换热站二次网水力平衡辅助调节系统及调节方法与流程

本发明涉及城市供暖系统及其控制方法，具体涉及一种换热站二次网水力平衡辅助调节系统及调节方法。

背景技术：

目前我国城市集中供热换热站二次网调节普遍存在以下问题：1、换热站二次网最不利环路水力平衡失调造成用户冷热不均，二次网循环泵运行频率偏高，流量不满足或超出末端用户需求，造成能耗极大浪费；2、传统仅依靠末端最不利环路压差作为参考进行调节的方式，当末端供回水压差非常小时，受测量精度所限误差较大导致调节效果不佳；3、目前二次网水力平衡方式一般采用自力式平衡阀、动态平衡阀、电动调节阀等方式，系统投资较大并且加大了管网阻力损失和循环泵电耗。

在集中供热系统中，用户侧也就是庭院管网的压力损失占换热站压力损失的绝大部分，循环水泵为整个输配系统提供的扬程，被循环过程中的各个部件和管道消耗。例如有的换热站二次网流量的平均值为3kg/(m²h)以上，而有的换热站2.5 kg/(m²h)就能稳定运行，甚至有的换热站2 kg/(m²h)就能运行。根据功率与流量的关系N/N₁=G³/ G₁³，如果流量能从3降为2.5，那么循环泵功率会降为原来的55％，这也就是本调节方法要阐述的节能过程。

大流量的运行在一定情况下能缓解系统热力工况的失调，但是大流量运行会需要大水泵、大能耗，还会增加设备的投资、降低系统的可调性，出现前端用户超量供热、末端用户不热的情况。要实现降流量运行，首先要解决的就是如何有效的完成庭院管网的调节过程，初调节主要是依靠改变管道阻抗值来实现的，通常调节我们是不知道阻抗到底是多少，只能看到流量，而看流量调节时，如果管网的水力稳定性不好的话，传统方法要调几遍才能大致调平。如果我们将流量降为2.5 kg/(m2h)，势必会导致有的换热站热力工况的严重失调，前端用户超量供热、末端用户流量不满足室温偏低。那么供热系统热力失调的根本原因是水力失调即流量分配不均所致，因此消除系统热力失调最有效、最经济的方法应是对系统进行流量的均匀性调节。

根据P=SG²，阻力损失等于阻抗乘以流量的平方，在庭院管网调节时，最不利末端用户阀门全开情况下，阻抗S不变，所以阻力损失P与流量G的平方成正比；当改变庭院管网中任意阀门的开度，其后面的用户成一致等比失调。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，并提供一种换热站二次网水力平衡辅助调节系统及调节方法，它快速高效调节支线管网，使失调度达到合理水平，解决水平失调问题并达到节能效果。

本发明的技术方案如下：

换热站二次网水力平衡辅助调节系统，由无线远传采集终端、流量传感器、压力传感器、VPN路由器、调度中心上位机软件、换热站下位机自控系统和循环泵变频器组成，其中无线远传采集终端由超声波流量计主板、串口服务器、电池及无线传输装置组成，压力传感器由供水压力传感器、回水压力传感器组成，无线远传采集终端与流量传感器、供水压力传感器、回水压力传感器连接，无线远传采集终端通过VPN路由器和调度中心上位机软件连接，调度中心上位机软件通过VPN路由器和换热站下位机自控系统相连接，换热站下位机自控系统的控制器和循环泵变频器的频率输入、频率反馈接口连接。

换热站二次网水力平衡辅助调节方法，采取如下步骤：

1.调度中心人员通过中心调度室上位机软件将所调站点循环泵变频器频率PID调节设为手动控制，设置频率为调节之前循环泵运行的频率；

2.确定此站点的最不利环路支线，根据运行人员的反馈或用测温枪比较楼栋的回水温度确定；

3.调节顺序为先调节支线较短环路的最末端楼栋井室，最后调节最不利环路支线最末端楼栋井室；

4.将无线远传采集终端置于支线较短环路的最末端楼栋井室用户处，通过无线远传采集终端连接相应的流量传感器或压力传感器并安装于支线较短环路的最末端楼栋井室的供水管道或供回水管道上，采集供水流量或供回水压差，并通过VPN路由器远传至调度中心上位机软件，建立通讯并采集数据；

5.调度中心人员通过调度中心上位机软件选择将无线远传采集终端采集的数据下发至需要调节的换热站下位机自控系统，同时输入支线较短环路的最末端楼栋井室楼栋所带面积，选择流量调节模式或压差调节模式，根据面积计算并设定所需流量目标值或压差目标值，调度中心上位机软件将设定目标值下发至此换热站下位机自控系统,将所调站点循环泵变频器频率PID调节设为自动控制；

6.现场调节人员将最不利环路楼栋主阀门全部打开，然后使用便携式超声波流量计按从支线较短环路到最不利环路支线、从末端到首端的顺序逐个测量并调节分配各楼栋井室流量；调节人员用便携式流量计依次调节支线较短环路用户的流量为目标流量；在现场调节人员逐栋楼调节的同时，换热站下位机自控系统根据无线远传采集终端实时采集支线较短环路的最末端楼栋井室的流量或压差反馈数值，利用换热站下位机自控系统的控制器的PID调节功能自动调节换热站内循环泵变频器运行频率，使调度中心上位机软件下发的设定目标值与反馈值始终保持一致；

7.支线较短环路调节完毕后，调度中心人员通过调度中心上位机软件将此站点循环泵变频器频率PID调节设置为手动调节之后，现场调节人员再将无线远传采集终端移至需调节环路支线末端用户，调度中心人员在上位机输入目标流量，切换循环泵变频器为自动模式，重复支线较短环路的调节步骤，依次调节至需调节环路支线首端用户；

8.需调节环路支线调节完毕，调度中心人员通过上位机将此站点循环泵变频器频率PID调节设置为手动调节之后，现场调节人员再将无线远传采集终端移至最不利环路支线末端用户，调度中心人员在上位机输入目标流量，切换循环泵变频器为自动模式依次调节至最不利环路支线首端用户；

9.所有用户流量调节完毕，最不利环路支线末端用户处的无线远传采集终端并不撤离，将分水器下的全部支线用便携式流量计按目标流量调节两遍；

10.分水器调节完毕后，调度中心人员记下此时换热站下位机自控系统控制器的PID输出频率，即为调节后循环泵的运行频率；然后将PID设为手动控制，输入调节后确定的运行频率，撤下最不利环路支线末端用户处的无线远传采集终端，此站调节完毕。

本发明的优点在于：1、本发明当最不利环路压差较大时可采用测量供回水压力即压差的方式作为调节目标；如最不利环路压差较小或不便于测量时，采用流量计传感器测量供水流量的方式作为调节目标；2、换热站下位机自控系统利用控制器自带的PID调节功能，根据无线远传采集终端实时采集末端井室的流量或压差数值，自动调节换热站内循环泵变频器运行频率，在始终满足最末端不利环路流量或压差的前提下，调节人员通过从末端到前端逐栋楼调节阀门使换热站所带各楼栋与既定流量一致，循环泵按管网平衡后的流量、压头运行，以此快速高效调节支线管网，使失调度达到合理水平，解决水平失调问题并达到节能效果。

附图说明 图1是本发明调节系统整体结构框图；

图2是本发明调节方法原理图。

具体实施方式 下面结合附图对本发明作进一步说明。

由图1可知，换热站二次网水力平衡辅助调节系统，由无线远传采集终端、流量传感器、压力传感器、VPN路由器、调度中心上位机软件、换热站下位机自控系统和循环泵变频器组成，其中无线远传采集终端由超声波流量计主板、串口服务器、电池及无线传输装置组成，压力传感器由供水压力传感器、回水压力传感器组成，无线远传采集终端与流量传感器、供水压力传感器、回水压力传感器连接，无线远传采集终端通过VPN路由器和调度中心上位机软件连接，调度中心上位机软件通过VPN路由器和换热站下位机自控系统相连接，换热站下位机自控系统的控制器和循环泵变频器的频率输入、频率反馈接口连接。

由图2可知，换热站二次网水力平衡辅助调节方法，采取如下步骤：

1.调度中心人员通过中心调度室上位机软件将所调站点循环泵变频器频率PID调节设为手动控制，设置频率为调节之前循环泵运行的频率；

2.确定此站点的最不利环路支线，根据运行人员的反馈或用测温枪比较楼栋的回水温度确定，以图2为例，某站有A、B、C三条支线，经分析支线C为最不利环路，B、A次之；

3.调节顺序为先调节支线较短环路的最末端楼栋井室，最后调节最不利环路支线最末端楼栋井室,即先调A、再调B、最后调C；

4.将无线远传采集终端置于支线较短环路的最末端楼栋井室A1用户处，通过无线远传采集终端连接相应的流量传感器或压力传感器并安装于支线较短环路的最末端楼栋井室A1的供水管道（测流量）或供回水管道（测压差）上，采集供水流量或供回水压差，并通过VPN路由器远传至调度中心上位机软件，建立通讯并采集数据；

5.调度中心人员通过调度中心上位机软件选择将无线远传采集终端采集的数据下发至需要调节的换热站下位机自控系统，同时输入支线较短环路的最末端楼栋井室A1楼栋所带面积，选择流量调节模式或压差调节模式，根据面积计算并设定所需流量目标值或压差目标值，调度中心上位机软件将设定目标值下发至此换热站下位机自控系统,将所调站点循环泵变频器频率PID调节设为自动控制；

6.现场调节人员将最不利环路楼栋主阀门全部打开，然后使用便携式超声波流量计按从支线较短环路到最不利环路支线、从末端到首端的顺序逐个测量并调节分配各楼栋井室流量；调节人员用便携式流量计依次调节支线较短环路A2、A3、A4用户的流量为目标流量；在现场调节人员逐栋楼调节的同时，换热站下位机自控系统根据无线远传采集终端实时采集支线较短环路的最末端楼栋井室A1的流量或压差反馈数值，利用换热站下位机自控系统的控制器的PID调节功能自动调节换热站内循环泵变频器运行频率，使调度中心上位机软件下发的设定目标值与反馈值始终保持一致；

7.支线较短环路A调节完毕后，调度中心人员通过调度中心上位机软件将此站点循环泵变频器频率PID调节设置为手动调节之后，现场调节人员再将无线远传采集终端移至需调节环路支线末端B1用户，调度中心人员在上位机输入目标流量，切换循环泵变频器为自动模式，重复支线较短环路A的调节步骤，依次调节至需调节环路B支线首端B5用户；

8.需调节环路B支线调节完毕，调度中心人员通过上位机将此站点循环泵变频器频率PID调节设置为手动调节之后，现场调节人员再将无线远传采集终端移至最不利环路支线末端C1用户，调度中心人员在上位机输入目标流量，切换循环泵变频器为自动模式依次调节至最不利环路支线首端C6用户；

9.所有用户流量调节完毕，最不利环路支线末端C1用户处的无线远传采集终端并不撤离，将分水器下的全部支线A、B、C用便携式流量计按目标流量调节两遍；

10.分水器调节完毕后，调度中心人员记下此时换热站下位机自控系统控制器的PID输出频率，即为调节后循环泵的运行频率；然后将PID设为手动控制，输入调节后确定的运行频率，撤下最不利环路支线末端C1用户处的无线远传采集终端，此站调节完毕。

本发明通过无线远传采集终端采集不利环路楼栋流量或压差，用调度中心上位机系统软件做网络中转，换热站下位机自控系统的控制器连接循环泵变频器做循环泵流量辅助调节，其中无线远传采集终端作为最不利环路支线楼栋井室数据采集设备；调度中心上位机软件系统做换热站选择和控制器与无线远传采集终端的数据通讯中转作用；换热站下位机自控系统的控制器用于控制循环泵变频器作为调控装置。

通过VPN路由器将无线远传采集终端、换热站下位机自控系统和调度中心上位机软件系统相连组成专网，由无线远传采集终端采集接收上述信号后，通过无线网络传输给调度中心的VPN路由器，并传输至上位机软件，上位机软件通过中转的方式将无线远传采集终端所采集数据下发给安放于所要进行调节换热站的控制器自控系统。

此换热站支线管网平衡调节完成以后，从最不利环路楼栋井室撤除无线远传采集终端拿到下一站点继续调节使用。