地铁环控系统集中供冷监控策略研究

冯晓青 刘宏灿

(1.广州地铁建设事业总部,510380,广州;

2.国电南瑞科技股份有限公司,210061,南京∥第一作者,工程师)

地铁在运营过程中,环境控制(以下简称“环控”)系统的用电量占了相当的比重。特别是带有空调的环控系统的用电量约占地铁车站耗电量的40%[1]左右。

集中冷站系统是采用集中制冷、分散供冷方式,集中设置冷冻机房,通过敷设冷冻水管,依靠二次泵将冷冻水送至各相关站点的空调系统。该系统将多个站点的制冷设备集中在一起,可实现统一的运行管理与冷量分配,同时也减少了冷却塔等环境污染源的分布点。广州地铁2、3、4号线的站内空调系统主要都采用集中冷站供冷的方式。采用集中供冷方式,相邻几个车站的冷负荷变化要叠加于冷站供冷负荷,使得冷站工况变化较大,故必须选取适当的控制方式,以获得满意的控制效果。广州地铁4号线的集中冷站系统充分发挥了自动控制技术的作用,使系统运行效率得到了明显的提高。

1 系统结构与监控任务

1.1 冷源系统结构

广州地铁4号线集中冷站设置在大学城南站,冷站的输水系统按泵组划分共有2条支路:

(1)1号支路,有水泵5台;其中调速泵4台(同型规格),定速泵1台;用户为大学城南站、官洲车站,型式为异程。

(2)2号支路,有水泵3台;其中调速泵2台(同型规格),定速泵1台;用户为大学城北站,型式为异程。

2条支路分别由2组水泵供水,构成两个管网系统。这两个管网系统根据车站的不同需求,完成冷冻水的输送任务。系统结构如图1所示。

1.2 主要监控内容

(1)末端电动二通阀与末端房间温度之间的自动调节;

(2)变频泵频率与最不利点压差之间的自动调节;

(3)变频泵根据频率的台数控制;

(4)冷机根据分水器出水流量的台数控制。

2 集中冷站监控系统控制策略

以大学城南站、官洲站为例(空调系统供水最不利点在官洲车站AHU-02处),其冷站监控系统如图2所示。空调机组回风温度与二通阀做比例积分微分(PID)自动调节,最不利点供、回水管之间压差与变频泵做PID自动调节。变频泵根据自身频率做台数控制,冷水机组根据设置在集中冷站供水总管的流量计确定台数。

图1 集中冷站供水示意图

图2 空调机组控制回路示意图

2.1 末端支路控制

采用“最不利末端压差”恒定监控方式对变频水泵进行调节控制。

控制基点:结合水系统现状实际已安装了压差传感器的地方。大系统末端空调机组压差为ΔPab。

控制范围:ΔP ab不低于满负荷工况时的最小值 ΔP ab,min。

调节手段:压差-变频器频率PID调节。

控制参数(现场调试选定压差最不利点):

1号支路水系统为官洲车站,用户编号AH U-02,ΔPab,min=0.135 MPa;用户编号 AHU-01,ΔPab,min=0.074 MPa。

2号支路水系统为大学城北站,用户编号AHU-01,ΔPab,min=0.177 MPa。

2.2 二次泵增减台数的判据调试

增一台水泵条件:用水需求超出了现有运行水泵的最大能力。

减一台水泵条件:现有运行水泵的最大能力超出需求的部分,达到1台水泵的最大能力。

为最大限度地节能,二次泵采用全变频设计,调频水泵多台并联运行时,其频率是同步的。在增减泵的过程中,遵循该原则。经过调试,监控系统能自动根据数据正确判断、实施二次泵的增减,使供水与需求保持一致。

2.3 集中冷站控制策略

根据设计工艺要求,冷机出水温度为7℃,回水最高温度为16℃。在该工况设定下冷机实际满载制冷量Q=168 m3/h。

冷负荷原则:

设Q1为利用制冷机的蒸发器进出水温度测量值和流量值计算出的冷机制冷量。若:

Q1≤KQ,投运1台冷机;

KQ ＜Q1≤K(Q×2),投运2台冷机;K(Q×2)＜Q1,投运3台冷机。

式中:

Q——经过调试测定的制冷机实际制冷量额定值;

K——系数,根据工程实际取用。

流量原则:

当冷冻水从集水器流向分水器时,为了避免由于集水器中的“热”水流到分水器中引起大滞后,其流量只要大于0,则增开1台冷机。

当冷冻水从分水器流向集水器时,其流量只要大于1台一次泵的水量时,则减开1台冷机。

经测试得知:投运1台冷机时,一次侧水量为168 m3/h;投运 2台冷机时,一次侧水量为 336 m3/h。因此,把二次侧(用户侧)检测得到的流量与上述数据比较,即可知是否需要增减冷水机组运行。

3 结语

通过上述控制方式在广州地铁4号线中的应用,结合广州地铁的实际经验,笔者认为:

(1)地铁车站采用集中供冷的方式可大大减少车站空间,降低土建成本;

(2)集中供冷车站采用适当的控制方式,可满足各用户末端的用冷需求;

(3)集中供冷方式自动控制策略选取合适,可大大降低能耗,降低运行成本;

(4)集中供冷方式冷站设备可集中管理,便于运营维护。

北京地铁4号线列车

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