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一、摘要
本文主要以某热电公司换热站的供热系统为背景，根据集中供热及电气控制原理，得出了在集中供热系统中的换热站应用电气控制在节能降耗上的重要作用，主要从以下四个方面对课题进行阐述：
首先阐述此课题建设的意义及必要性；其次根据实际条件介绍系统的构成及硬件组成；第三深入分析换热站电气控制改造前后，对节能运行的效果分析。
关键词：电气控制 换热站 节能应用
中图分类号：TE08 文献标识码： A
二、换热站电气控制建设的意义及必要性
在过去的换热站供热中，主要依靠人工手动调节和电话调度指挥，缺乏及时、有效的控制及通讯手段，造成调节不及时、调节精度低等现象，导致出现能源浪费和生产滞后等问题。通过实施换热站电气控制改造后，由于机组的电气化程度得到提高，可以精确地进行控制，实现了稳定供热，经济运行。具体的现实意义及必要性如下：
1、实现实时连续调节，保证稳定供热。通过实时采集室外温度，及时电气调整二次网供水温度，使供热质量更稳定，调节更精确，减少了超标供热的能源浪费和不达标供热现象。
2、利用报警功能，保障安全供热。系统时刻监测着机组的运行状态，避免人工观察不及时和误判，在出现重大故障时，机组电气停机，避免事故损失进一步扩大。
3、协助热源实现调峰功能。由于监控系统可对所有换热站远程控制，使热源和换热站之间相互调整，保障一次网合理分配热量。
4、提高数据分析能力，降低了能源消耗。通过集中分析比对各个站点能耗情况，为判断和调整供热系统提供了依据，实现节能供热。
5、实现无人职守运行，节约运营成本。现在只需分片管理，定时巡检，不用每站点安排专值运行人员，每年可节约大量人工成本。
可见，换热站电气控制在节约资源消耗、安全達标供热、降低劳动强度、节约经营成本等各方面都具有深远的意义及必要性。
三、换热站电气控制的构成及硬件
1、电气控制构成
电气控制包含三级监控，第一级为监控中心SCC（即集团公司监控中心），第二级为监控分中心HCC（即各热力公司监控中心），第三级监控为现场控制单元LCM（即自控机组），系统通过有线电视光纤专网TCP/IP协议连接。
第一级监控中心SCC（即集团公司监控中心）是集中供热系统的监控和信息交换主中心，接收所有二级监控中心信息数据，调度管理二级监控中心，为管理层的运行成本分析和管理以及安全生产和优质服务管理提供了方便快捷的信息传递渠道。
第二级监控分中心HCC（即各热力公司监控中心）位于各热力分公司，它直接负责辖区供热管网和换热站的实时监控和调整等操作，是整个监控系统中最关键的单元。监控分中心读取现场就地控制器的数据，根据管网平衡情况对换热站进行人工调整调度和机组的远程控制配合操作，实现管网的优化和经济运行。同时，监控分中心对管网数据进行采集并上传到监控中心（SCC）。
第三级现场控制单元LCM是换热站的就地控制单元，包括控制器、通讯设备、传感器和电气调节阀等设备，控制器对现场设备进行数据采集和实现电气控制，监控中心对就地控制单元进行数据采集和集中监控，所有的控制单元都配有中文图示显示，操作员可以进行就地操作。就地控制器支持以太网TCP/IP通讯，为系统的网络组态提供强大的支持。传感器负责各种运行参数的测量和反馈，电气调节阀执行就地控制器的命令，实现电气调节，节能经济运行。
2、电气控制硬件组成：
1. 换热站LCM就地现场控制单元主要硬件：
水泵和变频器：根据换热站的大小，配备相应的水泵和变频器设备，实现对循环泵和补水泵的变频节能控制。
压力变送器：西门子QBE2002压力传感器，输出0-10V，量程0-16bar。
温度传感器：西门子QAE2120，Ni1000，-30-130℃。
调 节 阀：西门子VVF529系列两通阀，1.6MPa，阀杆行程20-40mm，KVS30-300m3/h。
执 行 器： 西门子SKC、SKB系列，阀杆行程20-40mm。
四、换热站电气控制策略
换热站控制系统主要有三大控制策略，即：首先是温度控制回路是换热站控制最关键的部分,为用户提供舒适的供暖并节约能源是温度控制策略的目的。其次是压差控制回路，主要控制循环泵，保证用户有高效的换热,以最低的电量满足循环流量的要求。再次是回压控制回路，主要是控制补水泵，保证管网水压能够达到末端最不利用户。最后是安全保护控制，也是机组安全运行所必需的功能，保证换热站工作在一个稳定的环境,并且安全地给用户提供供暖。
1、温度曲线
温度曲线关系到“二次供水温度”和“室外温度”的过程变化，并可满足当地换热站的要求。在控制器中，温度曲线是一条由8个点定义的曲线，操作员在现场能通过面板修改温度曲线参数，管理员控制中心也可以很容易的修改曲线参数。
2、温度控制回路
功能说明：调节阀控制二次供水温度设定值,以期满足室温要求,是换热站的主要控制功能,控制方式分为手动控制和电气控制。
手动模式:二次供水温度设定值由操作员通过手操器手动设定，二次供水温度保持恒定。
电气模式:二次供水温度设定值依照室外温度曲线变化，该曲线参照当地供热温度曲线设定，其中，过程值为二次供水温度，设定值为二次供水温度设定值，输出为调节阀。
3、压差控制回路
压差控制是控制循环泵为末端用户提供足够的压力，在有两个或三个循环泵的换热站，如果压力不够，将依次启动其他循环泵，以提供足够的压力。
功能说明：控制循环泵转速保持二次供回水的压差，其中过程值为二次供回压差，设定值为二次供回压差设定值，输出为循环泵变频调速。
4、回压控制回路
功能说明:这主要是为循环泵提供稳定的基本压力，控制补水泵运行在二次回水压力设定 值内，其过程值为二次回压，设定值为二次回压设定值，输出为补水泵变频转速。
5、安全保护控制
安全互锁主要是为了保护换热站设备和终端用户的管道安全，其分为高温保护、高压保护、低压保护及泵阀互锁。
五、应用电气控制后的效果分析
1、节能效果分析
换热站监控系统自从2006年全面投入使用以来，从运行手段和运行结果对比分析得出，供热效率明显提高，单耗明显下降，供热质量得到了提高，产生了较大经济效益。以某公司为例，2006年12月份室外平均温度为5.0℃，2007年12月份室外平均温度为4.7℃,下降了0.3℃，其供热单耗（t/h.万平方米）比较如下：
表5-1 某公司12月份蒸汽单耗对比情况
站名 站点1 站点2 站点3 站点4 站点5 站点6 站点7
面积(万㎡) 6.488 7.887 2.486 21.92 9.393 6.385 14.59
06年 0.29 0.49 0.5 0.41 0.47 0.31 0.54
07年 0.29 0.36 0.46 0.31 0.4 0.34 0.42
同比 0 -0.13 -0.04 -0.1 -0.07 0.03 -0.12
站名 站点8 站点9 站点10 站点11 站点12 站点13 平均
面积(万㎡) 7.284 8.208 13.58 12.6 3.517 2.905
06年 0.6 0.41 0.47 0.43 0.34 0.43 0.44
07年 0.37 0.38 0.42 0.42 0.65 0.32 0.4
同比 -0.23 -0.03 -0.05 -0.01 0.31 -0.11 -0.04
由此看出：2007年在投入自控后室外平均温度下降了0.3℃，室内温度在要求提高了2℃的情况下单耗降低了0.04，如果把气温下降和室内温度上调因素作为设备改造和加强管理调试带来的效益不计算在内，则按照面积推算每供热季节约蒸汽117978.264吨，按照内部折算价格计算，折合资金1067.7万元，标煤17221.02t。相当于减少排放二氧化碳4.098万吨/年；减少排放二氧化硫242.47吨/年，节能减排效果异常明显。
2、运营成本分析
换热机组实现无人值守，在节能的同时提高了机组运行的可靠性，也减少了操作人员的劳动强度，节约了运营成本。集团公司以往人工调试采用三班制，每站需要雇用临时人员3人，采取自控后，大大降低了人力物力，只是需安排1人负责日常巡检，以某公司32个站计算，节约人力：64人，按照人均工资1000元/月计算，供热季期间共节约人工费用32万余元。
六、结论
随着城市化建设步伐的加快和广大人民群众生活水平的不断提高，集中供热事业已经成为关系国计民生的大事，也影响到了城市化建设的进程，本文论述了电气控制技术在换热站集中控制系统中的应用，通过与传统的人工供热方式相对比，分析得出该系统具有操作准确、便捷、迅速，能有效的消除人为操作的惰性和滞后造成的能源浪费，有效提高供热效率，节约能源的结论。
本文主要以某热电公司换热站的供热系统为背景，根据集中供热及电气控制原理，得出了在集中供热系统中的换热站应用电气控制在节能降耗上的重要作用，主要从以下四个方面对课题进行阐述：
首先阐述此课题建设的意义及必要性；其次根据实际条件介绍系统的构成及硬件组成；第三深入分析换热站电气控制改造前后，对节能运行的效果分析。
关键词：电气控制 换热站 节能应用
中图分类号：TE08 文献标识码： A
二、换热站电气控制建设的意义及必要性
在过去的换热站供热中，主要依靠人工手动调节和电话调度指挥，缺乏及时、有效的控制及通讯手段，造成调节不及时、调节精度低等现象，导致出现能源浪费和生产滞后等问题。通过实施换热站电气控制改造后，由于机组的电气化程度得到提高，可以精确地进行控制，实现了稳定供热，经济运行。具体的现实意义及必要性如下：
1、实现实时连续调节，保证稳定供热。通过实时采集室外温度，及时电气调整二次网供水温度，使供热质量更稳定，调节更精确，减少了超标供热的能源浪费和不达标供热现象。
2、利用报警功能，保障安全供热。系统时刻监测着机组的运行状态，避免人工观察不及时和误判，在出现重大故障时，机组电气停机，避免事故损失进一步扩大。
3、协助热源实现调峰功能。由于监控系统可对所有换热站远程控制，使热源和换热站之间相互调整，保障一次网合理分配热量。
4、提高数据分析能力，降低了能源消耗。通过集中分析比对各个站点能耗情况，为判断和调整供热系统提供了依据，实现节能供热。
5、实现无人职守运行，节约运营成本。现在只需分片管理，定时巡检，不用每站点安排专值运行人员，每年可节约大量人工成本。
可见，换热站电气控制在节约资源消耗、安全達标供热、降低劳动强度、节约经营成本等各方面都具有深远的意义及必要性。
三、换热站电气控制的构成及硬件
1、电气控制构成
电气控制包含三级监控，第一级为监控中心SCC（即集团公司监控中心），第二级为监控分中心HCC（即各热力公司监控中心），第三级监控为现场控制单元LCM（即自控机组），系统通过有线电视光纤专网TCP/IP协议连接。
第一级监控中心SCC（即集团公司监控中心）是集中供热系统的监控和信息交换主中心，接收所有二级监控中心信息数据，调度管理二级监控中心，为管理层的运行成本分析和管理以及安全生产和优质服务管理提供了方便快捷的信息传递渠道。
第二级监控分中心HCC（即各热力公司监控中心）位于各热力分公司，它直接负责辖区供热管网和换热站的实时监控和调整等操作，是整个监控系统中最关键的单元。监控分中心读取现场就地控制器的数据，根据管网平衡情况对换热站进行人工调整调度和机组的远程控制配合操作，实现管网的优化和经济运行。同时，监控分中心对管网数据进行采集并上传到监控中心（SCC）。
第三级现场控制单元LCM是换热站的就地控制单元，包括控制器、通讯设备、传感器和电气调节阀等设备，控制器对现场设备进行数据采集和实现电气控制，监控中心对就地控制单元进行数据采集和集中监控，所有的控制单元都配有中文图示显示，操作员可以进行就地操作。就地控制器支持以太网TCP/IP通讯，为系统的网络组态提供强大的支持。传感器负责各种运行参数的测量和反馈，电气调节阀执行就地控制器的命令，实现电气调节，节能经济运行。
2、电气控制硬件组成：
1. 换热站LCM就地现场控制单元主要硬件：
水泵和变频器：根据换热站的大小，配备相应的水泵和变频器设备，实现对循环泵和补水泵的变频节能控制。
压力变送器：西门子QBE2002压力传感器，输出0-10V，量程0-16bar。
温度传感器：西门子QAE2120，Ni1000，-30-130℃。
调 节 阀：西门子VVF529系列两通阀，1.6MPa，阀杆行程20-40mm，KVS30-300m3/h。
执 行 器： 西门子SKC、SKB系列，阀杆行程20-40mm。
四、换热站电气控制策略
换热站控制系统主要有三大控制策略，即：首先是温度控制回路是换热站控制最关键的部分,为用户提供舒适的供暖并节约能源是温度控制策略的目的。其次是压差控制回路，主要控制循环泵，保证用户有高效的换热,以最低的电量满足循环流量的要求。再次是回压控制回路，主要是控制补水泵，保证管网水压能够达到末端最不利用户。最后是安全保护控制，也是机组安全运行所必需的功能，保证换热站工作在一个稳定的环境,并且安全地给用户提供供暖。
1、温度曲线
温度曲线关系到“二次供水温度”和“室外温度”的过程变化，并可满足当地换热站的要求。在控制器中，温度曲线是一条由8个点定义的曲线，操作员在现场能通过面板修改温度曲线参数，管理员控制中心也可以很容易的修改曲线参数。
2、温度控制回路
功能说明：调节阀控制二次供水温度设定值,以期满足室温要求,是换热站的主要控制功能,控制方式分为手动控制和电气控制。
手动模式:二次供水温度设定值由操作员通过手操器手动设定，二次供水温度保持恒定。
电气模式:二次供水温度设定值依照室外温度曲线变化，该曲线参照当地供热温度曲线设定，其中，过程值为二次供水温度，设定值为二次供水温度设定值，输出为调节阀。
3、压差控制回路
压差控制是控制循环泵为末端用户提供足够的压力，在有两个或三个循环泵的换热站，如果压力不够，将依次启动其他循环泵，以提供足够的压力。
功能说明：控制循环泵转速保持二次供回水的压差，其中过程值为二次供回压差，设定值为二次供回压差设定值，输出为循环泵变频调速。
4、回压控制回路
功能说明:这主要是为循环泵提供稳定的基本压力，控制补水泵运行在二次回水压力设定 值内，其过程值为二次回压，设定值为二次回压设定值，输出为补水泵变频转速。
5、安全保护控制
安全互锁主要是为了保护换热站设备和终端用户的管道安全，其分为高温保护、高压保护、低压保护及泵阀互锁。
五、应用电气控制后的效果分析
1、节能效果分析
换热站监控系统自从2006年全面投入使用以来，从运行手段和运行结果对比分析得出，供热效率明显提高，单耗明显下降，供热质量得到了提高，产生了较大经济效益。以某公司为例，2006年12月份室外平均温度为5.0℃，2007年12月份室外平均温度为4.7℃,下降了0.3℃，其供热单耗（t/h.万平方米）比较如下：
表5-1 某公司12月份蒸汽单耗对比情况
站名 站点1 站点2 站点3 站点4 站点5 站点6 站点7
面积(万㎡) 6.488 7.887 2.486 21.92 9.393 6.385 14.59
06年 0.29 0.49 0.5 0.41 0.47 0.31 0.54
07年 0.29 0.36 0.46 0.31 0.4 0.34 0.42
同比 0 -0.13 -0.04 -0.1 -0.07 0.03 -0.12
站名 站点8 站点9 站点10 站点11 站点12 站点13 平均
面积(万㎡) 7.284 8.208 13.58 12.6 3.517 2.905
06年 0.6 0.41 0.47 0.43 0.34 0.43 0.44
07年 0.37 0.38 0.42 0.42 0.65 0.32 0.4
同比 -0.23 -0.03 -0.05 -0.01 0.31 -0.11 -0.04
由此看出：2007年在投入自控后室外平均温度下降了0.3℃，室内温度在要求提高了2℃的情况下单耗降低了0.04，如果把气温下降和室内温度上调因素作为设备改造和加强管理调试带来的效益不计算在内，则按照面积推算每供热季节约蒸汽117978.264吨，按照内部折算价格计算，折合资金1067.7万元，标煤17221.02t。相当于减少排放二氧化碳4.098万吨/年；减少排放二氧化硫242.47吨/年，节能减排效果异常明显。
2、运营成本分析
换热机组实现无人值守，在节能的同时提高了机组运行的可靠性，也减少了操作人员的劳动强度，节约了运营成本。集团公司以往人工调试采用三班制，每站需要雇用临时人员3人，采取自控后，大大降低了人力物力，只是需安排1人负责日常巡检，以某公司32个站计算，节约人力：64人，按照人均工资1000元/月计算，供热季期间共节约人工费用32万余元。
六、结论
随着城市化建设步伐的加快和广大人民群众生活水平的不断提高，集中供热事业已经成为关系国计民生的大事，也影响到了城市化建设的进程，本文论述了电气控制技术在换热站集中控制系统中的应用，通过与传统的人工供热方式相对比，分析得出该系统具有操作准确、便捷、迅速，能有效的消除人为操作的惰性和滞后造成的能源浪费，有效提高供热效率，节约能源的结论。