關于變頻技術在地鐵機電設備中節(jié)能應用的研究

徐文俊

【摘? 要】當前隨著科技的不斷發(fā)展，變頻技術也越來越成熟，應用范圍也越來越廣泛。對地鐵機電設備而言，其在運行過程中能源消耗極大，在機電設備中合理應用變頻技術，能有效節(jié)約設備的能源消耗，使得其運行成本得到控制。論文以此為切入點，對變頻技術在地鐵機電設備中的節(jié)能應用進行了深入的研究，希望能夠更好地發(fā)揮變頻技術的節(jié)能作用。

【Abstract】At present， with the continuous development of science and technology， frequency conversion technology is becoming more and more mature， and its application scope is becoming more and more extensive. For metro electromechanical equipment， its energy consumption is extremely high during operation. The reasonable application of frequency conversion technology in electromechanical equipment can effectively save energy consumption of equipment and control its operating cost. Taking this as a breakthrough point， this paper makes an in-depth study on the energy saving application of frequency conversion technology in metro electromechanical equipment， hoping to give full play to the energy saving function of frequency conversion technology.

【關鍵詞】變頻技術;地鐵機電設備;節(jié)能;應用

【Keywords】frequency conversion technology; metro electromechanical equipment; energy saving; application

【中圖分類號】U231? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）10-0146-02

1 地鐵扶梯中變頻技術的應用分析

在以往的地鐵扶梯設計當中，利用工頻電源直接驅動電機來帶動扶梯上下運動是常見的一種形式，這種形式主要存在兩個弊端，首先是電機在啟動的時候電流較大，即便是利用星-三角對電機進行降壓啟動，對電網(wǎng)和電機造成的損耗仍然無法避免;其次是電梯在工頻電源的作用下，無論是否有人乘坐，其都會保持一個較高速的勻速運行狀態(tài)，空載狀態(tài)下的能源浪費較為嚴重，長此以往這部分浪費掉的能源就十分可觀。

而在地鐵扶梯中利用變頻技術之后，首先對電機啟動電流大的問題進行了解決，同時實現(xiàn)了一定的節(jié)能。其主要是利用安裝在扶梯上的傳感器的感應作用，當有乘客進入扶梯后，就能通過控制變頻器來提升扶梯的輸入頻率和電壓，促使其保持高速的運行狀態(tài)，同樣，若是傳感器檢測到沒有乘客進入扶梯，那么就會相應地降低對電機的輸入頻率和電壓，使得扶梯保持一個節(jié)能的運行狀態(tài)，直到有乘客使用扶梯打破這種狀態(tài)為止，這種扶梯運營方式極大地節(jié)約了能耗，降低了成本，并且使得扶梯的適用性得到了提升。

在變頻節(jié)能控制技術的作用下，地鐵扶梯能夠根據(jù)地鐵站的客流量等數(shù)據(jù)，自動化對扶梯的速度時間表進行調節(jié)，打破了以往持續(xù)勻速運行的狀態(tài)，實現(xiàn)了變速運行，而速度時間表的調節(jié)主要是通過車站控制室和控制中心將相關數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶詣臃鎏莸目刂破鳟斨校谧冾l器無極調速的作用下實現(xiàn)的。地鐵自動扶梯變頻控制技術和中央空調控制系統(tǒng)不同，其通過地鐵專用網(wǎng)絡就能建立起對所有自動扶梯的集中監(jiān)控系統(tǒng)，并在信息化平臺支持下，實現(xiàn)遠程控制和調節(jié)的功能。已有的案例表明，變頻節(jié)能控制技術在地鐵扶梯中的應用有著較好的節(jié)能作用，例如，南京地鐵南京南站總功率為216.6kW的自動扶梯，通過變頻與非變頻的年度能耗對比發(fā)現(xiàn)，變頻節(jié)能控制自動扶梯每年的電能消耗約為0.82×106kW·h，按照南京市0.71元的電價，其電費將近54萬元，同非變頻扶梯電能消耗1.58×106kW·h、電費112余萬元形成了鮮明的對比，由此可見變頻技術的應用能使得該地鐵站15臺扶梯每年節(jié)省約1370余萬元的電費。

2 地鐵中央空調變頻節(jié)能技術的應用

地鐵車站中央空調系統(tǒng)在進行變頻改造之前，空調的負荷并不是一成不變的，盡管冷水機組可以自動調節(jié)，但是冷水泵、回排風機等輸送設備仍然以額定的功率進行運轉，當空調負荷變小時，輸送設備的功率卻沒有變小，出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象，使得空調機組的效率整體效率得不到提升，資源浪費現(xiàn)象嚴重。變頻技術的應用則能夠使得在空調負荷降低時，冷水泵、回排風機等輸送設備能夠自動對電機轉速進行調節(jié)，使得其同空調負荷相對應，使得空調系統(tǒng)的效率得到提升。

2.1 空調水系統(tǒng)節(jié)能潛力分析

深圳華僑城地鐵車站的中央空調水系統(tǒng)裝備了2臺功率140kW螺桿式冷水機組和2臺18.5kW冷凍泵，同時還有22kW的冷卻泵2臺以及7.5kW冷卻塔2臺，由于其能耗較大，在2009年對其進行了變頻節(jié)能改造，在系統(tǒng)中加裝了流量、溫度、壓力差等傳感器以及調速控制器等設備模塊，使得水系統(tǒng)由原有的定水量變?yōu)樽兯俊Ｔ摰罔F站空調水系統(tǒng)變頻改造為每個冷凍泵和冷卻泵都配置了一臺變頻器，其頻率調節(jié)范圍為30～50Hz。同時通過溫度傳感器在冷凍水、冷卻水總管每個主機出水管路中對冷凍水和冷卻水的溫度進行記錄。此外，有效檢測冷凍水總流量，還將超聲波流量計安裝在其主管的位置，壓力傳感器安裝在分集水器之間，使得其能夠對冷凍水供回的水壓差進行檢測。為了準確記錄水泵以及主機的電量，分別對其加裝了電量采集模塊。

2.2 空調風系統(tǒng)節(jié)能潛力分析

深圳華僑城地鐵車站空調風系統(tǒng)裝備了4臺功率30kW組合式空調箱，同時還有11kW回排風機4臺，同樣在2009年對其進行了變頻節(jié)能改造，在風系統(tǒng)當中加裝了溫度傳感器、風機變頻器以及比例積分電動調節(jié)閥等設備，其中比例積分電動調節(jié)閥安裝在4臺組合式空調箱表冷器中，能夠依據(jù)回風的溫度對閥門的開度進行對應的調節(jié)。此外，該地鐵車站對每臺組合式空調箱和回排風機都安裝了風機變頻器，其頻率調節(jié)范圍同樣設置為30～50Hz;送風管和回風管均安裝溫度傳感器，以準確記錄送風溫度和排風溫度;電量采集模塊安裝在風機上，以收集并記錄每臺風機消耗的電能，通過以上改造，使得該地鐵車站的空調風系統(tǒng)的控制及其運行狀態(tài)的檢測并入到車站的環(huán)控系統(tǒng)當中。

2.3 結果與分析

為使得測試結果更加準確，分別在4月、5月、6月空調季節(jié)選取了空調負荷條件相似的兩天，對空調變頻與非變頻運行狀態(tài)進行了實際測試，結果如圖1～圖3所示。

通過圖1～圖3的對比可以發(fā)現(xiàn)，地鐵車站空調系統(tǒng)采用變頻運行后，主要輸送設備：冷水主機（LS）、冷凍泵（LDS）、冷卻泵（LQS）、空氣處理裝置（KT）以及回排風機（HPF）的能耗均有了明顯的降低，空調系統(tǒng)總體節(jié)電效率以及風系統(tǒng)和水系統(tǒng)的節(jié)電效率如圖4所示，從中可以發(fā)現(xiàn)，空調總體節(jié)能效率在20%以上，其中風系統(tǒng)節(jié)能在40%以上，水系統(tǒng)節(jié)能則在20%以上，當空調系統(tǒng)負荷變小時，其節(jié)能潛力更大。

3 結語

當前，隨著城市規(guī)模的不斷擴大，地鐵的建設也如火如荼，在地鐵機電設備的運行過程當中能源消耗極大，利用變頻節(jié)能控制技術是非常有必要的，在地鐵機電設備中運用變頻技術能夠有效對能源進行節(jié)約，確保地鐵車站良好的運行狀態(tài)。

【參考文獻】

【1】陳志慧.變頻技術在煤礦機電設備中的應用[J].陜西煤炭，2019，38（04）：220-222.