地鐵環控配電系統風機風閥聯動控制方式研究

侯俊濤

（中鐵第六勘察設計院集團有限公司）

1 引言

地鐵交通系統中，驅動力車的牽引系統、自動扶梯、環控系統等對地鐵網絡系統來說意義重大。地鐵和公共汽車不一樣，地鐵沒有窗戶，因此為了解決通風、散熱、消防等問題必須設置環控系統，也就是通風空調系統。環控系統的意義在于調節列車內部空氣的流通，使列車內部空氣效果達到最佳以滿足車內人員的健康需求，同時在事故中提供安全保障。

2 地鐵環控系統概述

地鐵環控系統是地鐵BAS控制系統中的支系統，作為地鐵交通網絡的重要組成部分，對地鐵交通網絡的正常運行影響巨大。而風機和風閥作為地鐵環控系統的核心設備，對環控系統的作用非常重要，只有風機和風閥安全穩定地工作才能保證環控系統的運行[1]。

到目前為止，已經投入使用的一些環控系統并不具備完善的功能需求，其主要原因在于地鐵環控系統的設計非常復雜，對于風機和風閥的投入巨大，操作過程也極為復雜。一個功能完善的地鐵環控系統必須具備環控系統的基本功能，即制造新風、送風、排風、換風以及在發生事故時排煙、排毒、散熱等。其次，針對我國地鐵環控系統風機和風閥在運行過程中出現位置控制不吻合的問題以及難于控制要求的順序問題，要加強環控系統大量風機和風閥配合的可靠性[2]。

3 風機和風閥聯動控制的缺陷

一般來說，地鐵環控系統中風機和風閥是需要進行聯動控制的，在聯動控制時，我們需要保證風機和風閥的位置關系一一對應，即在風機開啟前，與風機相匹配的風閥必須提前開啟，還要保證在風機關閉的時候，先關閉風機再關閉與風機匹配的風閥，否則就可能損壞風機或者風閥，嚴重時還可能造成人員傷亡。目前我國地鐵環控系統的風機和風閥控制采取的基本都是風機和風閥聯動并列控制方式，并且采用BAS實現對風機和風閥的控制。如圖1所示，BAS系統同時對風機和風閥進行并列控制[3]。

圖1 風機和風閥聯動控制并列方式示意圖

3.1 BAS對風機和風閥的并列控制問題

BAS系統是對地鐵車站以及隧道內的設備進行全面管理和控制的系統。由于工程施工、調試和運用要求，風機和風閥的控制需要根據不同的條件選取控制方式，如：自動和手動控制兩種方式。兩種方式的不同之處在于，自動控制方式是在BAS系統的控制下，根據之前編寫的程序自動按照一定的順序執行操作，即開啟風機時先風閥后風機，關閉風機時先風機后風閥。而手動控制是通過人工對按鈕的操作，來調試風機和風閥或者實現風機和風閥的緊急制動。相同之處在于自動控制和手動控制都按照先風機后風閥的順序來進行啟動或者停止控制。當前的地鐵網絡系統中，因為手動控制不能很好地實現風機和風閥的聯動并列控制，所以通常實現風機和風閥的聯動控制時，需要人工的方式進行整個工作過程的聯絡。這種設計就凸現了一個弊端，當發生火災或者其他緊急情況時，工作人員不能及時對風機風閥進行緊急控制或者操作風機風閥的工作人員之間容易出現信號中斷問題，直接導致風機和風閥不能正常進行聯動控制工作，最終造成嚴重的后果，甚至導致人員傷亡。

3.2 BAS對風閥的“復位信號”控制問題

一般來說，BAS系統對風閥進行“復位信號”控制采取的是雙重控制。在特殊情況，比如：發生火災或者由于操作不當引起BAS系統不能正常工作，從而導致風閥電源被斷開，風閥就會處于失去電源供給，這時就需要通過BAS系統使風閥再次得到電源供給，換句話說就是通過BAS再次給風閥一個信號，重新實現風機和風閥的工作狀態相一致。還有一種情況就是電源故障導致多個風閥失電，這個時候這些風閥就會處于電源供給短路故障，例如：當電源供給所的供電線路出現故障時，為了解除多個風閥的斷電狀態使其與風機狀態相匹配，必須通過BAS控制使風閥恢復到原來的狀態。在目前的地鐵環控系統中風閥的數量是非常大的，想要使諸多風閥恢復到原來狀態與相應風機匹配，實現的過程是非常困難的，而且風閥處于失電狀態下的地鐵運行是非正常的，很容易導致其他風閥再次出現故障導致出現更嚴重的問題。在目前的地鐵環控系統中，雖然在“復位信號”控制方面有一定的解決辦法，例如：在目前的解決措施中，采取了讓BAS控制系統在風閥失去電源供給之前就對風閥進行復位控制，或者提升風閥所受的負荷，這樣雖然能夠勉強解決“復位信號”的問題。但是，讓BAS控制系統提前對風閥進行復位控制難以實現，并且時間差的問題難以解決，另一種方法在風機和風閥共用一根母線時不能將風閥的負荷等級提升為一級[4]。

3.3 供配電系統設計的問題

供配電系統是地鐵網絡的重要組成部分，它對地鐵網絡安全穩定的運行起著重要作用。在過去發生的地鐵事件中，有不少事故是由于供配電系統的故障最終導致環控系統失效而引起的。供配電系統可以說是整個地鐵網絡中的“供能”大師，承擔著供電這一大重任。但是由于在設計過程中，工程組為了降低成本，使用的電纜材質不符合標準，就容易導致在給環控系統供電的時候發生斷路，導致環控系統不能正常運行，風機和風閥受損。不僅如此，地鐵環控配電的設計也對整個環控系統有著巨大的影響，如果供配電設計不合理，就會導致環控系統控制失效，在緊急情況下就可能引發事故。

4 風機和風閥聯動主從控制方式研究

想要解決風機和風閥的并列控制問題以及“復位信號”控制問題，就需要解決配電的問題，由配電入手將風機和風閥設置在不同級的負荷條件下。通過電控室操作將一級和二級負荷區分開來。對風閥的配電采取降級處理，就是采用二級負荷給風閥供電，而風機在原來的基礎上使用一級負荷供電，讓風閥跟從風機進行控制，這樣風機和風閥就形成了主從控制關系。如圖2所示，風機和風閥實現主從控制方式[5]。

圖2 風機和風閥聯動主從控制方式示意圖

在工程實際操作過程中，BAS只要接受命令并對風機發出啟動指令，風機則只用接受BAS系統發出的指令并主動控制對應風閥啟動，然后再對自身啟動，就能實現風機和風閥啟動運行的聯動控制。同樣，BAS對風機發出停止運行指令，風機接受來自BAS的指令之后主動控制對應風閥停止運行，然后再對自身停止運行，就能實現風機和風閥停止運行的聯動控制。相比風機風閥的并列聯動控制方式，在風機和風閥聯動主從控制方式下，風機能自主對風閥進行控制，主要原因在于聯動并列控制是大系統軟邏輯控制，而聯動主從控制是硬節點控制。除此之外，聯動主從控制在一定程度上優化了BAS的控制功能，節約了制造成本。在將風機、風閥的聯動控制方式由并列聯動方式改為聯動主從控制方式的電路設計中，需要注意在設計關機電路時，應該要先關風機再關風閥，這樣才能讓地鐵風機風閥系統更好的運行。

5 結語

隨著我國在地鐵方面的研究投入提高，地鐵成為了人們出行最為便捷的交通工具，人們對地鐵這種交通方式越來越依賴，然而隨著地鐵越來越多，相應的問題就隨之凸顯出來，比如：風機和風閥的聯動控制問題，這個問題在工程技術上是一個很小的問題，但是由于國內建設地鐵采取的是傳統方式，沒有對這一問題進行深入研究，導致地鐵環控系統出現了越來越多的問題，給地鐵的安全運行埋下了安全隱患。如果這種小隱患不能及時得到解決，就容易發展成為巨大的隱患，待隱患成為事故的時候，一切就都為時已晚。對此，地鐵工程部門和設計部門應該要認識到這一問題的危害性，及時采取措施，對風機風閥的控制積極采取主從控制方式，慎用并列控制方式。