況時(shí)就可以啟動(dòng)補(bǔ)水變頻器，對(duì)二次回水管網(wǎng)壓力進(jìn)行跟蹤，并自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)水。在該模式下，補(bǔ)水變頻器采用PID 調(diào)節(jié)方法，主要依靠壓力傳感器實(shí)現(xiàn)跟蹤控制。

2 變頻器故障診斷及處理方法分析

2.1 變頻器常見(jiàn)故障分析

在完成換熱站供熱系統(tǒng)的變頻器改造后，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，還應(yīng)當(dāng)做好變頻器的故障診斷及維修工作。目前，常見(jiàn)的變頻器故障主要有以下幾種：第一，電源故障。這一類型的故障問(wèn)題是變頻器運(yùn)行常見(jiàn)的故障問(wèn)題具體可分兩種：一種是過(guò)電流，即變頻器超過(guò)了限定電流的運(yùn)行狀態(tài)，但一般比短路產(chǎn)生時(shí)的瞬時(shí)電流要小很多，錯(cuò)誤起動(dòng)和負(fù)載轉(zhuǎn)矩過(guò)高是過(guò)電流產(chǎn)生的主要原因。另一種是短路，變頻器短路故障的形式較多，包括三相短路、兩相短路、一相接地短路等；第二種是變頻器內(nèi)部故障。這一類型的故障種類則比較多，常見(jiàn)的有直流環(huán)節(jié)的短路、過(guò)壓、欠壓故障等，以及逆變環(huán)節(jié)的輸出過(guò)壓、欠壓故障、過(guò)電流故障、電流不平衡故障等。并且PLC 控制系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中也有可能出現(xiàn)故障問(wèn)題。因此，針對(duì)變頻器內(nèi)部的故障問(wèn)題需要技術(shù)人員結(jié)合實(shí)際情況具體分析、具體處理[2]；第三種故障類型是過(guò)負(fù)載。當(dāng)電機(jī)的額定電流過(guò)高時(shí)就可能誘發(fā)過(guò)負(fù)載故障。在供熱系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，工作人員要對(duì)上述故障問(wèn)題特別關(guān)注，故障出現(xiàn)時(shí)要及時(shí)處理維修，并總結(jié)故障原因，避免再次出現(xiàn)故障問(wèn)題。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，目前變頻器故障問(wèn)題可以歸納為兩類型的原因：一種是外部原因，例如系統(tǒng)改造時(shí)參數(shù)設(shè)計(jì)不合理，工作人員操作不當(dāng)。整體系統(tǒng)負(fù)荷過(guò)大等，變頻器作為一種精密儀器，在運(yùn)行過(guò)程中一定要注意外界復(fù)雜環(huán)境的影響；另一種則是內(nèi)部故障原因，當(dāng)變頻器內(nèi)部元件損壞，線路故障時(shí)都會(huì)導(dǎo)致變頻器無(wú)法正常工作。在實(shí)際情況中，檢修人員一定要結(jié)合故障發(fā)生的原因進(jìn)行維修工作。

2.2 變頻器故障診斷流程

在變頻器故障診斷過(guò)程中，其首要任務(wù)是確定故障性質(zhì)，找出故障發(fā)生原因及具體部位，從而為故障處理提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)快速檢修，及時(shí)恢復(fù)設(shè)備正常運(yùn)行。變頻器的故障檢修可以分為主動(dòng)檢修和自動(dòng)檢修兩種。其中主動(dòng)檢修方法包括短路檢修、狀態(tài)檢修和系統(tǒng)定期保養(yǎng)維護(hù)等。首先是短路檢修，變頻器系統(tǒng)短路故障的發(fā)生具有突發(fā)性和瞬時(shí)性，線路中的電流會(huì)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)數(shù)倍的提升，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備的故障和線路的損毀，因而在日常維護(hù)中要加強(qiáng)對(duì)于短路保護(hù)狀態(tài)的檢查，確保短路故障發(fā)生時(shí)可以及時(shí)斷開電源。低壓斷路器和熔斷器是變頻器系統(tǒng)短路檢修的重點(diǎn)。在常規(guī)的三相供電系統(tǒng)中會(huì)設(shè)計(jì)相應(yīng)的三相短路保護(hù)，對(duì)于容量不高的系統(tǒng)主電路，熔斷器也可以作為短路保護(hù)裝置，但是對(duì)于變頻器必須設(shè)置單獨(dú)的裝置進(jìn)行短路保護(hù)。其次狀態(tài)檢修，也就是系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中采取的檢修策略，狀態(tài)檢修相較于事后檢修而言可以將故障隱患扼殺在搖籃中，對(duì)變頻器運(yùn)行的故障隱患進(jìn)行有效的排查處理。不同的供熱系統(tǒng)所采取的檢修方法和檢修的周期也會(huì)有所差異，技術(shù)人員可以根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行表現(xiàn)進(jìn)行狀態(tài)檢修方案的設(shè)計(jì)和執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)故障更加準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。狀態(tài)檢修通過(guò)防范故障在一定程度上可以降低供熱系統(tǒng)運(yùn)行的維護(hù)成本。最后則是系統(tǒng)運(yùn)行中的日常檢修保養(yǎng)，包括潤(rùn)滑油添加、設(shè)備吹灰以及零部件定期檢驗(yàn)更換等。

自動(dòng)檢修是未來(lái)?yè)Q熱站設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，自動(dòng)檢修以電氣控制系統(tǒng)自動(dòng)化為基礎(chǔ)，借助先進(jìn)的設(shè)備管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)化監(jiān)控，監(jiān)視系統(tǒng)還可以生成具有聲音和影像的系統(tǒng)日志。目前，部分變頻器已經(jīng)具備運(yùn)行監(jiān)測(cè)和故障預(yù)警定位功能。在正常運(yùn)行狀態(tài)下系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，當(dāng)電源、其他設(shè)備參數(shù)異?；蛘呤沁\(yùn)行中斷時(shí)，自檢系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行全方位的掃描，對(duì)安全隱患和系統(tǒng)故障進(jìn)行排查和基本的處理，當(dāng)自檢系統(tǒng)無(wú)法徹底解決故障時(shí)會(huì)將故障信息傳輸至中央系統(tǒng)，維修人員可以根據(jù)系統(tǒng)日志的記錄及故障的表現(xiàn)進(jìn)行分析，從而提高維修人員進(jìn)行設(shè)備維修的效率[3]。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是自動(dòng)檢修得以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)前提，但是目前計(jì)算機(jī)控制仍然存在較大的提升空間，技術(shù)人員要加快計(jì)算機(jī)控制軟件的更新和完善，結(jié)合變頻器的運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性的軟件程序編寫，從而實(shí)現(xiàn)故障發(fā)生時(shí)的自動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)。

3 結(jié)語(yǔ)

在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略指導(dǎo)下，供熱企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極利用各種技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的節(jié)能優(yōu)化。實(shí)踐證明，通過(guò)在換熱站控制系統(tǒng)中應(yīng)用變頻器能夠有效實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性并實(shí)現(xiàn)節(jié)能。變頻器的應(yīng)用能夠有效調(diào)節(jié)換熱站循環(huán)泵系統(tǒng)的電機(jī)輸出狀態(tài)，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中非負(fù)荷來(lái)決定電機(jī)的輸出功率，從而降低不必要的能源消耗。因此，換熱站應(yīng)當(dāng)結(jié)合自身的設(shè)備情況，合理選擇變頻器，并在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中合理采用科學(xué)的故障診斷和處理方法，從而提高變頻器設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定程度，充分發(fā)揮變頻器在換熱站日常作業(yè)中的重要作用，提升換熱站設(shè)備運(yùn)行的節(jié)能效率。