热力网监控应用技术

一、简介

随着国家节能减排政策的出台与环保意识的增强，集中供热事业迅猛发展，管网规模不断扩大，能源供应日趋紧张，成本不断上升，从而使得技术进步和技术改造成为供热部门面临的紧迫问题。粗放型供热方式必须向“高效、节能、环保”的高新技术型供热方式转变。实现全网计算机自动控制是一条理想的途径。把计算机监控系统技术应用于热力网的运行管理，为供热单位提供了具有时代特征的科学化管理平台。在这个平台上，既可实施总览热力网运行状态与参数，又可利用采集数据、计算分析室外温度及系统供热量变化规律，定期做出整体运行方案，指导运行并实现自动控制，达到节能减排目标要求。

二、热力网监控系统结构与功能

1.热网监控目的与作用

热网监控系统可适时、全面、准确地掌握热网运行情况，同时也是热网安全、可靠、高效运行的保证，可起到五个方面作用：

①及时检测热网运行各项参数，掌握系统运行工况；

②按需均匀调节流量，消除用户室温冷热不均现象；

③随时合理匹配工况，保证按需供热，热尽其用，节约能耗；

④及时诊断系统故障，消除隐患，确保安全运行；

⑤健全运行档案，实现量化管理。

2.热网监控系统组成

热网监控系统由调度监控中心、现场控制器STEC2000、通讯网络和与监控有关的仪器仪表组成。横向上，热力网监控系统由热源（首站）监控系统、热力站监控系统、中继泵站监控系统等组成。可在热力网有关管道的某些重要部位设置节点，采集温度、压力和流量等参数，称为节点监测系统。调度监控中心主要由上位机软件、服务器、操作站等组成。

3.热网控制系统的功能

热网的中央监控系统软件安装在作为监控中心的服务器上，该服务器将采集现场控制器的数据，监测现场控制器的运行情况并指导操作员进行操作。服务器定期从现场控制器采集数据，以保证其数据库不断更新。服务器还向现场控制器发送控制和参数设置指令，操作员从控制中心通过该系统能够方便地得到各换热站运行数据，并向子站下达指令。同时现场控制器能主动将站内的异常事件或数据上传至控制中心。

通讯网络相当于一个邮政系统，把每个人发送的信件及时准确地传送到目的地。对于用户而言，通讯网络应该是“透明”的，即用户只需要关心自己要发送的信件，不必关心邮局是如何组织的。因此用户应尽量利用城市公共通讯网络。目前，较为可靠的通讯网络有公用电话网、ADSL宽带、工业以太网、无线数传电台、GSM/GPRS移动通讯网等。

智能化热网监控系统是在上述基础上，加入集中供热专业运行管理经验而得到的。实行按需供热，运用变压变流量专家控制系统，即换热站的供热量可随用户所需供热量而变化，系统流量也随用户的供热量而变化。

三、温度控制与调节

1.直接设定控制法

换热站的供热量应随用户所需供热量而变化，但按热量控制目前还没有可遵循的具体方法。同时一个换热站所担负的供热面积很大，用户很多，且距离较远，不可能按所有室内温度进行控制。因此，一般控制二次网的回水温度，以达到控制用户室温的目的。

二次网供、回水温度（或二次网的供、回水平均温度，下同）控制有直接设定控制、室外温度补偿控制等多种控制模式。其中直接设定控制，系指在现场控制设备操作界面上，运行人员根据经验直接设定合适的二次网供水温度，然后控制设备通过调节一次网电动阀，保证二次网供水温度达到设定值。室外温度补偿控制系根据室外温度的变化情况，随时调整二次网供水温度，既可通过对照查表法，也可以通过设定曲线的方式，达到控制目标。

2.室外温度补偿控制法

室外温度补偿控制法，系随室外温度变化情况，改变二次网供水温度的设定值，并以该设定值作为调节目标，来调节一次网的回水温度。这是一个经验调节方法，具体的数据可以由用户自行依据本地区实际运行经验设定。但是这些数据必须是经过至少一个采暖季节运行后，通过专家系统得到的数据。此表的设定数据是根据天津地区运行经验取得的，寒冷地区或其他地区可依据实际情况总结自己的运行经验。

当室外温度进入模糊区时，二次供水温度的设定值保持不变，也能满足保持室内温度稳定的要求，同时可减少阀门的动作，保护执行器。

四、压力（流量）控制与调节

系统流量应随用户的供热量而变化，主要是通过循环水泵加装变频器来实现。因此，如何控制变频器的频率，是一个非常关键的问题。当变频器的频率变化时，必然会引起二次网的循环流量、供水温度等发生一系列变化，且彼此相互影响。电动调节阀频繁动作，会影响使用年限。所以必须正确控制变频器的频率，以达到控制循环泵的流量。常见的变频器频率控制方法有以下几种。

1.直接给定频率法

目前大部分供热系统采用这种方法，虽然也可以节电，但基本上是定流量运行方式，不能实现最大化节能要求。

2.压差或压力定频率法

根据二次网的供水压力或供、回水压差来控制二次网循环水泵的进行频率。取压点的位置，可设在二次网的供、回水管上，有条件时，可将测压点设在系统最不利用户的供、回水干管上。该控制模式也可以称为变流量运行控制，但对现行供热模式不太合适。

3.室外温度定频率法

在室外温度变化的同时，系统的循环流量也随之变化，供回水压力或压差也将发生变化。既变压，又变流量，方可达到系统最佳调节工况，同时也可实现最大限度地节能。

逻辑控制程序为：一次网电动调节阀门在系统发生故障和断电时应自动关闭；来电时启动顺序为：控制器上电→补水泵（如果需要）→二次网循环水泵→一次电动调节阀门缓慢开启；当系统发生故障时的顺序为：一次网电动调节阀门关闭→二次网循环水泵关闭→补水泵关闭；远程阀门直接关闭即可；远程开关二次网循环水泵：关泵先关一次网电动调节阀门，开泵后开启一次网电动调节阀。无论以任何方式，只要二次网停止水流，一次网电动调节阀门都会自动关闭。

4.某热电厂项目实例——PTSN电话通讯方式

某热电联产公司共有两个热电厂和一个热水锅炉房。下属换热站约80个，以及数十个蒸汽用户。选用STEC2000嵌入式控制器，于2002年完成了全部20个蒸汽换热站的监控系统，并接入原有蒸汽抄表系统。

监控中心采用两台通讯服务器，一台负责数据采集、控制指令发送；一台负责专门接受各热力站的报警信息；一台数据库服务器，采用Oraclegi数据库；一台网络发布服务器，运行网络版监控软件HOMS2.0。

通讯网络采用普通电话拨号，但监控中心与各热力站电话统一构建一个内部虚拟网，只需要拨打内部5位号码即可，大大降低了通讯费用。每个热力站采用一套STEC2000嵌入式控制器，来完成热力站的所有监控功能。

（1）适时数据采集　测量蒸汽温度、压力，供水温度、压力，循环水泵及补水泵的运行状态，补水水箱的液位等主要工艺参数。

（2）数据存储　控制器设有16M的数据空间，根据各热力站的需要，设定数据存储间隔，最短1s，最长1h，将采集的数据全部存储在现场控制器中，可以完成一个采暖季的所有数据存储。

（3）现场控制　该控制器能够灵活地完成室外温度补偿、自动补水、温度调节、值班采暖、流量调节等自动控制环节。二次网供温控制有直接设定控制、室外温度补偿控制等多种控制模式。其中直接设定控制指在现场控制设备操作界面上，运行人员根据经验直接设定合适的回水温度，然后控制设备通过调节一次网电动阀，保证回水温度达到设定值。室外温度补偿控制，则根据室外温度的变化情况，随时调整回水温度，既可通过对照查表，也可以通过设定曲线的方式实现。当班采暖则根据运行人员的经验设定各热力站特殊时段的供水温度。自动补水控制主要分为压力开关自动补水、变频定压补水、启停自动定压补水等三种方式。

（4）安全保护　通过适时监测主要工艺参数，当参数异常超出范围时，采取紧急措施，切断调节阀电源，停止蒸汽供应，防止出现汽化造成安全事故。

（5）报警　设有停电报警、水箱水位报警、超温报警、超压报警等多种报警信息。当出现报警信号时，控制器立刻拨通控制中心报警专用电话，请求处理。

（6）现场显示操作　采用5英寸（12.7cm）彩色液晶显示操作屏，进行热力站运行过程的适时监测，并通过键盘设定最优的运行方案，浏览存储的历史数据和报警记录等。

STEC2000控制系统投入运行后，为业主带来了巨大的经济效益。经现场实测评估，系统节能率高达20％，运行一个采暖季节便可收回全部投资。每个采暖季节每万平方米供热面积，平均每小时节省蒸汽0.06t，共计节约资金166.5万元。