自动扶梯全变频分时段运行技术在昆明轨道交通中的应用

王宇鹏

摘要：文章首先分析了变频技术在扶梯中的应用，并对旁路变频和全变频方式进行了对比分析；其次对轨道交通中的自动扶梯工况进行了分析，轨道交通自动扶梯负载率低，在自动扶梯上采取适当的措施进行节能效果显著；最后得出结论：将分时段运行技术与全变频技术相结合运用于昆明轨道交通大大提高了扶梯产品的使用性能。

关键词：轨道交通；全变频；分时段运行；自动扶梯；变频技术 文献标识码：A

中图分类号：U232 文章编号：1009-2374（2015）11-0053-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.027

1 地铁自动扶梯节能技术现状

目前各大城市地铁自动扶梯的节能技术绝大多数都是采用变频技术。变频技术分为旁路变频和全变频。

1.1 全变频方式

该方式下自动扶梯无论以低速还是额定速度运行，变频器一直串接在电源回路中，通过变频器供电。扶梯的光电传感装置探测到一定时间内无乘客时，可选择停止运行或低速运行，进入待客状态。当扶梯的光电传感装置探测到有乘客进入扶梯时，自动从停止状态或低速状态加速到额定速度运行。若变频器出现故障，可从扶梯系统中隔离出来，此时扶梯采取直接启动的方式运行，其电源直接取自电网。

全变频方式还具有变频器轻载节能运行模式，即变频器可根据自动扶梯的负荷情况自动调整电压输出值。该运行模式在扶梯轻载而又不改变扶梯的额定运行速度的情况下可起到较好的节能模式。

1.2 旁路变频方式

该方式就是当自动扶梯检测到一定时间内无人后，扶梯自动接入变频器，并经变频器把速度降低到额定速度的20%或50%空载运行或停止运行。一旦扶梯传感器（或红外线）检测到有人进入扶梯的感应区内，扶梯将及时经变频器又恢复到额定速度，此后旁路掉变频器直接转换到由电网直供方式。当变频器出现故障时，供电与启动同方式一。

1.3 两种变频方式的分析比较

由于旁路变频工作方式下变频器的作用只是在空载时，把扶梯的速度降到低速运行，或在低速空载时再把扶梯调整到额定速度，因此变频器的容量不需要很大。此时变频器容量主要是根据启动电流小于变频器的额定电流或150%的过载电流进行选择，故变频器的容量只需要大于扶梯电机功率的60%即可。它比全变频工作方式下变频器所需的容量要小得多，造价较低，变频器的尺寸较小，容易在扶梯桁架内安装，不易受周围空间布置的影响。缺点是由于变频器在扶梯运行过程中频繁地进行接入和退出的操作运行，对控制回路的设计和接触器的要求较高。此外，换接时由于变频器频率和电网频率之间有差异，故会出现短时间的振动噪音。

全变频工作方式的优点是，除了不需要复杂的控制回路和高质量的交流接触器外，在运行速度选择上可有多种灵活还可以采用分时段改变扶梯的速度进行运行，即在客流高峰期采用额定速度0.65m/s运行，在非高峰期采用80%的额定速度0.5m/s运行，节能效果更显著。此外，在该运行方式下，还可以采用变频器轻载节能运行模式。缺点是全变频运行方式的变频器容量配置要大于自动扶梯电机的额定功率。两种变频方式具体优缺点见表1：

表1 两种变频方式优缺点比较表

变频种类 优点 缺点

全变频 加、减速时，交接点连续、平稳性和舒适性好；电机主回路的所有元件寿命长，维修工作量少；

节能方式选择灵活，不同站可根据具体情况选择节能方式。重载下行，可向电网送回合格的电能。 变频器容量大，工作时间长；设备较复杂，造价高。体积大，安装位置和空间有要求。

旁路变频 变频器的容量小，且工作时间短。设备简单，易于安装，造价低。 平稳感略差，节能方式选择不够灵活，控制回路的设计和接触器要求高。

根据以上对比分析，全变频技术更具优势。因此在昆明轨道交通首期工程和6号线一期工程中，自动扶梯均采用全变频方式。

2 全变频自动扶梯工作方式及轨道交通客流特点

我们对自动扶梯的节能技术进行了分析，并推荐采用全变频方式。目前新建地铁车站自动扶梯所采用的节能方案主要是全变频技术，如武汉地铁2、4号线，杭州地铁1、2号线，昆明地铁。全变频技术在自动扶梯上的应用其节能效果是显著的，但是结合轨道交通客流的特点，单纯的采用全变频技术并不能使节能效果达到最大化。

2.1 全变频自动扶梯的工作方式

（1）选用额定速度为0.65m/s的自动扶梯，若扶梯上无乘客时，扶梯入口处的光电传感装置探测到一定时间内无乘客时，进入低速运行，待客状态；（2）低速运行一段时间后（时间可调），扶梯入口处的光电传感装置探测到一定时间内仍无乘客时，扶梯停止运行；（3）当扶梯的光电传感装置探测到有乘客进入扶梯时，自动从停止状态或低速状态加速到额定的0.65m/s运行。

根据全变频自动扶梯的工作方式可以看出，影响扶梯运行状态的主要是客流，若一段时间内无客流，扶梯会从正常工作方式切换到节能运行方式，但是在一段时间内不停有分散的客流进入，那么自动扶梯会一直保持额定速度运行，并不能起到节能的作用，因此我们有必要对轨道交通客流的特点进行简要的分析。

2.2 轨道交通客流特点

轨道交通客流的特点是在工作日期内，早高峰和晚高峰的时间段客流相对集中，其他时间段客流相对分散。因此地铁车站的自动扶梯在非节假日内，客流主要集中在早高峰和晚高峰，其他时间段自动扶梯的工作状态是轻载或处于节能状态。但是因为客流比较分散，自动扶梯经常会处于正常的运行速度（0.65m/s），扶梯上的乘客人数可能只有几个人，这样即使采用全变频的自动扶梯，并没有使自动扶梯的节能效果最大化。

3 自动扶梯分时段运行技术

扶梯是特种安全设备，乘客的安全始终是第一位的，应尽量减小调速的频度，而且客流很分散，不宜对扶梯进行实时调速，因此分时段运行是比较好的选择，也就是扶梯按照预先设定的速度时刻表运行。扶梯速度可以在0.13～0.65m/s之间无级调整，时间段可任意设置，但扶梯处于空载工况时，始终以0.13m/s速度运行或停止，不受速度时刻表的限制。

采用的节能用全变频的扶梯在高峰客流时间可采用额定速度0.65m/s运行。其他时间段自动扶梯可采用80%的额定速度0.5m/s运行。无论采用0.65m/s的速度运行还是采用0.5m/s的速度运行时，当扶梯探得无人后可按20%额定速度运行。

自动扶梯分时段运行既可以满足车站在高峰小时时间内的客流量，同时在非高峰小时时间段采用采用80%的额定速度运行能起到节能作用。图1和图2分别反映了在高峰时段内节能效果是一致的，但在非高峰小时时分时段全变频技术明显比全变频节能。

根据自动扶梯分时段运行技术从减低损耗和减小输出功率两方面入手，较全面地解决扶梯在不同工况下的节能问题，节能效果一般在20%以上。我们在昆明轨道交通首期工程南段行政中心站的站内和出入口的8台自动扶梯以及进行了两天用电量对比跟踪测试，表2为变频调速节能的检测数据，测试时间为6∶00～22∶00。其中汇总表中的全变频能耗是指扶梯在变频器后运行的实际能耗，额定速度为0.65m/s；分时段能耗是指每天7∶00～9∶00及17∶00～20∶00这两个时段，扶梯以0.65m/s速度运行，其他时段以0.50m/s速度运行的实际能耗。

从检测数据汇总表可以看出，通过信息化和变频调速技术的应用，各种运行工况的节能效果都比较显著，主要分布在15%～25%之间，节能效果相对较低的扶梯集中在站台至站厅，与其客流量的特性有关。实际测试效果和理论计算的结果相吻合，总体节能效果在15%以上。上述的测试只设置了0.65m/s和0.50m/s两档速度，实际上，可以设置更多的速度档，节能效果会更加

明显。

4 分时段运行技术的推广应用

分时段运行技术对于运营初期或没有形成线网的地铁线路节能效果非常明显。但是对于一些城市例如北京、上海、广州等已经比较成熟的地铁城市来说，分时段运行技术需要结合各个车站的客流特性进一步分析和完善。

（1）当轨道交通本身的运能比较小或车站位于用地还没有完全开发的地区时，此时的客流无明显的上下车高峰，双向上下车客流全天都较小，扶梯基本处于轻载运行，此时车站自动扶梯可全天按0.5m/s的速度运行；（2）车站位于综合功能用地区位时，早晚高峰小时客流相对集中，其他时间段客流相对分散，扶梯至少一半时间处于轻载运行，此时可对自动扶梯的运行速度进行调整；（3）对于轨道交通线路处于用地已高度开发的交通走廊或车站位于公交建筑和共用设施高度集中的地区时，客流分布无明显的低谷。车站位于体育场、影剧院等大型公用设施附近，演出节目或体育比赛结束时，有一个持续时间较短的突变的上车高峰或下车高峰。此类型的车站需根据运营之后的客流特性对车站自动扶梯进行调整保证既能适应客流同时让节能效果最

大化。

5 结语

通过对比分析，自动扶梯全变频分时段运行技术比一般的全变频技术更节能，并将此技术运用在昆明轨道交通中并取得了良好的效果，可为我国轨道交通自动扶梯节能设计和运营提供借鉴作用。

参考文献

[1] 刘忠民.变频器在自动扶梯节能中的应用[J].大众用电，2006，（6）.

[2] 王习凡.几种自动扶梯节能方式的利弊[J].中国电梯，2008，（19）.

（责任编辑：秦逊玉）