冷水机组群控系统方案

孙泽华

摘要：各车站空调系统均单独配置冷水机组群控系统，使多台机房设备可以按先后有序运行，并通过执行优化程序和预定时间程序，更有效节约系统运行时所消耗的能源，减少人工操作可能带来的误差，更安全、更有效维护管理空调冷源系统，达到最大限度的节能。

关键词：冷水机组、群控、方案

上海轨道交通9号线一期工程包括松江新城站至宜山路站13个车站（9个地下站、4个高架站）、1个控制中心、1个车辆段、2座主变电所、2座区间箱式牵引变电所（SSl;SS2），线路总长约31km。

每座地下车站均设一个冷冻机房，冷冻机房一般布置在站厅层的一端。冷冻机房系统设有螺杆式冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔以及附属阀门设备，为整个车站提供冷源。每个冷冻机房设有一整套冷水机组群控系统来协调整个冷冻系统的运行和管理。

群控系统要求系统制冷量需随空调负荷的变化而变化，当冷量在50%--100%之间变化时，冷水机组可自身调节制冷量来适应这种变化，当冷量降到50%以下时，系统中的一台冷水机组停止工作。

一、群控系统概述

1.水机组群控系统联锁控制设备：冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、电动水阀、冷却塔自动补水阀及相关传感器、执行器等。

系统启动顺序：冷却塔及冷水机组电动水阀一冷却水泵一冷冻水泵一冷却塔风机一冷水机组;

系统停机顺序：与系统启动顺序相反，冷水机组一冷却塔风机一冷冻水泵一冷却水泵一冷却塔及冷水机组电动水阀

相关设备的开/关需经确认后才能开/关下一设备。

设备联锁控制由环控系统控制柜完成。

2.系统控制要求

2.1系统启动：

按BAS时间表（可在机组群控系统中分别设定）全线时钟同步或根据BAS系统单独指令启动各车站的群控系统。

2.2冷量控制：‘

根据所系统所测量的冷冻水供、回水温度及流量，计算实际耗冷量。

当一台冷水机组运行时而实际耗冷量超过两台冷水机组总冷量50%，并维持若干分钟（可由机组群控系统再设定），第二台冷水机组便需启动。

当二台冷水机组运行时而实际耗冷量低于一台冷水机组冷量之95%，并维持若干分钟（可由机组群控系统再设定），需关闭其中一台冷水机组。

设置时间延迟或冷量控制的上、下限范围（由机组群控系统设定），防止机组的频繁启动。

根据冷却塔出水温度，决定冷却塔风机启停。

系统停止：按BAS时间表（可在机组群控系统中分别设定）全线时钟同步或根据BAS系统单独指令停止系统运行。

2.3压差控制：

按设计及调试要求设定冷冻水供、回水压差，并采用自力式差压平衡（旁通）阀维持冷冻水供、回水压差恒定。

2.4冷却塔出水温度通过机组群控系统设定。

2.5机组优先启动原则

机组群控系统系统自动记录各机组的运行小时数，优先启动运行小时数少的机组及相关设备。

二、系统控制对象（以一个车站为例）

2台的螺杆式冷水机组;

2台冷冻水泵;

2台冷却水泵;

2台的冷却塔;

1套压差旁通装置;

若干电动调节阀、开关阀;

三、系统技术规格

1.环境条件

冷水机组均群控系统设于室内地下一层或地下二层空间的冷冻机房内，机房设置机械送、排风系统进行通风，换气次数6次/h，环境温度≤45℃、相对湿度≤95%（仓储条件）

2.设计规范与标准

2.1民用建筑电气设计规范（JCJ/T16-92）

2.2智能建筑设计标准（DBJ-08-47-95）

2.3采暖通风与空气调节设计规范（GBJ19-87）

2.4电气装置工程施工及验收规范（GBJ232-82）

2.5上海轨道交通9号线车站空调系统相关技术文件

四、系统控制流程

1.控制基本流程

1.1根据程序自动安排开关冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵、电动蝶阀和冷却塔风机;

1.2根据要求自动切换机组的运行次序，累计每台机组运行时间，自动选择运行时间最短的机组，使每台机组运行时间基本相等，以延长机组使用寿命;

1.3自动监测冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机等设备的运行状态，故障报警，并按照特定程序及实际情况自动启动备用设备。

1.4冷机自动控制中最主要的控制策略是冷机台数控制，即机组加载/卸载控制。开利的CCN系统其自动控制的先进性、可靠性就体现在此。CCN控制系统采用冷冻水出水温度控制机组的台数，具体的方法见机组加载和减载的控制流程。

1.5根据冷却水温度自动控制冷却塔风机启/停台数和风机的运转频率，使冷却水温度控制在32℃-37℃范围内

2.控制流程说明

CCN控制系统在冷水机房群控方面有其独特之处。制冷机台数的控制，一般BAS的控制是通过计算冷量，即总水量×供回水温差，得出末端的冷量多少。但是其缺点是误差很大：

2.1因為监测流量有±15%的误差（如果安装的不恰当，误差更大――流量传感器有很严格的安装要求与精度要求），因此经常计算出来的冷量的误差会超过15%。CCN系统拥有专为开利机组研制的CSM冷水机组系统管理模块，勿需流量监测，即可对每台冷机进行全面的监测与管理，CSM内部优化程序进行逻辑运算，决定开启制冷机台数;除了保证供水温度外，制冷机的制冷量也参与增加或减少台数的策略，因此在制冷的控制效果比其他控制系统更优良、更节能、更专业。

2.2一般BAS加机的策略是当计算出的负荷端冷量与冷机所提供的冷量足以接近时便需要加机，运行机组保持原运行状态，加载机组的负载逐步上升，趋于稳定状态。这样常常需要长时间的温度波动与温度接近。CCN管理系统的最大优点是加卸载管理，当系统需要增多一台机组制冷，它不止光启动后备状态机组，而是同时发出指令给正在运行的机组，将其制冷负荷至平均负载，然后两台机组同时上载，最终达到稳定状态。这样可以最快程度的达到系统稳定，使供水温度达到波动最小，同时也平衡机组使用寿命，减低电网突增的负荷，最大限度达到节能作用。

3.冷水机组加载和卸载的流程说明

3.1增加制冷需求 Additional Cooling Required – ACR 加载的流程

3.1.1当前运行的机组有足够的时间由 0%负载至接近100%负载

3.1.2当ACR温度传感器所测的冷冻水供水温度，高于当前的冷冻水供水温度设定点与一个可调整的温度偏差值相加后的所得值

3.1.3运行机组的负载大于某个设定值（一般为90%～95%）

3.1.4运行冷水机组的温度降低速率小于0.5℉/分钟

以上各项要求A～D均能满足，才进入以下机组加载程序

3.2机组加载程序

3.2.1新冷水机组启动的延迟时间已经结束（延迟时间可以设定）

3.2.2新冷水机组禁止运行的命令未激活

3.2.3新冷水机组没有处于出错，斜坡加载或处于断电重起阶段

以上各项要求E～G均能满足，新冷水机组立即启动。

注：如果运行程序或者I/O需要一个冷水负载回水算法，CSM根据计算供水、回水的混合比和混合温度的算法来决定旁通水的百分比。CSM应将这个计算值与工厂预设的旁通值比较，如果旁通值小于预设值且所有机组的有效容量相同，则起动一台冷水机组;如果算法决定需要起动额外的冷水机组来维持设定点而无冷水机组可用，将产生一个报警。

3.3减少制冷需求 Reduce Cooling Required – RCR 卸载的流程：

3.3.1目前运行的机组台数多于一台

3.3.2运行机组的平均负载小于某个设定值（一般为65%～69%）

3.3.3当RCR温度传感器所测的冷冻水供水温度，小于当前的冷冻水供水温度设定点与一个可调整温度偏差值的0.6倍相加后的所得值。

*以上各项要求A～C均能满足，才进入以下机组卸载程序

3.4机组卸载程序：

3.1.4机组停机的延迟时间已经结束（延迟时间可以设定）

以上3.4.1要求能满足，设定机组马上停机

4.机组循环启停顺序

为平衡冷冻机的使用时间，使每台机组保持基本一致的运行时间以延長机组寿命，系统提供了一个循环冷冻机启停顺序的程序，可在操作平台自定义循环周期，即用户可自定义冷冻机的循环方式及循环时间。同时自动平衡水泵和冷却塔的运行时间，延长设备的使用寿命。

（作者单位：山西省工业设备安装集团有限公司）