TEF排热风机控制优化分析

严豪

（南京地铁运营有限责任公司，江苏 南京 210000）

0 引言

现如今，随着我国城市化进程加快，城市人口愈来愈多，公共交通工具的使用量也相应增多，城市的拥堵现象日益严重。只有采用能够承载较大客运量的城市轨道交通系统才能够有效改善当前我国城市中面临的交通拥堵状况。鉴于此我国加大了城市轨道交通建设发展的力度，在很好的缓解了城市交通压力的情况下也为我国社会经济高速发展提供了巨大的帮助。各城市的轨道交通线路在度过开通初期磨合阶段，下一步进入了追求绿色节能最大化的环节。着力研究如何优化车站机电设备控制工艺，节约能耗、提高效率、延长设备使用年限。从而进一步保证机电设备更具有节能性、合理性和可靠性。本文就是在此背景下对TEF排热风机的控制优化问题作研究。

1 现场情况

十号线共有10座新建站，每站两端各有一台TEF排热风机，全线共计20台，为车站站台轨道区域排热。风机正常开启的条件有两个，一是系统处于自动状态，二是时间处于运营时间段内。只要满足这两个条件，风机就会以20HZ的频率运行。

这样的控制方式固然能保证站台轨道区域良好的排风散热环境，但会造成大量的电能浪费和设备损耗[1-2]。TEF风机变频器输出功率在3.3～4.3kW之间，在十号线最初开通的2年，每台变频器总能耗在49000kW·h左右，每台变频柜总能耗在57000kW·h左右。

根据隧道温湿度传感器显示，车站站台轨道区的温度在一年大部分时间里都较低，只有在夏季极端炎热的天气下才有排热的需求。所以我们设想对TEF风机原先的控制策略进行优化，在目前根据运营时间段启停的条件上加入隧道温度的判断条件。让其只在运营时段内温度超过设定值时才开机排热，其它时间都处于停机状态[3]。这样在确保系统通风散热功能的前提下，即可以节约大量电能，又可以大大延缓变频器和风机的老化。

2 改造方案

第一，通过对BAS系统PLC控制程序的研究，梳理出TEF风机在各个工况下的运行模式及其他设备的连锁条件[4]。第二，对控制程序进行修改及仿真实验，确保在不影响其它设备关联、不影响手动、事故模式等功能的前提下实现TEF风机的条件温度控制。

（1）对源程序进行分解。原先每个车站的两台TEF和两台HPF风机共用的一个子程序，为了让四台风机进行分别控制，我们将这一个子程序分成四个独立的程序，并对循环调用的指针进行修改。确保HPF风机功能不变的情况下，可对TEF风机的控制工艺单独进行优化[5]。

（2）新增控制标签。在TEF风机程序中新增了一些必须的新标签，以便对现场温度定时进行采样计算，将现场温度与设定温度进行对比。

（3）设定开机温度阀值。在TEF风机程序中新增了温度对比开机指令，以实现实际温度高于一定的设定温度上限时进行开机控制。

（4）设定关机温度阀值。在TEF风机程序中新增了温度对比关机指令，以实现实际温度低于一定的设定温度下限时进行停机控制。

（5）算法上的优化。对温度的采样周期、温度值的数据计算、上下限的温度回差进行设置，避免高温季节现场温度扰动对系统稳定性造成影响，避免引起风机频繁启动[6]。

3 功能测试

在充分的研究和论证下，我们从四月份起对程序进行功能试验，测试结果能否符合要求。我们以绿博园、浦口万汇城和工业大学作为试点站，将江心洲和临江两站作为原始站作对比。首先，将原始程序进行备份，避免发生不确定情况时能够及时恢复。其次，将新优化后的程序下载到试点站的PLC中，测试系统功能正常。然后，在已经达到预期节能优化效果的基础上继续再进行二到三个月的持续跟踪。在此期间，我们进行各项数据记录、对比、分析确保功能和节能效果，必要时对程序和参数设置做进一步微调。最后，在试验期满，各项功能得到充分检验，程序运行完善。我们将新程序推行至全部车站，以达到最佳的节能效果[7]。

4 实际应用及能源收益

根据对隧道温度的观察，各站TEF风机在新的控制方式下，每年春、秋、冬季基本不会再运行，只有夏季部分极端高温天气和特殊情况下造成隧道温度过高时才会启动。因此，改造后减少80%以上的电能消耗。

近期统计的数据显示，变频器年均耗电约25000kW·h，变频柜年均耗电约29000kW·h。这个差值是由变频器待机能耗、变频器的自身损耗和变频柜其他设备的运行损耗构成的。从风机开关柜电表得到的读数是整个变频柜及线路损耗造成的实际总能耗，要大于变频器的读数15%～20%。经过现场观察和分析，我们得到了这样一系列能耗关系：风机的机械功率+输出线路损耗=变频器的输出功率；变频器的输出功率+变频器的自身损耗=变频器的输入功率；变频器的输入功率+变频柜运转损耗+变频柜待机损耗+输入线路损耗=变频柜总功率（开关柜电表读数）。

这其中变频柜待机损耗约为50W，每天耗电约1.2kW·h，每年约430kW·h，这个损耗是固定的。变频器的输入功率、变频柜的运转损耗、输入线路损耗都与风机是否运转以及风机的运转速度有关。风机转速越高，输出功率越大，它们就越高；风机转速越低，输出功率越低，它们就越低；风机停转，它们功率就为0W。我们就是通过停止风机不必要的运行，而将这三个部分的能耗给节约掉。去掉固定的待机能耗，每台变频柜总的“活”的耗电量在28000kW·h左右。我们改造后的运行时间将缩短80%，达到这个目标后每台风机年均节电22000kW·h，全线节电约400000kW·h，可创造可观的经济效益[8]。同时此项目不同于硬件改造，我们只对软件程序进行调整优化，因此几乎不需要投入改造经费。

5 结论

总之，随着我国城市轨道交通行业的蓬勃发展，其中所暴露出来的一些问题引起了人们的关注，对自动化系统控制工艺和节能要求也越来越高，通过提高施工质量和优化控制策略的探讨，实现自动化BAS系统合理稳定运行。本文主要分析了南京地铁十号线排热风机控制系统，进行调整优化，改进后的地铁风机控制大大节约了排热风机运行的能耗，后期我们将对实验结果进行汇总分析，编制项目实验结果分析报告，为其他线路提供经验，为南京地铁创造更大的效益。