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熱電廠供熱機(jī)組熱循環(huán)水系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)，目前常用的方法是閥門(mén)節(jié)流調(diào)節(jié)補(bǔ)水泵的流量或啟動(dòng)、停止補(bǔ)水泵來(lái)維持循環(huán)水系統(tǒng)的壓力，這種方式雖然簡(jiǎn)單卻能耗極大。根據(jù)測(cè)試當(dāng)機(jī)泵的流量由100%降至50%時(shí)，電動(dòng)機(jī)功率則為額定功率的64%，而此時(shí)機(jī)泵的軸功率理論計(jì)算值只有額定功率的12.5%，大部份功率損失在節(jié)流調(diào)節(jié)中，熱網(wǎng)循環(huán)系統(tǒng)補(bǔ)水泵的情況也大致相同。另外，更嚴(yán)重的問(wèn)題是：當(dāng)閥門(mén)調(diào)整不能滿足要求將采用間斷運(yùn)行的方式進(jìn)行補(bǔ)水造成循環(huán)系統(tǒng)壓力大幅度波動(dòng)。采用變頻調(diào)速恒壓補(bǔ)水技術(shù)，隨著熱網(wǎng)循環(huán)系統(tǒng)壓力的變化、合理的調(diào)節(jié)機(jī)泵的運(yùn)行狀態(tài)，則不僅方便工藝調(diào)節(jié)、節(jié)約大量能源又可保證熱網(wǎng)安全運(yùn)行。
（一） 改造前的概況
雁南熱電廠于2004年10月中旬對(duì)供熱系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試及試運(yùn)行調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)高溫網(wǎng)和低溫網(wǎng)的兩套變頻補(bǔ)水裝置投入運(yùn)行后嚴(yán)重干擾熱網(wǎng)測(cè)控儀表及設(shè)備儀表顯示異常，雜亂無(wú)章的閃爍控制紊亂導(dǎo)致整個(gè)熱網(wǎng)系統(tǒng)不能運(yùn)行，使變頻器被迫退出運(yùn)行,使用人工控制補(bǔ)水泵運(yùn)行狀態(tài)以靠起動(dòng)和停止補(bǔ)水泵來(lái)維持循環(huán)系統(tǒng)的壓力，壓力極其不穩(wěn)經(jīng)常超出正常的運(yùn)行參數(shù)造成超壓事故，對(duì)熱網(wǎng)系統(tǒng)管道換熱器及熱用戶(hù)的散熱器等設(shè)備危害極大，對(duì)于頻繁起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)補(bǔ)水泵沖擊很大,經(jīng)常損壞設(shè)備，維護(hù)費(fèi)用大幅度增加。對(duì)此存在的干擾問(wèn)題多次找建設(shè)、設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試部門(mén)都沒(méi)有得到解決，因此兩套變頻調(diào)速裝置在整個(gè)采暖期均不能投入使用。
（二） 改造變頻調(diào)速恒壓補(bǔ)水控制系統(tǒng)和投入的必要性
1、保障熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)安全運(yùn)行的需要
由于人工調(diào)節(jié)控制熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)壓力波動(dòng)很大，隨時(shí)都有可能造成熱網(wǎng)系統(tǒng)超壓而造成換熱器管道、熱用戶(hù)散熱器等設(shè)備爆破損壞的重大事故，更危險(xiǎn)的是雁南熱電廠供熱的用戶(hù)是三礦大井井口,將危及三礦大井安全,絕不可輕視。所以恒壓補(bǔ)水系統(tǒng)的投入是非常必要的。
2、節(jié)能的需要
補(bǔ)水泵采用閥門(mén)調(diào)節(jié)的定速離心水泵、由于熱網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行工況與計(jì)算工況產(chǎn)生的差異致使水泵揚(yáng)程、流量的設(shè)計(jì)值與實(shí)際運(yùn)行的數(shù)值相差甚大，一般流量富裕系數(shù)達(dá)1.15－1.3；揚(yáng)程富裕系數(shù)達(dá)1.2－1.5；電動(dòng)機(jī)功率富裕系數(shù)達(dá)1.15－1.3。一般熱網(wǎng)補(bǔ)水為了滿足不同的池漏量要求,以上的富裕系數(shù)還要大。這樣就造成水泵運(yùn)行負(fù)荷僅達(dá)設(shè)計(jì)負(fù)荷的50%－70%，電機(jī)常年運(yùn)行負(fù)荷僅為額定負(fù)荷的70%，若設(shè)計(jì)效率為85%，而實(shí)際運(yùn)行效率最多則有60%左右，這就是所謂的“高效設(shè)計(jì)、低效運(yùn)行”，大量的能源浪費(fèi)在過(guò)大的設(shè)計(jì)裕度和落后的調(diào)節(jié)方式上，如果將變頻調(diào)速裝置投入運(yùn)行、因離心水泵的軸功率與其轉(zhuǎn)速的平方成正比、故降速之后，流量一般降低，而軸功率則大幅度降低，因而節(jié)能效果相當(dāng)顯著。
3、工藝調(diào)節(jié)控制的需要
熱網(wǎng)在運(yùn)行中，熱用戶(hù)涉及的設(shè)備非常廣泛,泄漏點(diǎn)難以確定和消除泄漏量不定控制機(jī)理復(fù)雜，如果控制不好，就難以達(dá)到理想的運(yùn)行狀態(tài)，用節(jié)流方式調(diào)節(jié)及控制不僅浪費(fèi)能源而且不夠方便，如果運(yùn)用變頻調(diào)速對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，就可較方便地通過(guò)調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速?gòu)亩{(diào)節(jié)水泵介質(zhì)流量，壓力達(dá)到與其它參數(shù)優(yōu)化配置的目的。
4、自動(dòng)化控制的需要
實(shí)踐證明水泵采用變頻調(diào)速后，可方便有效地與計(jì)算機(jī)分散控制系統(tǒng)（DCS），可編程控制器（PLC）進(jìn)行無(wú)縫連接，比如與機(jī)爐DCS控制系統(tǒng)連接后可對(duì)熱網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行高質(zhì)量的控制，提高機(jī)組和熱網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的自動(dòng)化水平及控制質(zhì)量。
（三） 分析生產(chǎn)干擾及導(dǎo)致熱網(wǎng)測(cè)控設(shè)備失靈的原因
通過(guò)分子細(xì)研究分析變頻器安裝使用說(shuō)明資料以及設(shè)計(jì)施工圖紙，并檢查實(shí)際控制電纜.動(dòng)力電纜.熱工信號(hào)電纜敷設(shè)情況，發(fā)現(xiàn)存在問(wèn)題如下：
1、 變頻器控制回路及動(dòng)力回路設(shè)計(jì)不合理具體情況見(jiàn)附圖1,變頻器電源、用于切換和起動(dòng)的接觸器13KM、13KM＂、14KM、14KM＂在380V配電室;變頻器在就地安裝。操作開(kāi)關(guān) 按鈕 中間繼電器位于熱網(wǎng)控制室，當(dāng)變頻器帶電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，變頻器帶有強(qiáng)烈電磁諧干擾的輸出電流經(jīng)電纜回到380V配電室配電柜中的13KM、＂14KM＂接觸器切換后返往現(xiàn)場(chǎng),驅(qū)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)帶泵工作。變頻器安裝技術(shù)指導(dǎo)書(shū)中嚴(yán)格規(guī)定變頻器輸出電纜應(yīng)盡量短而且遠(yuǎn)離電源電纜，控制信號(hào)電纜，以免耦合電磁干擾。如果有兩套變頻器工作，將有4條電纜擴(kuò)散強(qiáng)烈的電磁幅射干擾、并耦合到同溝敷設(shè)的熱網(wǎng)熱工信號(hào)電纜，是造成熱工控制系統(tǒng)失常的主要原因。
2、 電纜敷設(shè)不符合技術(shù)要求
動(dòng)力電纜、控制電纜、熱工控制電纜、熱工儀表電纜、變頻器輸出電纜，在同一電纜溝、同一托架敷設(shè)，無(wú)法消除電磁干擾的耦合，致使熱工儀表設(shè)備顯示控制紊亂。變頻器輸出至電動(dòng)機(jī)電纜型號(hào)不符合要求。
根據(jù)AS/NZS2064，1997標(biāo)準(zhǔn)里對(duì)A級(jí)設(shè)備的要求對(duì)變頻器的電機(jī)電纜有嚴(yán)格的規(guī)定，TD2100型變頻器規(guī)定電機(jī)電纜必須使用帶有屏蔽層的對(duì)稱(chēng)三芯電纜或是帶屏蔽層的四芯電纜。允許使用，屏蔽層電導(dǎo)率小于電纜電導(dǎo)率的50%時(shí)，需要使用單獨(dú)的PE導(dǎo)線。不允許使用無(wú)屏蔽層的四芯電纜或三芯電纜加一根保護(hù)接地、補(bǔ)水泵電動(dòng)機(jī)使用的是無(wú)屏蔽層的3×2.5+1×1.5電纜、所以將會(huì)產(chǎn)生很大的電磁幅射。
根據(jù)以上多方面檢查分析基本可以確定引起熱工儀表及設(shè)備異常的根源是由于上述原因產(chǎn)生的電磁幅射干擾而導(dǎo)致的。
（五）研究消除干擾的解決方案
1、根據(jù)前面的分析產(chǎn)生干擾的原因已明確。要想各類(lèi)電纜分開(kāi)敷設(shè)已經(jīng)不可能，只能從改變?cè)O(shè)計(jì)的電氣回路和采用符合要求的變頻輸出電纜來(lái)減少電磁幅射。為了證明這種想法的可行性，我們進(jìn)行如下試驗(yàn)：將變頻器移至就地，接好變頻器輸入電源，變頻器用1根推茬使用的屏蔽電纜與電動(dòng)機(jī)連接好，解開(kāi)水泵與電動(dòng)機(jī)連接的對(duì)輪，送上變頻器電源，起動(dòng)變頻器帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，實(shí)踐證明熱工儀表及控制設(shè)備顯示控制正常，這個(gè)試驗(yàn)為確定改造方案打下了基礎(chǔ)。
2、解決干擾的方案之一
根據(jù)面上的分析及試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，干擾儀表設(shè)備的最主要的原因是變頻器輸出電纜在共用的電纜溝里往返時(shí)造成的兩次電磁干擾。為了避免干擾可以將電纜溝里的變頻器輸出電纜取消，但必須將380V配電室4個(gè)盤(pán)內(nèi)的13KM＂；13KM＂； 14KM＂；14KM＂的接觸器和相對(duì)應(yīng)的熱繼電器及全部的二次配線和拆移到就地變頻器柜內(nèi)，控制電纜必須重新敷設(shè)。這個(gè)方案的缺點(diǎn)是改造的工作量非常大而且必須重新設(shè)計(jì)，施工、調(diào)試。具體施實(shí)難度很大，也浪費(fèi)很多材料。
3、消除干擾方案之二
1、在就地變頻柜內(nèi)增加4塊接觸器，兩塊接觸器用于2臺(tái)補(bǔ)水泵變頻運(yùn)行的切換，另2塊接觸器用于2臺(tái)補(bǔ)水泵的工頻運(yùn)行（包括手動(dòng)運(yùn)行）的切換。原理見(jiàn)附圖2，當(dāng)變頻器帶1＃泵運(yùn)行時(shí)，接觸器ZC1閉合，SC1斷開(kāi)。而SC1斷開(kāi)是為了變頻器通過(guò)帶1＃泵工作時(shí)，防止強(qiáng)電磁干擾的電壓送入電纜溝使工頻電纜造成干擾，當(dāng)手動(dòng)運(yùn)行1＃泵時(shí)ZC1斷開(kāi)防止變頻電流送入工頻運(yùn)行的1＃泵電動(dòng)機(jī)，這樣改造后使變頻器輸出的帶有強(qiáng)烈電磁諧波電流不再往返于配電室與電動(dòng)機(jī)之間使干擾降到最低。
2、更換符合技術(shù)要求的電纜根據(jù)變頻器的技術(shù)規(guī)范要求采用的屏蔽電纜線。
3、由于電阻遠(yuǎn)傳壓力表經(jīng)常出現(xiàn) 線電阻接觸不良，電阻值脈動(dòng)，導(dǎo)變頻器頻率驟變。造成輸出電流諧波成份增加而產(chǎn)生干擾。將原設(shè)計(jì)的電阻遠(yuǎn)傳壓力表的電阻信號(hào)，改為電容式壓力變送器的4－20mA信號(hào)。
（五）改造工程項(xiàng)目的實(shí)施及調(diào)試
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況為了取得較好的效果，我們采用了第二個(gè)方案
1、在兩臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)變頻柜內(nèi)按附圖2進(jìn)行安裝接觸器及柜內(nèi)配線，連接所有的動(dòng)力電纜及信號(hào)和控制電纜。
2、將380V配電室的9＃、34＃、21＃及33＃柜內(nèi)部13KM＂、14KM＂接觸器拆除下口接線，并且按照附圖3改配線到備用端子上引出A11、C11、C1、C2。利用控制電纜的備用芯線送往熱網(wǎng)控制室、再用過(guò)渡線送往變頻柜控制電纜的備用芯線接到變頻柜內(nèi)的A11、C11、C1、C2端上。
3、將原電阻遠(yuǎn)傳壓力表屏蔽電纜拆開(kāi)按高溫網(wǎng)和低溫網(wǎng)分別串接在高溫網(wǎng)回水和低溫網(wǎng)回水的壓力變送器回路中，并把112端子接變頻器的正，116端子接負(fù)，114端懸空即可。
4、修改TD2100變頻器內(nèi)部功能碼參數(shù)將
F90設(shè)為1 F91設(shè)為0 F92設(shè)為20 F93設(shè)為0 F94設(shè)為100 F95設(shè)為100
F96設(shè)為1
2、打開(kāi)變頻器蓋板，將主板的J4跳線跳為I、把盤(pán)柜的112端子和116端子分別接在變頻器的GG1和GND端子上。而后安裝好蓋板。
5、系統(tǒng)調(diào)試與試運(yùn)行
兩變頻調(diào)速自動(dòng)恒補(bǔ)水控制系統(tǒng)分別進(jìn)行試運(yùn)行、運(yùn)行狀態(tài)也比較好，但發(fā)現(xiàn)運(yùn)行一段時(shí)間后，壓力信號(hào)突然上升至16mA左右固定不動(dòng)，重新起動(dòng)后正常，過(guò)一段時(shí)間重復(fù)出現(xiàn)，經(jīng)仔細(xì)研究分析,定性為信號(hào)中有干擾導(dǎo)致配電器和壓力變送器失常引起，在變頻柜信號(hào)輸入回路加裝濾波電容后一切恢復(fù)正常,通過(guò)加入擾動(dòng)信號(hào)，被調(diào)量在個(gè)1+1/2振蕩周期之后達(dá)到給定值的穩(wěn)定狀態(tài)，效果非常理想。
（六）改造后變頻調(diào)速恒壓補(bǔ)水控制系統(tǒng)投入產(chǎn)生的效益分析
1、通過(guò)這次改造使兩套恒壓補(bǔ)水系統(tǒng)得以使用，否則由于存在嚴(yán)重的干擾問(wèn)題導(dǎo)致儀表控制系統(tǒng)失常根本不能使用，浪費(fèi)投入資金如下：
變頻器柜8.9萬(wàn)元 2臺(tái)
低壓配電柜1.5萬(wàn)元 4臺(tái)
各種動(dòng)力電纜、控制電纜及屏蔽電纜3.2萬(wàn)元計(jì)
8.9×2＋1.5×4＋3.2＝27萬(wàn)元
根據(jù)去年采暖熱網(wǎng)運(yùn)行情況來(lái)看，由于熱網(wǎng)恒壓補(bǔ)水不能投入運(yùn)、采用人工控制先后造成了2次超壓事故，如果今年還不能投入自動(dòng)的話，2次超壓事故將會(huì)造成三礦大井井口換熱器停止供熱，由于超壓事故損壞的范圍太廣設(shè)備太多，恢復(fù)運(yùn)行困難極大，每次搶修事故的時(shí)間在3天左右，將造成三礦井口換熱器結(jié)冰導(dǎo)致大井停產(chǎn)6天，影響生產(chǎn)原煤3萬(wàn)噸按每噸煤按180元計(jì)算30000噸×180元＝360萬(wàn)噸 將會(huì)給企業(yè)造成360萬(wàn)元經(jīng)濟(jì)損失。
此系統(tǒng)的投入可避免事故的發(fā)生，為安全生產(chǎn)創(chuàng)造了極有利的基礎(chǔ)條件，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益是不可估量的。另外創(chuàng)造社會(huì)效益也是非常大的，事故的發(fā)生會(huì)給企業(yè)造成極壞影響，是短時(shí)期內(nèi)無(wú)法彌補(bǔ)的。
(七) 結(jié)論
理論和實(shí)踐證明我們這次對(duì)這兩變頻調(diào)速壓補(bǔ)水控制系統(tǒng)的改造是成功的，將不能使用的系統(tǒng)通過(guò)改造現(xiàn)在已經(jīng)投入使用了，不僅可節(jié)約大量的能源及資金，保證了設(shè)備運(yùn)行的安全產(chǎn)生，為DCS分散控制系統(tǒng)及PLC可程控制器的接入創(chuàng)造條件，提高了我廠的自動(dòng)化程度。
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