熱網監控系統在集中供熱系統的應用

摘 要

摘要：采用熱網監控設備及技術，對某供熱系統進行了改造，實現集中供熱自動監控和熱力站無人值守，提高了運行管理水平，節能增效顯著。關鍵詞：熱網監控系統；無人值守；熱力站Application
摘要：采用熱網監控設備及技術，對某供熱系統進行了改造，實現集中供熱自動監控和熱力站無人值守，提高了運行管理水平，節能增效顯著。
關鍵詞：熱網監控系統；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 運行現狀及存在問題
   新疆天富熱電股份有限公司供熱分公司現有集中供熱面積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98%以上的民用供熱及企業生產供汽任務。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，可根據熱電廠生產情況及設備故障情況切換熱源，一二級管網均采用分階段變流量的質調節，熱網主要靠操作人員的經驗進行人工操作。
   近4年來，石河子市集中供熱面積由670×104m2迅速增至1150×104m2，城市建設的快速發展給供熱工作帶來一系列問題：由于熱網規模不斷加大，且現有一二級管網大多未安裝流量、熱量調節裝置，導致系統水力、熱力工況失調現象難以消除，造成用戶冷熱不均。供熱系統未能在最佳參數下運行，各熱源供熱量與需熱量不匹配，能耗較高。設備及管網發生故障時，不能及時診斷、報警，影響整個城市供熱系統的穩定運行。在熱力站數量大量增加的情況下，供熱公司由于沒有足夠的具備相關工作經驗的人員，不得不大量雇用臨時工，運行人員素質的下降往往導致運行調節水平降低，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監控設備及技術，按照監控中心集中監控、各熱力站應用PLC可編程控制器實現熱力站無人值守，逐步對全市105座熱力站進行改造。
2 熱網監控系統
2.1 整體結構
    熱網監控系統為分布式監控系統，分為兩級監控：一級監控為監控中心(MCC)，上位系統采用ABB公司生產的800Xa工控系統。二級監控為現場監控單元(LCM)，下位采用ABB公司生產的AC500可編程控制器(LCM控制器)。系統以光纖通信為主，ADSL作為備用通道。熱網監控系統包括以下部分：監控中心(MCC)、熱源監控單元(LCM1)、熱力站監控單元(LCM2)、蒸汽用戶測量系統。熱網監控系統最多可以連接200座熱力站的監控單元，最大數據點達2×104個。主要功能及優勢為：
    ① 及時監測熱網運行參數，調節系統運行工況。實時采集所有熱力站的技術數據，包括溫度、壓力、流量、熱量、循環泵、補水泵運行狀態、水電消耗等參數，實現各站點的水壓圖、溫度、流量分布狀況的實時監測，實現遠程集中抄表。
    ② 消除冷熱不均。熱網監控系統能隨時對熱網進行調節，消除一二級管網的水力失調，實現流量的合理分配，進而消除冷熱不均的現象。
    ③ 合理匹配工況，保證按需供熱。熱網監控系統通過對供熱系統特性識別和工況優化分析，根據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 及時診斷系統故障，確保安全運行。熱網監控系統可對各熱力站的運行參數進行分析，當熱力站出現超壓、失壓、泄漏、停電、設備故障時可進行及時診斷和保護，向監控中心發送報警信號，保證供熱系統安全運行。
    ⑤ 健全運行檔案，實現量化管理。熱網監控系統建立的各種信息數據庫，能夠對運行過程中的各種信息數據進行分析，根據需要打印運行日志、水壓圖、水耗、電耗、供熱量、供汽量等運行控制指標。熱網監控系統還可以儲存、調用供回水溫度、室外溫度、室內平均溫度、壓力、流量、故障記錄等歷史數據，以便查詢、研究、分析和總結。
2.2 監控中心
    監控中心是熱網監控系統的控制中心和信息交換中心，采用功能強大的800Xa工控系統，該系統是ABB公司目前最先進的分布式控制系統平臺，將操作運行、工程組態和信息管理高度集成在一起，并極大地擴展了監控系統的應用范圍。未來可根據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，以及歷史數據庫強大可靠等優點。800Xa工控系統負責完成數據采集、數據儲存、畫面組態、運行狀態顯示、控制操作、報警管理、網絡發布等。監控中心對整個熱網進行監控，收集、管理整個管網的操作數據，打印報告和記錄。
2.3 現場監控單元
    現場監控單元中的可編程控制器是實現熱力站自動化控制的核心部件，采用ABB公司生產的AC500可編程控制器。該控制器采用模塊化設計，結構簡單，可擴展性強，應用靈活，工作可靠，支持Modbus等多種通信協議，具備開放的數據接口，并針對區域供熱的特點專門二次開發了詳盡的功能庫。所有熱力站的現場監控單元通過自建光纖通信網使用TCP/IP協議與800Xa工控系統連接，上傳數據并接受調整參數指令，在通常情況下，現場監控單元自動控制熱力站的運行，不需要監控中心或熱力站現場人員的參與，即使與上位系統的通信中斷，也能保持正常運行。
    熱力站現場監控單元包括可編程控制器、控制閥、執行器、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)。監控對象為：一二級管網供回水溫度、壓力、室外溫度、一級管網電動調節閥、循環泵、補水泵、補水水箱液位、供汽量(熱量)、補水量等。現場監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室外溫度曲線計算得到，通過調整一級管網電動調節閥的相對開度來控制二級側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供水溫度，以保證一級管網水力工況的穩定。
    ② 壓力和差壓控制回路
    二級管網壓力、差壓必須根據固定或可變的設定值進行控制。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故障時，應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、循環泵、補水泵故障報警，以及一二級側供水壓力過高或二級側回水壓力過低報警、一二級側供水溫度過高報警、補水箱水位過低報警、防盜侵入報警等。
   ④ 安全功能
   如果所有循環泵停止運轉，則一級管網的電動調節閥將關閉，從而保護換熱器。至少一臺循環泵開始工作時，電動調節閥將開啟。若二級側的供水溫度在一定時間內超過設定值，則電動調節閥的最大相對開度將進行限制。若二級側供水壓力超過安全設定值，換熱器將自動停止運行。若二級側的回水壓力低于安全設定值，換熱器將自動停止運行。
3 經濟和社會效益
   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年同期節能15.02%。在人員工資方面，105座熱力站最終全部實現無人值守后，可削減400余人，節約人員工資約380×104元/a，經濟效益較為突出。
    在社會效益方面，投入熱網監控系統后，由于改善了一二級管網的水力平衡，各熱力站均在最佳參數情況下運行，系統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象，而且使絕大多數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 結論
    事實證明，熱網監控系統在石河子市集中供熱中的應用是成功的，該系統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，節約了大量的人力、物力，使該市供熱系統的運行管理水平上了一個新臺階，在取得了經濟效益的同時，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)