熱交換站供暖循環水運行控制現狀
熱交換站的二次供暖循環水運行系統都是通過電機帶動定量循環泵來提供循環水的動力。通常設計人員在電機選型時，由于電機按一定模數分級，往往選擇功率比水泵輸入功率大的電機，功率留有一定余量。我們知道熱交換站內二次供暖系統根據流量情況可分為定流量系統和變流量系統，無論那種系統，電機都是直接接市電一直以工頻運行，電機都要全速運轉，無法隨著供暖負荷的變化而變化，循環泵輸出流量是恒定的，當根據天氣溫度或供暖負荷變化需要對循環水流量進行控制和調節時，通常的控制手段是開大閥門或關小閥門來人為調節，這樣在閥門上產生了附加損失，使得能量因為閥門的節流損失消耗掉了，浪費了大量能源。又由于溫度是個滯后參數，調節周期長，用閥門調節控制精度受到限制。泵類設備多數采用異步電動機直接驅動的方式運行，存在啟動電流大、機械沖擊、電氣保護特性差等缺點，時常出現泵損壞同時電機也被燒毀的現象，不但浪費能源而且加快了設備損耗。
循環水泵采用變頻控制能較好地解決這個問題。在滿足供熱的條件下，調節電機轉速，保證一定的系統壓差，可獲得可觀的節電效果。
變頻調速節能原理
通過流體力學的基本定律可知：循環泵屬平方轉矩負載，其n（轉速）、Q（流量）、H（壓力）以及P（軸功率）具有如下關系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。可以看出改變電機轉速可以調節循環泵的流量的方法，要比采用閥門調節更為節能經濟，設備運行工況也將得到明顯改善。電機的轉速與工作電源輸入頻率成正比，即：n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數）,由于s、p對某一電機是固定值，因此通過改變電動機工作電源頻率能達到改變電機轉速的目的。變頻器就是基于上述原理采用交-直-交電源變換技術，集電力電子、微電腦控制等技術于一身的綜合性電氣產品。
對循環水系統進行變頻的改造正是基于以上原理。改造后的系統，將室外溫度、系統供回水壓差及回水溫度作為輸入參數，加上PLC控制器處理下達變頻調速指令，通過變頻器適時適量地控制循環泵電機的轉速來調節循環泵的輸出流量，滿足供暖負荷要求。這就使電機在整個負荷和變化過程當中的能量消耗降到zui小程度。再有，應用變頻器還能提高系統的功率因數，減少電機的無功損耗，并提高供電效率和供電質量。綜上所述，不難看出，對原供暖換熱系統進行變頻節能改造能夠帶來巨大的節能效果。
對原系統進行變頻改造時，為確保安全可靠性，對原系統電控設備盡量不作變動。另外，保留循環泵電機運行回路，增加控制電路，保證系統可以方便地在工頻和變頻兩種運行狀態下進行切換。
供暖換熱系統的變頻改造節能分析
循環水泵是傳遞流體的裝置，這類負載消耗的能量與流量的立方成正比，根據能量消耗與轉速的關系式：Q＝Kn；H＝K2n2；P＝Q×H＝K3n3。式中，K1、K2、K3為常數，n為電機的轉速。又，三相交流異步感應電機n =60 f（1-s）／p，式中f為供電頻率，s為滑差率，p為電機極對數。電機一旦選定后，s、p是固定常數，則n可表示為：n＝K0f，即與供電頻率成線性正比例關系。當電機輸入頻率為工頻50Hz時，n＝K0×50轉／分；此時功率P1＝K3（K0×50）3＝K×503；當電機輸入頻率為40Hz時，n＝K0×40轉／分，功率P2＝K3（K0×40）3＝K×403。P2／P1％＝K×403／K×503％＝51％，由此可見，從理論上計算，當電機轉速降低20％時，就可以節電49％。
熱交換站二次供暖系統循環水泵變頻控制的實際應用
我們在換熱站安裝了為了節電控制設備，采暖循環泵由軟起動控制改為變頻控制，該系統有手動和自動兩種變頻功能和一種工頻功能。在變頻模式下，手動時，可以人為隨意給定頻率，控制循環泵的輸出流量，調節供暖溫度。自動時，變頻器和PLC控制器進行通訊，PLC控制器根據系統供回水壓差及回水溫度傳感器傳上來的信號進行處理，按照供熱要求給變頻器發出控制指令，控制電機轉速調節循環泵輸出流量，從而達到調節溫度的目的。在變頻器出故障時，可手動切換到工頻運行，保證繼續供熱不停產。
驗證變頻控制的實際節電效果，在熱交換站進行了相關對比試驗。采暖循環水泵型號TB/9616-1999，額定功率35kW額定電流:69A，試驗方法：采暖循環泵由軟起動控制改為變頻控制，檢測手段：以48小時為一檢測周期，試驗結果：原系統在380V50Hz狀態下運行，按照兩天試驗（48小時）的記錄，總耗電量為1585.9kWh，平均每小時所消耗的電能為33.04kWh，每天耗電量為792.96kWh。改造后系統在380V變頻狀態下運行，按照兩天試驗（48小時）的記錄，在同等供暖效果的情況下，總耗電量為1186.2kWh，每小時所消耗的電能為24.71kWh，每天耗電量為598.1kWh。在30Hz狀態下運行每小時的電度為13.7kWh；改造后的設備每小時節電度為8.33kWh，每天節約電量為194.86kWh。節電率為25％。按照現在電費收取標準0.7元/度計算，每天節省電費約為140元，按照通常的標準，采暖季應從11月至3月，共計140天，一個采暖期一臺水泵節約電費約為19592元。
通過上面的試驗，我們可以看出變頻控制可以有效的節電，尤其對于老供熱系統和大負荷的供熱系統而言，變頻控制可有效降低熱交換站的運行費用。
