一、换热站分布式变频控制器工作原理

   针对当前换热站的主要功能来考虑，主要是对换热站的电动阀门、循环泵、补水泵、水箱给水泵的自动控制，以及对二次管网的压力、温度采集监视，减少供热单位在换热站的人力分配实现远程自动监管，从技术手段上改变传统的管理方式，实现在线监控，极大的提高测试诊断的技术含量，同时为热网故障诊断工作者提供运行平台。

   分布式变频控制器根据室外温度的变化，自动调节一次二级循环泵的频率，从而使换热站的 高温热水流量随供热符合的变化而变化。当室外温度降低时，二级泵频率增大，当室外温度升高时，二级泵频率减小，保证用户室内温度的稳定性和舒适性。

二、换热站分布式变频控制器技术参数

      1.尺寸：500mm*400mm*160mm

      2.材质：1.5mm冷轧铁皮，喷塑

      3.电源：AC220V±10%

      4.工作环境：0~40℃，IP54，湿度≤40%，温度0~30℃，低粉尘，低电磁干扰，无振动

      5.安装方式：壁挂式安装

      6.IO信息：11AI4AO8DI6DO

      7.控制精度：0.5%

      8.产品重量：12kg

      9.安装方式：壁挂式安装，距离配电柜≥1.5m

      10.适用场合：直供锅炉房采暖系统、间供式锅炉房采暖系统、锅炉房热交换站、小区热交换站、电厂余热蒸汽热交换站

        11.工作环境：湿度≤40%，温度0~30℃，低粉尘，低电磁干扰，无振动

        12.产品IO信息：

   14个AI输入通道（4~20mA）：室外温度、一次供水温度、一次回水温度、二次供水温度、二次回水温度、二次供水压力、二次回水压力、补水压力、水箱液位、阀门开度反馈、一次循环泵频率反馈、二次循环泵频率反馈、补水泵频率反馈；

   3个DI输入通道：给水阀启停状态、循环泵启停状态、补水泵启停状态；

   4个AO输出通道（2~10V或4~20mA）：循环泵频率给定、补水泵频率给定、阀门开度给定、备用通道；

   4个DO输出通道（2~10V或4~20mA）：循环泵启停、补水泵启停、给水阀开关、备用通道；

   2个通讯扩展口：补水流量、一次网热量，远程通信.

  分布式变频系统需要的配套设备为：二级循环泵变频柜。

   分布式变频系统改造前，需要对热远端的主管道进行改造，在供水主管和回水主管之间安装热源混水器。

   在该系统中，在热源泵作用下，热源水从混水器抽出，进入锅炉，经锅炉加热后，循环水进入混水器与一次网循环水进行热质交换；分布式变频泵根据各换热站的需要，从混水器抽出热水进入换热器，经与二次水换热后，低温水进入混水器与热源水进行热质交换，从此完成了整个热质交换过程。

   混水系统为热质交换节点，即一次网的循环水与锅炉循环水在此进行热质交换，但不影响相互之间的流量。

   锅炉水的循环流量为一次循环泵的流量，各换热站的流量由各二级变频泵控制。

   锅炉的启停以及开启台数由锅炉循环总管的出水温度和回水温度控制，二次网供水温度由各二级变频泵的频率控制。

   若锅炉出水温度低于设定值，则锅炉由小火变大火，或者增加台数；若二次供水温度低于设定值，则二级循环泵频率加快或者增加相应循环泵台数。

   锅炉的出水总管和回水总管流量相同，不会导致锅炉缺水干烧。

   锅炉循环水的流量可以远远小于一次网的循环流量，使锅炉可以在最佳流量状态工作，而不必受制于传统一次网流量的限制。

三、换热站分布式变频控制器功能简述

   1.7寸彩色触摸屏人工对话界面，操作简单，汉语图文仿真显示，采集室外温度、供水温度、回水温度、循环泵频率反馈，显示换热站内各运行参数；如下图。

   2.气候补偿功能，根据室外温度设置对应供水温度。一次网二级循环泵在自动调节状态时，二次网供水温度自动跟随室外温度补偿曲线。

   3.分时段设置各个时间段的温度补偿梯度，当前时间运行到设定时间段范围时，在补偿曲线计算出的供水温度上，与相应温度梯度相加即为当前时间段的理论供水温度。

   4.设置传感器量程上下限，并且支持远程校正传感器反馈信号，设置相应温度、压力以及频率的报警上下限，具有回水低温保护功能，防止系统末端温度过低而产生供热事故。

   5.二级变频循环泵支持手动功能和自动功能，手动状态时，手动设定二级泵频率，自动状态时，按照气候补偿功能自动控制频率变化。

  气候补偿控制逻辑如下：当供水温度低于理论供水温度时，二级泵循环频率增大，进入板式换热器的流量增大；当供水温度高于理论供水温度时，二级泵循环频率减小，进入板式换热器的流量减小。

   6.二次网循环泵起停功能，循环泵变频手自动功能。当循环泵手动状态时，手动输入循环泵频率；当循环泵自动状态时，系统根据二次网供回水压差进行变频调节。

   循环泵变频控制逻辑如下：当实际供回水压差小于设定压差时，循环泵频率加大；当实际供回水压差大于设定压差时，循环泵频率减小。

   7.补水泵启停控制，补水泵手自动控制功能，手动状态时，补水泵频率手动设定，自动状态时，补水泵根据回水压力自动调节频率。

   补水泵控制逻辑如下图：当实际回水压力低于设定回水压力最低值时，补水泵频率增大；当实际回水压力高于设定回水压力最低值时，补水泵频率减小。

   8.水箱自动加水，当水箱液位低于报警值时，给水电磁阀自动打开，水箱加水；当水箱液位高于报警值时，给水电磁阀自动关闭，水箱停止加水。

   当水箱液位低于报警值时，补水泵停止补水，并且处于停止状态，防止补水泵空载烧坏电机。

   9.泄压阀手自动控制，手动时，手动控制泄压阀打开或者关闭，自动时，泄压阀根据回水压力上限值自动打开或者关闭。

   安全泄压阀自动控制逻辑如下：当回水压力高于报警值时，泄压阀自动打开，回水压力恢复正常时，泄压阀自动关闭。

   9.支持历史数据查询。系统每10分钟记录一组历史数据，可以保存三年历史数据。用户可以自由设置历史数据保存间隔时间，如果保存间隔时间较长，最长可以保存10年时间。

   10.支持运行曲线查询。

   11.具有管理员、操作员、负责人三级操作权限，防止越权操作而导致供热事故。

   12.具有数据断电保持功能，控制器断电重启后无需再次设定运行参数。

   13.支持modbus标准协议，支持第三方控制平台接入。

四、换热站分布式变频控制器配套设备

      1.室外温度传感器

      量程：-50℃~50℃；信号模式：4~20ma；感温元件：pt100；安装位置：室外壁挂。

      作用：采集室外温度。

      2.水温传感器

      量程：0℃~100℃；信号模式：4~20ma；感温元件：pt100；插深：50mm。

      作用：采集供回水温度。

      3.压力传感器

      量程：0~1.6MPa；信号模式：4~20ma。

      作用：采集供回水压力。

      4.液位传感器

      量程：0~3m；信号模式：4~20ma。

      作用：采集水箱液位。

      5.电磁阀

      供电方式：AC220V；作用：水箱给水阀、安全泄压阀。

      6.串口服务器

      功能：以局域网网线方式实现就地与远程同步通讯。

      7.GPRS-DTU

      功能：以广域网无线方式实现就地与远程同步通讯。

五、换热站分布式变频控制器节能分析

  1.气候补偿节热分析：

     

红色折线：传统人工手动控制；

红色曲线：自动温度补偿控制；

黄色曲线：自动状态回水温度；

绿色曲线：室外温度变化曲线；

   自动温度补偿控制模式下，供水温度实时跟踪室外温度变化，保持回水温度与室内温度相对稳定平滑过渡，红色折线与红色曲线之间包围的面积为气候补偿节能空间。

   红色折线为传统司炉工24小时内手动调控4次的效果，由图可知，与自动气候补偿控制不具有可比性。

  2.一次网二级泵气候补偿节电分析：

  3.一次网二级泵大泵改小泵节能分析：

 对一次网的循环系统进行改造，将原有锅炉房大泵降频运行，使其循环流量压力仅需满足锅炉循环流量压力即可；与此同时，在每个换热站加装一次网二级泵，二级泵运行频率取决于每个换热站对热量的需求，按需取热。

假设热源以及换热站分布图如下：

 每个换热站所需流量压力参数如下表：

 假设某县城供热面积为80万㎡，由位于城东I地的锅炉房供热，供热系统为水水间接供热，由A、B、C、D、E、F、G以及H八个换热站作为换热二次热源。每个换热站的供热负荷为10万㎡，每个换热站的一次网流量及阻力当量见下表所示。

 若按照传统的水系统循环方法，为了满足换热站B的扬程，热源端的大循环泵选型应为Q=2400m³/h，h=37m，一般这种情况下选择数台循环泵并联的方法，经计算可得，总功率为316KW。

 若进行分布式变频改造，即热源端大泵降频，且在换热站安装二级泵后，热源端的循环泵参数可调整为Q=2400m³/h，h=5m，P=43KW；各换热站循环泵及电机参数见下表：

 经改造后，循环泵的总功率为热源端低扬程水泵（一级泵）和各换热站循环泵（二级泵）的功率总和，经计算，为258KW，较改造前节约58kw。所以大泵换小泵改造的节电率达19%。

 由此可见，对于较大范围的供热系统，换热站分布式变频控制系统的节能率是非常显著的，系统越庞大，供热半径越大，节能效果越明显，当然，先期的设备投入也较大，具体项目回收年限可根据实际情况计算。