廣州地鐵2 號線風機控制的改進方案

摘　要　結合廣州地鐵2 號線通風空調系統中風機的控柜內轉換開關SA 確定的。當1SA 打到“ 就地”
控制設計,提出了在滿足有關規范要求和通風空調工藝要求的前提下,簡化風機控制的方案。即:由原來的三級控制改為兩級控制;風機的自動控制實現模式控制,主要用于地鐵運營;風機的就地控制只實現單臺設備的控制,取消了與風閥等設備的聯鎖控制。該方案有利于降低工程投資,提高系統的可靠性。
關鍵詞　地鐵,通風空調系統,風機控制

地鐵通風空調系統中有許多風機,按功能分為隧道風機、軌道排風機、送風機、排煙風機、回/ 排風機、組合式空調器等。
根據通風空調工藝要求,大部分風機、風閥之間存在聯鎖要求。風機、風閥的聯鎖是一一對應的,即一臺風機對應一臺聯動風閥。在啟動風機時,先啟動與之聯動的風閥; 相反,在風機停止運行后,才能關閉聯動風閥。
風機的啟動主要采用軟啟動和直接啟動。軟啟動主要用于容量較大的風機。大容量的風機啟動電流大、啟動時間長, 直接啟動將引起電網低壓(低壓母線) 的下降,影響接在電網上的其他設備和系統的正常工作。小容量的風機均采用直接啟動。
1 　通風空調系統中風機的控制
廣州地鐵2 號線對通風空調設備的風機、風閥采用集中配電和控制,在地鐵車站通風空調設備集中的地方設環控電控室。通常一個地鐵車站設兩個或兩個以上的環控電控室。風機的控制采用車站控制室控制( 簡稱車控) 、環控電控室控制( 簡稱環控) 及風機附近的就地控制, 典型的風機控制原理圖如圖1 所示。
從圖1 可以看出,風機的三級控制是由設置在風機就地控制箱內轉換開關1SA 和設置在環控電位置,操作就地控制箱面板上的啟停按鈕, 可實現風機的啟停控制; 當1SA 打到“ 環控車控”位置, 同時SA 打到“ 環控”位置,在環控電控室低壓開關柜屏前操作風機的啟停按鈕,可以實現風機的環控電控室控制; 當1SA 打到“ 環控車控”位置, 同時SA 打到“車控”位置,可以實現車站控制室控制。車站控制室控制是由機電設備監控系統(EMCS) 自動完成的。每一級控制都能在車站控制室、環控電控室、就地控制箱顯示風機的運行狀態, 如開機、停機、故障、控制方式等狀態。
根據通風空調工藝要求,對于有聯鎖要求的風機,應把聯動風閥中繼常開觸點串接在風機控制回路中,實現先開風閥后開風機的目的; 同時把風機一次回路中的接觸器輔助常閉觸點串接在風閥的控制回路中, 實現先停風機再關閉風閥的工藝要求。
2 　控制特點及存在問題
目前采用的集中配電和控制便于管理,滿足有關規范要求,實現了風機就地控制和遠方控制( 車控和環控),并且遠方控制可以通過操作轉換開關1SA 解除。另外,當EMCS 系統發生故障甚至癱瘓時,系統還能在比較集中的環控電控室完成通風空調系統的手動操作。
但是,這種控制方式存在的問題是: 控制級數多,為三級控制,分別在三個地方實現;三級控制中就地控制優先,而環控與車控兩級控制優先權不分先后; 二次接線選用了較多元器件,接線也較多; 就地控制箱、低壓開關柜、EMCS 的監控柜之間通過控制電纜連接, 對于有聯鎖關系的風機, 風機與風閥之間還有一根控制電纜, 所以使用的電纜根數多、長度大; 從環控電控室出去的電纜包括電力電纜和大量的控制電纜,造成敷設困難;此外,低壓開關柜內的接線也非常復雜。風機控制原理復雜、使用的元器件多、電纜量大,勢必使整個系統的抗干擾能力下降、可靠性降低、設備維護檢修困難、工程投資增大。

圖1 　風機控制原理圖
3 　改進風機控制設想
從上面分析得知,廣州地鐵2 號線對風機等設備的控制存在許多問題,解決這些問題主要從以下幾個方面考慮:
1) 降低控制級數
在滿足有關規范的前提下,首先應降低控制級數。地鐵中,由于設備多且分散設置,風機等設備的自動控制是必須的,所以風機必須設遠方控制。遠方控制由EMCS 實現。規范明文規定,除了遠方控制還需設就地控制。就地控制主要用于設備的調試與維修,一般設在設備附近。目前,環控電控室雖然設在環控負荷中心,但與環控負荷還有一段距離,通常為幾米到幾十米甚至更遠一些;且環控電控室與風機等設備不在同一房間內,所以環控電控室手動控制不宜作為設備就地控制,就地控制還是設在設備附近較為理想。
風機的控制可以采用兩級控制:風機附近的就地(手動) 控制和車站級的自動控制(遠方控制) 。就地控制的控制級別優先于自動控制。自動控制主要用于運營。
2) 就地控制取消風機風閥聯鎖控制
為了更進一步簡化風機的控制,風機與風閥及其它環控設備的聯鎖控制可由EMCS 實現,就地控制只實現單臺設備的手動控制。實際上,手動控制要實現復雜的聯鎖控制很困難,甚至是不可能的。地鐵車站的通風空調與防排煙共用一套設備,并分區域設置,因此,地鐵通風空調設備是按模式控制的。一個模式由一臺以上風機、風閥聯鎖控制實現,一臺風機可能涉及到幾個模式。因此,用手動控制實現聯鎖控制是無必要的,且它只能實現模式控制中的一部分功能。
3) 取消控制回路的試驗按鈕和串接的斷路器輔助觸點
圖1 二次回路中,試驗按鈕1SF 、QF 主要用于風機安裝調試時檢查控制接線是否正確,安裝調試后基本上可以不用。檢查控制接線的正確與否可以通過許多別的辦法而不需要增加元器件。所以, 1SF 、QF 可以取消。
4) 就地控制由PLC 實現
對應圖1 , 簡化的風機控制原理圖見圖2(風機的一次接線圖不變) 。一根控制電纜。

圖2 　簡化的風機控制原理圖圖3 　用PLC 實現風機控制輸入、輸出接線圖
圖2 中,就地控制可以通過操作就地控制箱面板上的啟停按鈕SS′、SF′實現。當實現遠方控制時,PLC 輸出點使YKZ 接通,風機啟動; 當YKZ 斷開時,風機停止運行。風機的兩級控制由設置在就地控制箱的轉換開關1SA 切換實現。風機的啟、停、故障狀態,以及風機的控制方式,由PLC 通信模塊經網絡送至車站控制室的車站級控制系統顯示,同時也在就地控制箱面板上顯示。用PLC 實現風機控制輸入、輸出的接線圖如圖3 。從圖2 、3 可以看出:風機控制原理圖使用元器件少、接線簡單。風機就地控制箱內主要安裝啟停按鈕、狀態指示燈、轉換開關,PLC 安裝在就地控制箱內或者獨立安裝。從就地控制箱至配電室只需就地控制。即由原來的三級控制改為兩級控制。
4 　結論
改進后的地鐵風機控制取消了原來的環控電控室控制,只設車站控制室自動控制和風機附近的風機的自動控制按照通風空調工藝要求實現模式控制,主要用于地鐵運營;風機的就地控制只實現風機單臺設備的控制,取消了與風閥等設備的聯鎖控制,主要用于風機調試及維修。經過簡化,風機控制接線簡單,使用元器件少, 電纜使用量少,從而提高了系統可靠性,降低了工程投資。

參　考　文　獻
1 　劉小英,劉閩生. 中央空調系統的配電控制及節能. 建筑電氣,1998 , (4) :36～37
2 　黃民德,黃琦蘭. 可編程序控制器原理及在建筑中的應用. 天津:天津大學出版社,1999
3 　廣州市地下鐵道二號線首期工程動力與照明通用圖. 2001