1改造的基本原则
这个车站的节能改造涉及隧道风机以及空调水系统的改造，隧道风机和空调水系统的运行直接影响乘客的感受，尤其是隧道风机除正常运行外，在火灾时也要投入使用，因此节能改造应以不影响地铁安全运营为前提，并且节能改造后的设备必须可靠耐用，不能改变系统运行的可靠性、也不改变原有系统的运行模式。为实现以上前提，考虑单独增加1套节能控制系统，增加隧道风机和水泵的节能运行模式，运行过程中可根据运营需要及实际各种工况进行节能运行模式和工频运行模式（原运行模式）的切换。原系统及各类设备运行工况不发生变化，节能改造加装的变频控制设备及相关控制的反馈测点不影响原系统运行模式。对于隧道风机系统，在火灾模式下，由FAS系统对隧道风机进行监控，实现火灾工况运行。
2系统改造方案
为这个车站4台隧道风机加装变频控制设备，并在风机回风道上安装压力传感器和温度传感器，在站厅、站台公共区安装环境温度传感器，通过对温度、压力等数据的采集并上传至节能控制系统，节能控制系统实时监控调整风机的运行状况，根据环境温度等调节风机的运行频率，使风量适应系统运行需求，达到节能的目的。设置1个远程控制终端，对隧道风机工/变频运行模式进行远程切换，方便除火灾工况外的特殊工况时能对隧道风机运行工况进行调整。为这个车站4台冷却水水泵、6台冷冻水水泵加装变频控制设备，并且在相应管道上加装温度传感器，通过对系统温度的实时监视，通过节能控制系统调整水泵的运行状况，使系统温度适应系统需求，达到节能的目的。
3隧道风机和冷冻、冷却水泵的一次回路改造
在隧道风机和冷冻、冷却水泵原一次配电回路主断路器下口并联变频器柜电源回路。隧道风机一次系统改造方案：为隧道风机加装变频器旁路，如图1所示右端部分为新加的变频器旁路。工频与变频的切换，只要控制左端部分的原控制柜及变频器旁路部分的接触器即可，对原控制柜内接触器及变频器旁路接触器进行互锁，从而保证工频与变频顺利切换和安全运行。冷冻水泵、冷却水泵一次系统改造：为冷冻水泵、冷却水泵增设变频器旁路，和隧道风机类似，如图2所示左端部分为新加的变频器旁路，工频与变频切换。由于冷冻水泵和冷却水泵运行模式，存在备用的情况，为了节约投资增设变频器可采用一拖二的形式，如图3所示，2台水泵共用1台变频器。一拖一的工况：1台变频器控制1台水泵运行，工频变频可以相互切换。一拖二的工况：1台变频器可以控制2台水泵，其中1台变频运行，另1台可以工频运行，也可以2台同时工频运行，但2台水泵不能同时变频运行。
4FAS、BAS系统改造
这个车站FAS系统、BAS系统独立运行，隧道风机日常运行由BAS系统控制并监视运行状态，当火灾发生时，FAS系统会自动切掉BAS系统的控制电源，转由FAS控制。正常工况下，隧道风机在工频状态下运行时，设备完全按照原来的控制方式运行；在变频状态下运行时，变频柜取BAS、FAS系统对风机发出的启停指令，控制节能系统的启停，同时由BAS、FAS返信至车站综控室显示设备运行状态及故障信号。火灾工况下，如果隧道风机在工频状态下运行，在FAS系统启动后，切断BAS系统的控制电源，此时FAS系统会下达阀门以及风机动作的指令；如果在变频状态下运行，FAS系统启动后，会切断变频系统的控制电源，如图4所示。若风机正在运行状态，会因变频系统失电而处于惯性旋转状态，直至停止。由于节能控制系统失电后默认为工频模式运行，此时系统已自动切换到了工频的状态，且由FAS系统接管，FAS系统按照原程序启动阀门风机等，实现火灾工况启动。水泵在工频状态下运行时，设备完全按照原来的控制方式运行，在变频状态下运行时，变频设备取BAS系统对水泵发出的启停指令，控制节能系统的启停，同时由原BAS系统返信至车站综控室显示设备运行状态及故障信号。为实现以上功能，需在隧道风机现场控制器里增加1组正/反启动命令闭合点连接到变频切换电路，隧道风机接到消防正/反转命令都将强制复位清零节能控制系统，隧道风机按原FAS系统控制逻辑运行启动。对于将水泵变频器故障状态点并入控制器故障状态采集点，当变频器旁路或工频回路发生故障时，将故障信息反馈给BAS系统，同时将变频器运行状态点并入状态中间继电器控制点，控制器可实时采集到水泵的运行状态；将风机现场控制器采集的运行状态、故障状态、停止状态和输出的启/停命令并入变频切换模块，当系统切换到工频状态或复位清零时，原工频运行状态、故障状态、停止状态反馈到BAS界面，BAS启停命令控制工频启停；当系统切换到变频状态时，变频设备运行状态、故障状态、停止状态反馈到BAS系统，BAS启停命令控制变频启停；将风机原控制柜轴温保护触点连接到变频器回路，在轴温保护动作时，变频器旁路或工频回路均不能投入运行。
5工变频模式的切换
为了提高系统的可靠性，不影响设备的正常使用，且在紧急状态时能够方便、快捷、安全地做到应急启动，由BAS系统或FAS系统进行控制，节能控制系统做了3种工变频模式切换：手动就地切换：在控制柜上选择转换开关进行工变频转换；远程切换：在控制室内通过对节能控制主机进行控制，操作人员可及时通过转换按钮切换至旁路系统重新启动设备(即原来启用原风机启动方式)，能在最短时间内重新开启相关设备系统，最大限度地保证了通风系统的安全高效运行；自动方式：节能系统可自动切换工、变频切换，在检测到变频器的故障（分轻故障、重故障）时，若变频器属于重故障时，自动切换到工频回路。
6改造完成后的运行效果
自2012年6月至今对这个车站的通风空调系统节能改造部分测试及运行，BAS/FAS系统未出现功能缺失、功能未完善等情况。这个车站节能改造涉及到车站排烟工况，对FAS系统控制车站隧道风机的部分进行相应的改造，工程验收及试运行阶段未出现异常现象。进行消防测试，消防测试期间排烟系统工变频切换、IBP盘控制风机启停等功能未出现异常现象。节能系统投入试运行后各类部件、控制等设备运行状态未见异常，这个车站的通风空调系统、BAS/FAS系统在试运行期间总调故障反馈信息为零。根据这个车站的实际运行测试，系统综合节能率达到35%，达到了预期的节能效果。
7建议
通过对这个车站通风空调系统的节能改造，在实施后发现还存在不小的改进空间，建议在今后节能改造实施及运营过程中，根据地铁运行实际工况和运营特点，进一步探索通风空调系统节能改造系统的最优设置参数。对于通风空调设备节能改造加装变频器。应正确认识变频器，变频器本身不节能，且自身有一定的电能消耗，只有在风量、水量等需要进行大范围调节的情况下才需加装变频器进行调节，如果风量、水量调节范围很小的情况下，选择合适功率的风机和水泵是更优的选择。若原系统内水泵容量余量确实过大的，采取更换水泵及更换控制柜元器件的方式进行节能改造，也许是更优的选择，但需进行综合经济比选，来确定实施方案。变频控制设备应做为旁路接入原有风机、水泵控制柜系统。由于原控制柜和变频器旁路控制柜不放置在一起，无形中提高了运营维护成本，建议将改造后风机变频器控制柜内加入工频旁路，由于现场安装空间等原因，可将原有的控制柜拆除，将此位置安装变频器控制柜。这个车站节能系统改造只考虑了温度传感器、压力传感器，并没有考虑设置湿度传感器、二氧化碳传感器，为了提高服务水平，提高地铁车站公共区内舒适度，建议下一步改造中在站厅站台公共区增设湿度传感器及二氧化碳传感器，在公共区温湿度满足要求情况下，可以进一步对频率进行调节，使得以更小的风量满足运营要求。对水系统改造中考虑加装流量计、压差传感器等设备。目前这个车站对于变频器旁路的数据采集仅仅是上传存储于节能控制终端上，没有将此部分数据上传至BAS系统，而且BAS系统只能通过对风机水泵回路的电流数值看出风机水泵是处于工频状态还是变频状态。建议在下一步改造中，对BAS系统进行一定改造，使得数据能上传，BAS系统可以直接操作工变频状态的转换。进一步增加变频柜和安装变频柜空间内的降温措施。根据已进行的改造经验来看，现场环境很恶劣，改造所增加的变频柜安装位置空间紧张，又由于改造时柜内增加了继电器，继电器发热量较大，建议对变频柜进一步增加降温措施，增加系统运行可靠性。冷冻水泵和冷却水泵控制相对独立，未能实现系统COP的综合优化控制，在下一步改造中需考虑对冷水机组运行状态进行监控调节。为便于以后运行模式的调整，建议采用每台水泵采用1台变频器的模式。对新线设计的一些启示，建议将水泵、风机容量选取尽量合理。建议对轴流风机以及空调的冷冻水泵、冷却水泵等加装变频器。为提高系统可靠性,增加工频旁路,从而增加对风量及水量的调节，达到更好的节能效果。在地铁以后设计中应具备能源监测系统，能对耗电量较大的设备进行实时监测，以便于更好地运营维护。
8结语
由于地铁工程建设较为特殊，地铁内设备采购往往一步到位，像通风空调设备负荷均按远期高峰运行时负荷或者各种极端情况下负荷考虑，在近中期的运营阶段，负荷较低。近几年已开通的北京地铁新线对大风机系统基本已加装变频器，已可随各类传感器对频率进行实时调节，但是对于空调水系统中，如冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机等设备由于种种原因均没有加装变频器，如北京地铁4号线、5号线、10号线一期等。随着国家对节能减排越来越重视，对此类设备需加装变频器，通过各类传感器多参数模糊控制技术的应用，对设备负荷实时调节，从而实现系统的节能，目前大兴线通风空调系统正在进行节能改造，其他线的通风空调系统节能改造也将陆续进行。
作者：李晓宁 单位：北京市轨道交通设计研究院有限公司
