熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在集中供熱系統(tǒng)的應(yīng)用

摘 要

摘要：采用熱網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備及技術(shù)，對某供熱系統(tǒng)進行了改造，實現(xiàn)集中供熱自動監(jiān)控和熱力站無人值守，提高了運行管理水平，節(jié)能增效顯著。關(guān)鍵詞：熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)；無人值守；熱力站Application
摘要：采用熱網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備及技術(shù)，對某供熱系統(tǒng)進行了改造，實現(xiàn)集中供熱自動監(jiān)控和熱力站無人值守，提高了運行管理水平，節(jié)能增效顯著。
關(guān)鍵詞：熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)；無人值守；熱力站
Application of Heat-supply Network Monitoring System in Centralized Heat-supply System
JIANG Wei
Abstract：The monitoring equipment and technology for heat-supply network is used to reconstruct a centralized heat-supply system to achieve the centralized heat-supply automatic control and the unattended operation of substation and improve the operation management level. The energy saving and efficiency improving are obvious.
Key words：monitoring system for heat-supply network；unattended operation；substation
1 運行現(xiàn)狀及存在問題
   新疆天富熱電股份有限公司供熱分公司現(xiàn)有集中供熱面積1150×104m2，由4個熱源進行供熱，共有3座熱力總站、1座中繼泵站、105座熱力站，承擔著石河子市區(qū)98%以上的民用供熱及企業(yè)生產(chǎn)供汽任務(wù)。熱用戶與熱源之間采用間接連接方式，采用多熱源獨立運行，可根據(jù)熱電廠生產(chǎn)情況及設(shè)備故障情況切換熱源，一二級管網(wǎng)均采用分階段變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)，熱網(wǎng)主要靠操作人員的經(jīng)驗進行人工操作。
   近4年來，石河子市集中供熱面積由670×104m2迅速增至1150×104m2，城市建設(shè)的快速發(fā)展給供熱工作帶來一系列問題：由于熱網(wǎng)規(guī)模不斷加大，且現(xiàn)有一二級管網(wǎng)大多未安裝流量、熱量調(diào)節(jié)裝置，導致系統(tǒng)水力、熱力工況失調(diào)現(xiàn)象難以消除，造成用戶冷熱不均。供熱系統(tǒng)未能在最佳參數(shù)下運行，各熱源供熱量與需熱量不匹配，能耗較高。設(shè)備及管網(wǎng)發(fā)生故障時，不能及時診斷、報警，影響整個城市供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。在熱力站數(shù)量大量增加的情況下，供熱公司由于沒有足夠的具備相關(guān)工作經(jīng)驗的人員，不得不大量雇用臨時工，運行人員素質(zhì)的下降往往導致運行調(diào)節(jié)水平降低，能耗增加。
    針對以上情況，新疆天富熱電股份有限公司供熱分公司采用熱網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備及技術(shù)，按照監(jiān)控中心集中監(jiān)控、各熱力站應(yīng)用PLC可編程控制器實現(xiàn)熱力站無人值守，逐步對全市105座熱力站進行改造。
2 熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)
2.1 整體結(jié)構(gòu)
    熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)為分布式監(jiān)控系統(tǒng)，分為兩級監(jiān)控：一級監(jiān)控為監(jiān)控中心(MCC)，上位系統(tǒng)采用ABB公司生產(chǎn)的800Xa工控系統(tǒng)。二級監(jiān)控為現(xiàn)場監(jiān)控單元(LCM)，下位采用ABB公司生產(chǎn)的AC500可編程控制器(LCM控制器)。系統(tǒng)以光纖通信為主，ADSL作為備用通道。熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)包括以下部分：監(jiān)控中心(MCC)、熱源監(jiān)控單元(LCM1)、熱力站監(jiān)控單元(LCM2)、蒸汽用戶測量系統(tǒng)。熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)最多可以連接200座熱力站的監(jiān)控單元，最大數(shù)據(jù)點達2×104個。主要功能及優(yōu)勢為：
    ① 及時監(jiān)測熱網(wǎng)運行參數(shù)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)運行工況。實時采集所有熱力站的技術(shù)數(shù)據(jù)，包括溫度、壓力、流量、熱量、循環(huán)泵、補水泵運行狀態(tài)、水電消耗等參數(shù)，實現(xiàn)各站點的水壓圖、溫度、流量分布狀況的實時監(jiān)測，實現(xiàn)遠程集中抄表。
    ② 消除冷熱不均。熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)能隨時對熱網(wǎng)進行調(diào)節(jié)，消除一二級管網(wǎng)的水力失調(diào)，實現(xiàn)流量的合理分配，進而消除冷熱不均的現(xiàn)象。
    ③ 合理匹配工況，保證按需供熱。熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)通過對供熱系統(tǒng)特性識別和工況優(yōu)化分析，根據(jù)室外溫度的變化進行最佳運行工況的匹配，進而對熱源和各個熱力站實行自動控制和運行指導，保證按需供熱。
    ④ 及時診斷系統(tǒng)故障，確保安全運行。熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)可對各熱力站的運行參數(shù)進行分析，當熱力站出現(xiàn)超壓、失壓、泄漏、停電、設(shè)備故障時可進行及時診斷和保護，向監(jiān)控中心發(fā)送報警信號，保證供熱系統(tǒng)安全運行。
    ⑤ 健全運行檔案，實現(xiàn)量化管理。熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)建立的各種信息數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)\行過程中的各種信息數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)需要打印運行日志、水壓圖、水耗、電耗、供熱量、供汽量等運行控制指標。熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)還可以儲存、調(diào)用供回水溫度、室外溫度、室內(nèi)平均溫度、壓力、流量、故障記錄等歷史數(shù)據(jù)，以便查詢、研究、分析和總結(jié)。
2.2 監(jiān)控中心
    監(jiān)控中心是熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的控制中心和信息交換中心，采用功能強大的800Xa工控系統(tǒng)，該系統(tǒng)是ABB公司目前最先進的分布式控制系統(tǒng)平臺，將操作運行、工程組態(tài)和信息管理高度集成在一起，并極大地擴展了監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。未來可根據(jù)需要不斷擴展新的功能，具備多用戶獨立工作、個性化人機界面、信息訪問方便迅捷、報警和事件處理明確、趨勢和報表詳盡多樣，以及歷史數(shù)據(jù)庫強大可靠等優(yōu)點。800Xa工控系統(tǒng)負責完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)儲存、畫面組態(tài)、運行狀態(tài)顯示、控制操作、報警管理、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等。監(jiān)控中心對整個熱網(wǎng)進行監(jiān)控，收集、管理整個管網(wǎng)的操作數(shù)據(jù)，打印報告和記錄。
2.3 現(xiàn)場監(jiān)控單元
    現(xiàn)場監(jiān)控單元中的可編程控制器是實現(xiàn)熱力站自動化控制的核心部件，采用ABB公司生產(chǎn)的AC500可編程控制器。該控制器采用模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，可擴展性強，應(yīng)用靈活，工作可靠，支持Modbus等多種通信協(xié)議，具備開放的數(shù)據(jù)接口，并針對區(qū)域供熱的特點專門二次開發(fā)了詳盡的功能庫。所有熱力站的現(xiàn)場監(jiān)控單元通過自建光纖通信網(wǎng)使用TCP/IP協(xié)議與800Xa工控系統(tǒng)連接，上傳數(shù)據(jù)并接受調(diào)整參數(shù)指令，在通常情況下，現(xiàn)場監(jiān)控單元自動控制熱力站的運行，不需要監(jiān)控中心或熱力站現(xiàn)場人員的參與，即使與上位系統(tǒng)的通信中斷，也能保持正常運行。
    熱力站現(xiàn)場監(jiān)控單元包括可編程控制器、控制閥、執(zhí)行器、傳感器或變送器、變頻器、熱量表、流量計，具備采集、儲存、顯示、通信、自檢、控制、故障報警、Web訪問、遠程配置、安全保護功能(停電、超壓、失壓、汽化等)。監(jiān)控對象為：一二級管網(wǎng)供回水溫度、壓力、室外溫度、一級管網(wǎng)電動調(diào)節(jié)閥、循環(huán)泵、補水泵、補水水箱液位、供汽量(熱量)、補水量等?，F(xiàn)場監(jiān)控單元的控制回路和功能主要包括：
    ① 供熱溫度控制回路
    供熱溫度的控制方式是根據(jù)室外溫度曲線計算得到，通過調(diào)整一級管網(wǎng)電動調(diào)節(jié)閥的相對開度來控制二級側(cè)的供水溫度和供熱量。補充控制方式包括分時段限定二級管網(wǎng)供水溫度，以保證一級管網(wǎng)水力工況的穩(wěn)定。
    ② 壓力和差壓控制回路
    二級管網(wǎng)壓力、差壓必須根據(jù)固定或可變的設(shè)定值進行控制。每臺水泵配備變頻器，水泵可自動切換運行以保障每臺水泵運行時間大致相等，在水泵或變頻器出現(xiàn)故障時，應(yīng)可以自動切換到其他水泵、變頻器。
   ③ 報警功能
   報警功能包括：停電報警、循環(huán)泵、補水泵故障報警，以及一二級側(cè)供水壓力過高或二級側(cè)回水壓力過低報警、一二級側(cè)供水溫度過高報警、補水箱水位過低報警、防盜侵入報警等。
   ④ 安全功能
   如果所有循環(huán)泵停止運轉(zhuǎn)，則一級管網(wǎng)的電動調(diào)節(jié)閥將關(guān)閉，從而保護換熱器。至少一臺循環(huán)泵開始工作時，電動調(diào)節(jié)閥將開啟。若二級側(cè)的供水溫度在一定時間內(nèi)超過設(shè)定值，則電動調(diào)節(jié)閥的最大相對開度將進行限制。若二級側(cè)供水壓力超過安全設(shè)定值，換熱器將自動停止運行。若二級側(cè)的回水壓力低于安全設(shè)定值，換熱器將自動停止運行。
3 經(jīng)濟和社會效益
   截至2010年2月底已完成73座熱力站的安裝調(diào)試工作，在2010年2月室外平均溫度較2009年2月低4.4℃的情況下，單位建筑面積供熱能耗由2009年的0.213GJ/m2降至0.208GJ/m2，考慮天氣因素后，2010年2月供熱能耗修正為0.181GJ/m2，較2009年同期節(jié)能15.02%。在人員工資方面，105座熱力站最終全部實現(xiàn)無人值守后，可削減400余人，節(jié)約人員工資約380×104元/a，經(jīng)濟效益較為突出。
    在社會效益方面，投入熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)后，由于改善了一二級管網(wǎng)的水力平衡，各熱力站均在最佳參數(shù)情況下運行，系統(tǒng)供熱量與需熱量基本匹配，不僅大大減少了用戶冷熱不均的現(xiàn)象，而且使絕大多數(shù)熱用戶家中保持在一個相對恒定的舒適溫度，得到了市民的一致好評。
4 結(jié)論
    事實證明，熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在石河子市集中供熱中的應(yīng)用是成功的，該系統(tǒng)提高了集中供熱的自動化水平，提高了供熱效率、降低了運行成本。在滿足用戶需求的前提下，節(jié)約了大量的人力、物力，使該市供熱系統(tǒng)的運行管理水平上了一個新臺階，在取得了經(jīng)濟效益的同時，更取得了良好的社會效益。
 
(本文作者：姜煒 新疆天富熱電股份有限公司供熱分公司 新疆石河子 832000)