热网监控系统在集中供热系统的应用_工程实践

摘要

摘要：采用热网监控设备及技术，对某供热系统进行了改造，实现集中供热自动监控和热力站无人值守，提高了运行管理水平，节能增效显著。关键词：热网监控系统；无人值守；热力站Application

摘要：采用热网监控设备及技术，对某供热系统进行了改造，实现集中供热自动监控和热力站无人值守，提高了运行管理水平，节能增效显著。

关键词：热网监控系统；无人值守；热力站

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 运行现状及存在问题

新疆天富热电股份有限公司供热分公司现有集中供热面积1150×10⁴m²，由4个热源进行供热，共有3座热力总站、1座中继泵站、105座热力站，承担着石河子市区98%以上的民用供热及企业生产供汽任务。热用户与热源之间采用间接连接方式，采用多热源独立运行，可根据热电厂生产情况及设备故障情况切换热源，一二级管网均采用分阶段变流量的质调节，热网主要靠操作人员的经验进行人工操作。

近4年来，石河子市集中供热面积由670×10⁴m²迅速增至1150×10⁴m²，城市建设的快速发展给供热工作带来一系列问题：由于热网规模不断加大，且现有一二级管网大多未安装流量、热量调节装置，导致系统水力、热力工况失调现象难以消除，造成用户冷热不均。供热系统未能在最佳参数下运行，各热源供热量与需热量不匹配，能耗较高。设备及管网发生故障时，不能及时诊断、报警，影响整个城市供热系统的稳定运行。在热力站数量大量增加的情况下，供热公司由于没有足够的具备相关工作经验的人员，不得不大量雇用临时工，运行人员素质的下降往往导致运行调节水平降低，能耗增加。

针对以上情况，新疆天富热电股份有限公司供热分公司采用热网监控设备及技术，按照监控中心集中监控、各热力站应用PLC可编程控制器实现热力站无人值守，逐步对全市105座热力站进行改造。

2 热网监控系统

2.1 整体结构

热网监控系统为分布式监控系统，分为两级监控：一级监控为监控中心(MCC)，上位系统采用ABB公司生产的800Xa工控系统。二级监控为现场监控单元(LCM)，下位采用ABB公司生产的AC500可编程控制器(LCM控制器)。系统以光纤通信为主，ADSL作为备用通道。热网监控系统包括以下部分：监控中心(MCC)、热源监控单元(LCM1)、热力站监控单元(LCM2)、蒸汽用户测量系统。热网监控系统最多可以连接200座热力站的监控单元，最大数据点达2×10⁴个。主要功能及优势为：

① 及时监测热网运行参数，调节系统运行工况。实时采集所有热力站的技术数据，包括温度、压力、流量、热量、循环泵、补水泵运行状态、水电消耗等参数，实现各站点的水压图、温度、流量分布状况的实时监测，实现远程集中抄表。

② 消除冷热不均。热网监控系统能随时对热网进行调节，消除一二级管网的水力失调，实现流量的合理分配，进而消除冷热不均的现象。

③ 合理匹配工况，保证按需供热。热网监控系统通过对供热系统特性识别和工况优化分析，根据室外温度的变化进行最佳运行工况的匹配，进而对热源和各个热力站实行自动控制和运行指导，保证按需供热。

④ 及时诊断系统故障，确保安全运行。热网监控系统可对各热力站的运行参数进行分析，当热力站出现超压、失压、泄漏、停电、设备故障时可进行及时诊断和保护，向监控中心发送报警信号，保证供热系统安全运行。

⑤ 健全运行档案，实现量化管理。热网监控系统建立的各种信息数据库，能够对运行过程中的各种信息数据进行分析，根据需要打印运行日志、水压图、水耗、电耗、供热量、供汽量等运行控制指标。热网监控系统还可以储存、调用供回水温度、室外温度、室内平均温度、压力、流量、故障记录等历史数据，以便查询、研究、分析和总结。

2.2 监控中心

监控中心是热网监控系统的控制中心和信息交换中心，采用功能强大的800Xa工控系统，该系统是ABB公司目前最先进的分布式控制系统平台，将操作运行、工程组态和信息管理高度集成在一起，并极大地扩展了监控系统的应用范围。未来可根据需要不断扩展新的功能，具备多用户独立工作、个性化人机界面、信息访问方便迅捷、报警和事件处理明确、趋势和报表详尽多样，以及历史数据库强大可靠等优点。800Xa工控系统负责完成数据采集、数据储存、画面组态、运行状态显示、控制操作、报警管理、网络发布等。监控中心对整个热网进行监控，收集、管理整个管网的操作数据，打印报告和记录。

2.3 现场监控单元

现场监控单元中的可编程控制器是实现热力站自动化控制的核心部件，采用ABB公司生产的AC500可编程控制器。该控制器采用模块化设计，结构简单，可扩展性强，应用灵活，工作可靠，支持Modbus等多种通信协议，具备开放的数据接口，并针对区域供热的特点专门二次开发了详尽的功能库。所有热力站的现场监控单元通过自建光纤通信网使用TCP/IP协议与800Xa工控系统连接，上传数据并接受调整参数指令，在通常情况下，现场监控单元自动控制热力站的运行，不需要监控中心或热力站现场人员的参与，即使与上位系统的通信中断，也能保持正常运行。

热力站现场监控单元包括可编程控制器、控制阀、执行器、传感器或变送器、变频器、热量表、流量计，具备采集、储存、显示、通信、自检、控制、故障报警、Web访问、远程配置、安全保护功能(停电、超压、失压、汽化等)。监控对象为：一二级管网供回水温度、压力、室外温度、一级管网电动调节阀、循环泵、补水泵、补水水箱液位、供汽量(热量)、补水量等。现场监控单元的控制回路和功能主要包括：

① 供热温度控制回路

供热温度的控制方式是根据室外温度曲线计算得到，通过调整一级管网电动调节阀的相对开度来控制二级侧的供水温度和供热量。补充控制方式包括分时段限定二级管网供水温度，以保证一级管网水力工况的稳定。

② 压力和差压控制回路

二级管网压力、差压必须根据固定或可变的设定值进行控制。每台水泵配备变频器，水泵可自动切换运行以保障每台水泵运行时间大致相等，在水泵或变频器出现故障时，应可以自动切换到其他水泵、变频器。

③ 报警功能

报警功能包括：停电报警、循环泵、补水泵故障报警，以及一二级侧供水压力过高或二级侧回水压力过低报警、一二级侧供水温度过高报警、补水箱水位过低报警、防盗侵入报警等。

④ 安全功能

如果所有循环泵停止运转，则一级管网的电动调节阀将关闭，从而保护换热器。至少一台循环泵开始工作时，电动调节阀将开启。若二级侧的供水温度在一定时间内超过设定值，则电动调节阀的最大相对开度将进行限制。若二级侧供水压力超过安全设定值，换热器将自动停止运行。若二级侧的回水压力低于安全设定值，换热器将自动停止运行。

3 经济和社会效益

截至2010年2月底已完成73座热力站的安装调试工作，在2010年2月室外平均温度较2009年2月低4.4℃的情况下，单位建筑面积供热能耗由2009年的0.213GJ/m²降至0.208GJ/m²，考虑天气因素后，2010年2月供热能耗修正为0.181GJ/m²，较2009年同期节能15.02%。在人员工资方面，105座热力站最终全部实现无人值守后，可削减400余人，节约人员工资约380×10⁴元/a，经济效益较为突出。

在社会效益方面，投入热网监控系统后，由于改善了一二级管网的水力平衡，各热力站均在最佳参数情况下运行，系统供热量与需热量基本匹配，不仅大大减少了用户冷热不均的现象，而且使绝大多数热用户家中保持在一个相对恒定的舒适温度，得到了市民的一致好评。

4 结论

事实证明，热网监控系统在石河子市集中供热中的应用是成功的，该系统提高了集中供热的自动化水平，提高了供热效率、降低了运行成本。在满足用户需求的前提下，节约了大量的人力、物力，使该市供热系统的运行管理水平上了一个新台阶，在取得了经济效益的同时，更取得了良好的社会效益。

(本文作者：姜炜新疆天富热电股份有限公司供热分公司新疆石河子 832000)