嚴豪

（南京地鐵運營有限責任公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

現(xiàn)如今，隨著我國城市化進程加快，城市人口愈來愈多，公共交通工具的使用量也相應增多，城市的擁堵現(xiàn)象日益嚴重。只有采用能夠承載較大客運量的城市軌道交通系統(tǒng)才能夠有效改善當前我國城市中面臨的交通擁堵狀況。鑒于此我國加大了城市軌道交通建設發(fā)展的力度，在很好的緩解了城市交通壓力的情況下也為我國社會經(jīng)濟高速發(fā)展提供了巨大的幫助。各城市的軌道交通線路在度過開通初期磨合階段，下一步進入了追求綠色節(jié)能最大化的環(huán)節(jié)。著力研究如何優(yōu)化車站機電設備控制工藝，節(jié)約能耗、提高效率、延長設備使用年限。從而進一步保證機電設備更具有節(jié)能性、合理性和可靠性。本文就是在此背景下對TEF排熱風機的控制優(yōu)化問題作研究。

1 現(xiàn)場情況

十號線共有10座新建站，每站兩端各有一臺TEF排熱風機，全線共計20臺，為車站站臺軌道區(qū)域排熱。風機正常開啟的條件有兩個，一是系統(tǒng)處于自動狀態(tài)，二是時間處于運營時間段內。只要滿足這兩個條件，風機就會以20HZ的頻率運行。

這樣的控制方式固然能保證站臺軌道區(qū)域良好的排風散熱環(huán)境，但會造成大量的電能浪費和設備損耗[1-2]。TEF風機變頻器輸出功率在3.3～4.3kW之間，在十號線最初開通的2年，每臺變頻器總能耗在49000kW·h左右，每臺變頻柜總能耗在57000kW·h左右。

根據(jù)隧道溫濕度傳感器顯示，車站站臺軌道區(qū)的溫度在一年大部分時間里都較低，只有在夏季極端炎熱的天氣下才有排熱的需求。所以我們設想對TEF風機原先的控制策略進行優(yōu)化，在目前根據(jù)運營時間段啟停的條件上加入隧道溫度的判斷條件。讓其只在運營時段內溫度超過設定值時才開機排熱，其它時間都處于停機狀態(tài)[3]。這樣在確保系統(tǒng)通風散熱功能的前提下，即可以節(jié)約大量電能，又可以大大延緩變頻器和風機的老化。

2 改造方案

第一，通過對BAS系統(tǒng)PLC控制程序的研究，梳理出TEF風機在各個工況下的運行模式及其他設備的連鎖條件[4]。第二，對控制程序進行修改及仿真實驗，確保在不影響其它設備關聯(lián)、不影響手動、事故模式等功能的前提下實現(xiàn)TEF風機的條件溫度控制。

（1）對源程序進行分解。原先每個車站的兩臺TEF和兩臺HPF風機共用的一個子程序，為了讓四臺風機進行分別控制，我們將這一個子程序分成四個獨立的程序，并對循環(huán)調用的指針進行修改。確保HPF風機功能不變的情況下，可對TEF風機的控制工藝單獨進行優(yōu)化[5]。

（2）新增控制標簽。在TEF風機程序中新增了一些必須的新標簽，以便對現(xiàn)場溫度定時進行采樣計算，將現(xiàn)場溫度與設定溫度進行對比。

（3）設定開機溫度閥值。在TEF風機程序中新增了溫度對比開機指令，以實現(xiàn)實際溫度高于一定的設定溫度上限時進行開機控制。

（4）設定關機溫度閥值。在TEF風機程序中新增了溫度對比關機指令，以實現(xiàn)實際溫度低于一定的設定溫度下限時進行停機控制。

（5）算法上的優(yōu)化。對溫度的采樣周期、溫度值的數(shù)據(jù)計算、上下限的溫度回差進行設置，避免高溫季節(jié)現(xiàn)場溫度擾動對系統(tǒng)穩(wěn)定性造成影響，避免引起風機頻繁啟動[6]。

3 功能測試

在充分的研究和論證下，我們從四月份起對程序進行功能試驗，測試結果能否符合要求。我們以綠博園、浦口萬匯城和工業(yè)大學作為試點站，將江心洲和臨江兩站作為原始站作對比。首先，將原始程序進行備份，避免發(fā)生不確定情況時能夠及時恢復。其次，將新優(yōu)化后的程序下載到試點站的PLC中，測試系統(tǒng)功能正常。然后，在已經(jīng)達到預期節(jié)能優(yōu)化效果的基礎上繼續(xù)再進行二到三個月的持續(xù)跟蹤。在此期間，我們進行各項數(shù)據(jù)記錄、對比、分析確保功能和節(jié)能效果，必要時對程序和參數(shù)設置做進一步微調。最后，在試驗期滿，各項功能得到充分檢驗，程序運行完善。我們將新程序推行至全部車站，以達到最佳的節(jié)能效果[7]。

4 實際應用及能源收益

根據(jù)對隧道溫度的觀察，各站TEF風機在新的控制方式下，每年春、秋、冬季基本不會再運行，只有夏季部分極端高溫天氣和特殊情況下造成隧道溫度過高時才會啟動。因此，改造后減少80%以上的電能消耗。

近期統(tǒng)計的數(shù)據(jù)顯示，變頻器年均耗電約25000kW·h，變頻柜年均耗電約29000kW·h。這個差值是由變頻器待機能耗、變頻器的自身損耗和變頻柜其他設備的運行損耗構成的。從風機開關柜電表得到的讀數(shù)是整個變頻柜及線路損耗造成的實際總能耗，要大于變頻器的讀數(shù)15%～20%。經(jīng)過現(xiàn)場觀察和分析，我們得到了這樣一系列能耗關系：風機的機械功率+輸出線路損耗=變頻器的輸出功率；變頻器的輸出功率+變頻器的自身損耗=變頻器的輸入功率；變頻器的輸入功率+變頻柜運轉損耗+變頻柜待機損耗+輸入線路損耗=變頻柜總功率（開關柜電表讀數(shù)）。

這其中變頻柜待機損耗約為50W，每天耗電約1.2kW·h，每年約430kW·h，這個損耗是固定的。變頻器的輸入功率、變頻柜的運轉損耗、輸入線路損耗都與風機是否運轉以及風機的運轉速度有關。風機轉速越高，輸出功率越大，它們就越高；風機轉速越低，輸出功率越低，它們就越低；風機停轉，它們功率就為0W。我們就是通過停止風機不必要的運行，而將這三個部分的能耗給節(jié)約掉。去掉固定的待機能耗，每臺變頻柜總的“活”的耗電量在28000kW·h左右。我們改造后的運行時間將縮短80%，達到這個目標后每臺風機年均節(jié)電22000kW·h，全線節(jié)電約400000kW·h，可創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益[8]。同時此項目不同于硬件改造，我們只對軟件程序進行調整優(yōu)化，因此幾乎不需要投入改造經(jīng)費。

5 結論

總之，隨著我國城市軌道交通行業(yè)的蓬勃發(fā)展，其中所暴露出來的一些問題引起了人們的關注，對自動化系統(tǒng)控制工藝和節(jié)能要求也越來越高，通過提高施工質量和優(yōu)化控制策略的探討，實現(xiàn)自動化BAS系統(tǒng)合理穩(wěn)定運行。本文主要分析了南京地鐵十號線排熱風機控制系統(tǒng)，進行調整優(yōu)化，改進后的地鐵風機控制大大節(jié)約了排熱風機運行的能耗，后期我們將對實驗結果進行匯總分析，編制項目實驗結果分析報告，為其他線路提供經(jīng)驗，為南京地鐵創(chuàng)造更大的效益。