武汉地铁 11号线集成冷站集成控制技术要点分析

武汉地铁 11号线集成冷站集成控制技术要点分析

鲁店

中电建武汉建设管理有限公司 湖北武汉 430000

摘要：集成冷冻站为地铁车站空调系统空调季节提供冷源，同时根据实时负荷需求的变化自动调节其制冷能力，应具有整体结构紧凑、简洁、合理，易损部件少，各零部件的安装应牢固、可靠；运转平稳、可靠性高，运转时无异常响动、噪声低等特点，确保地铁通风空调系统的正常运行的要求。

关键词：地铁；集成冷站；集成技术

1工程概况

地下车站制冷机房均布置在车站内一端，其制冷机房采用高效节能集成冷冻站产品（以下简称集成冷冻站），该产品是以高效节能控制系统为核心，进行各主要设备最优选型匹配，在工厂预制、模块运输、现场拼装的系统级产品。其主要设备和部件有水冷螺杆式冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、分水器、集水器、水处理仪等设备及阀门、管道、控制系统，室外设置冷却塔。

2集成冷冻站模块组成和系统主要测控对象

集成冷冻站模块主要由模块化高精度冷冻站安装平台、水冷螺杆冷水机组、变频冷却水泵、变频冷冻水泵、高效节能控制系统、水处理设备、定压排气补水装置、管道、阀门、压差传感器、温度传感器、流量传感器、功率传感器等组成。

集成冷冻站所含的高效节能控制系统主要测控对象如下：冷水机组、冷冻水泵、电动阀门（包括冷水机房内电动蝶阀、旁通电动比例调节阀和冷却塔电动蝶阀）、冷却水泵、冷却塔、末端压差传感器、供回水干管温度传感器、室外温度传感器、流量传感器。

3控制目的

集成冷冻站应采用冷冻站节能控制系统，该控制系统通过对冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、系统管路调节阀进行实时控制，能实时连续监测冷水机组、水泵和冷却塔的功耗值，在设备安全运行范围内自动调整各单体设备的功率消耗，使冷水机组、水泵和冷却塔综合运行效率最高，整体冷冻站电能消耗最低。控制目的是在满足末端空调系统要求的前提下，使整个系统达到最经济的运行状态，使系统的运行费用最低，并提高系统的自动化水平、管理效率，从而降低管理人员劳动强度。

4集成冷冻站安全保护与监控

4.1安全保护与监控装置

1)集成冷冻站应配备配电控制柜、传感器、执行器。配电控制柜应配备先进的电脑控制装置和软件系统，配备中文或图形液晶显示类用户界面。

2)集成冷冻站应具有强大而完善的安全自保护、监控、自诊断、自调节和通信功能。

3)集成冷冻站具有完善的接地装置：需要检查、调节、操作或维护的电气设备和控制元件宜集中固定安装，并进行完善的接地保护；机组运行时使用人员可能触及的无绝缘金属部件应与接地线连接。

4.2安全保护功能

集成冷冻站具有各种自动保护功能

4.3安全监控功能

通过控制系统及其中文或图形液晶显示屏，应能显示集成冷冻站各设备的运行参数，包括各主要机电设备运行功率、实际运行电流等参数和空调水系统各项物理参数，包括冷冻水供回水温度、冷冻水回水流量、分集水器间压差、冷却水回水温度等等，冷冻站节能控制系统能够对这些数据进行记录、累积和分析，作为进一步调整该设备之变频控制指示的依据，从而达到实施设备运行转速或台数的最佳控制方案。

4.1故障诊断

集成冷冻站运行中，应能自动进行故障诊断，诊断信息通过中文或图形液晶显示屏显示；应能记录和保存最后多个故障的情况，包括故障发生的时间、名称等。如果在运行过程中，若设备或电机或变频器发生故障，需能发出故障信号，并将故障设备或电机或变频器锁定，同时备用设备自动投入运行。

5集成冷站与相关专业的技术接口

5.1集成冷站工作范围及要求

1）主要设备和部件：水冷螺杆式冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、分水器、集水器、水处理仪、定压补水装置等设备及阀门、管道、控制系统、室外冷却塔及相应冷却水系统管道及附件等的深化设计、供货、内部配电、控制和安装等；

2）冷水机房内地面的所有防水、槽钢固定、基础、排水沟等施工，但不包括室外冷却塔基础的施工及墙面、房顶的装修；

3）单独、集中设置电表对集成冷站进行计量；

4）所有的配线电缆(线)均应采用B类低烟无卤阻燃型；

5）冷却塔附近应设置检修插座箱，检修插座箱详见车站检修插座箱技术要求（为聚碳酸酯产品，防护等级为IP65以上），并设防雨罩。

6）机房的动态压差旁通平衡阀为甲供设备。

7）承包商的深化设计方案得到业主和设计单位认可后，提供深化设计的正式施工蓝图一式10份供业主、监理、设计等单位使用，承包商用于施工、归档等自行考虑。

5.2与低压配电的接口

1) 机电总承包商（低压配电）负责提供动力电源，动力电源电缆敷设至各控制柜进线接线端子处，集成冷站中标厂商应及时向低压配电设计方提供电源需求；

2）集成冷站承包商应向低压专业提供各控制箱内部配电接线图及冷水机房内设备平面布置图；

3）低压配电专业在集成冷站设弱电接地端子箱。

5.3与BAS专业的接口

集成冷站的自动控制和监视全部由集成冷站承包商完成，BAS仅监视（监视信息内容由集成冷站承包商提供）冷站系统；并设总启停控制，至集成冷站控制系统通讯口处的通信电缆由BAS负责提供及敷设（接口形式在设计联络中确定），通信协议暂定为MODBUS RTU。

5.4与土建的接口

1）在集成冷冻站进入现场之前土建（或机电总承包）施工根据需要完成冷冻站机房内部的地面平整工作。

2）在集成冷冻站进入现场之前土建（或机电总承包）完成机房出入口的安全设置工作。系统所用PLC编程工具，供方还需在投标文件中提供推荐给业主的备品备件及工具、用具物件清单。单项报价，但不应包括在总价内，仅供买方分析选购。专用工具清单见下表。

表1 节能控制系统专用工具清单

表2 节能控制系统备品备件清单

6集成冷站的特点

武汉地铁11号线东段工程集成冷站主要由模块化高精度集成冷站安装平台、冷水机组、变频冷却水泵、变频冷冻水泵、变频调速冷却塔、高效节能控制系统、旁通水处理设备、在线吸垢仪、定压排气补水装置、空调水管道、阀门、末端压差传感器、温度传感器、流量传感器等组成。其中，最核心的关键技术就是高效节能控制系统，该节能控制系统对冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、电动阀门（包括冷水机房内电动蝶阀、旁通电动比例调节阀和冷却塔电动蝶阀）、冷却塔、末端压差传感器、供回水干管温度传感器、室外温度传感器、流量传感器实现实时监控，并进行变频控制调节，从而达到高效节能控制的目的。

图1集成冷站现场实图（光谷六路站）

集成冷站具有三大特点：

1）宽广的负荷调节范围，实现节能控制。集成冷站通过采用高效节能控制系统，控制冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔、阀门等设备达到协同运行，整个集成系统可以在满负荷设计的25%～100%范围内进行调节运行。

2）合理的空间布局，实现安装空间的优化。整个集成冷站外表美观大方，管路与附件布局合理、结构紧凑，便于后期运营维护与清洁。

3）安装可靠牢固，机组运行平稳。集成冷站经过工厂预安装及平台测试调试，可以做到现场安装牢固、可靠，确保机组运转正常、噪声低、整机运转平稳。

图2 集成冷站三维仿真设计

7结论

集成冷站在设计院初步设计的基础上，开展二次深化和三维仿真优化设计，以高效节能控制系统为核心，进行设备最优选型匹配，实现工厂预制、模块运输、现场拼装，最终在地铁车站实现集成控制。其优势主要体现在：

1）采用二次优化与精细化设计，节省了材料费用和占地面积，实现了对建设成本的控制。

2）采用二次优化与三维仿真优化设计，综合考虑了整个系统的运行效率，实现变频控制，提高系统运行效率。

3）充分考虑设备的安装和维护，方便后期运营维护。

4）采用模块化设计，便于拆卸、吊装和运输；通过工厂预制和调试，避免现场交叉施工干扰，缩短了安装及调试时间成本。

5）选用优化匹配的设备，采用高效节能控制系统实现主设备软启动，延长了设备使用寿命。

参考文献

[1]于竺昕. 集成冷站系统设计要点研究[D].