关于变频技术在地铁机电设备中节能应用的研究

徐文俊

【摘  要】当前随着科技的不断发展，变频技术也越来越成熟，应用范围也越来越广泛。对地铁机电设备而言，其在运行过程中能源消耗极大，在机电设备中合理应用变频技术，能有效节约设备的能源消耗，使得其运行成本得到控制。论文以此为切入点，对变频技术在地铁机电设备中的节能应用进行了深入的研究，希望能够更好地发挥变频技术的节能作用。

【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.

【关键词】变频技术;地铁机电设备;节能;应用

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

【中图分类号】U231                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）10-0146-02

1 地铁扶梯中变频技术的应用分析

在以往的地铁扶梯设计当中，利用工频电源直接驱动电机来带动扶梯上下运动是常见的一种形式，这种形式主要存在两个弊端，首先是电机在启动的时候电流较大，即便是利用星-三角对电机进行降压启动，对电网和电机造成的损耗仍然无法避免;其次是电梯在工频电源的作用下，无论是否有人乘坐，其都会保持一个较高速的匀速运行状态，空载状态下的能源浪费较为严重，长此以往这部分浪费掉的能源就十分可观。

而在地铁扶梯中利用变频技术之后，首先对电机启动电流大的问题进行了解决，同时实现了一定的节能。其主要是利用安装在扶梯上的传感器的感应作用，当有乘客进入扶梯后，就能通过控制变频器来提升扶梯的输入频率和电压，促使其保持高速的运行状态，同样，若是传感器检测到没有乘客进入扶梯，那么就会相应地降低对电机的输入频率和电压，使得扶梯保持一个节能的运行状态，直到有乘客使用扶梯打破这种状态为止，这种扶梯运营方式极大地节约了能耗，降低了成本，并且使得扶梯的适用性得到了提升。

在变频节能控制技术的作用下，地铁扶梯能够根据地铁站的客流量等数据，自动化对扶梯的速度时间表进行调节，打破了以往持续匀速运行的状态，实现了变速运行，而速度时间表的调节主要是通过车站控制室和控制中心将相关数据传输到自动扶梯的控制器当中，在变频器无极调速的作用下实现的。地铁自动扶梯变频控制技术和中央空调控制系统不同，其通过地铁专用网络就能建立起对所有自动扶梯的集中监控系统，并在信息化平台支持下，实现远程控制和调节的功能。已有的案例表明，变频节能控制技术在地铁扶梯中的应用有着较好的节能作用，例如，南京地铁南京南站总功率为216.6kW的自动扶梯，通过变频与非变频的年度能耗对比发现，变频节能控制自动扶梯每年的电能消耗约为0.82×106kW·h，按照南京市0.71元的电价，其电费将近54万元，同非变频扶梯电能消耗1.58×106kW·h、电费112余万元形成了鲜明的对比，由此可见变频技术的应用能使得该地铁站15台扶梯每年节省约1370余万元的电费。

2 地铁中央空调变频节能技术的应用

地铁车站中央空调系统在进行变频改造之前，空调的负荷并不是一成不变的，尽管冷水机组可以自动调节，但是冷水泵、回排风机等输送设备仍然以额定的功率进行运转，当空调负荷变小时，輸送设备的功率却没有变小，出现“大马拉小车”的现象，使得空调机组的效率整体效率得不到提升，资源浪费现象严重。变频技术的应用则能够使得在空调负荷降低时，冷水泵、回排风机等输送设备能够自动对电机转速进行调节，使得其同空调负荷相对应，使得空调系统的效率得到提升。

2.1 空调水系统节能潜力分析

深圳华侨城地铁车站的中央空调水系统装备了2台功率140kW螺杆式冷水机组和2台18.5kW冷冻泵，同时还有22kW的冷却泵2台以及7.5kW冷却塔2台，由于其能耗较大，在2009年对其进行了变频节能改造，在系统中加装了流量、温度、压力差等传感器以及调速控制器等设备模块，使得水系统由原有的定水量变为变水量。该地铁站空调水系统变频改造为每个冷冻泵和冷却泵都配置了一台变频器，其频率调节范围为30～50Hz。同时通过温度传感器在冷冻水、冷却水总管每个主机出水管路中对冷冻水和冷却水的温度进行记录。此外，有效检测冷冻水总流量，还将超声波流量计安装在其主管的位置，压力传感器安装在分集水器之间，使得其能够对冷冻水供回的水压差进行检测。为了准确记录水泵以及主机的电量，分别对其加装了电量采集模块。

2.2 空调风系统节能潜力分析

深圳华侨城地铁车站空调风系统装备了4台功率30kW组合式空调箱，同时还有11kW回排风机4台，同样在2009年对其进行了变频节能改造，在风系统当中加装了温度传感器、风机变频器以及比例积分电动调节阀等设备，其中比例积分电动调节阀安装在4台组合式空调箱表冷器中，能够依据回风的温度对阀门的开度进行对应的调节。此外，该地铁车站对每台组合式空调箱和回排风机都安装了风机变频器，其频率调节范围同样设置为30～50Hz;送风管和回风管均安装温度传感器，以准确记录送风温度和排风温度;电量采集模块安装在风机上，以收集并记录每台风机消耗的电能，通过以上改造，使得该地铁车站的空调风系统的控制及其运行状态的检测并入到车站的环控系统当中。

2.3 结果与分析

为使得测试结果更加准确，分别在4月、5月、6月空调季节选取了空调负荷条件相似的两天，对空调变频与非变频运行状态进行了实际测试，结果如图1～图3所示。

通过图1～图3的对比可以发现，地铁车站空调系统采用变频运行后，主要输送设备：冷水主机（LS）、冷冻泵（LDS）、冷却泵（LQS）、空气处理装置（KT）以及回排风机（HPF）的能耗均有了明显的降低，空调系统总体节电效率以及风系统和水系统的节电效率如图4所示，从中可以发现，空调总体节能效率在20%以上，其中风系统节能在40%以上，水系统节能则在20%以上，当空调系统负荷变小时，其节能潜力更大。

3 结语

当前，随着城市规模的不断扩大，地铁的建设也如火如荼，在地铁机电设备的运行过程当中能源消耗极大，利用变频节能控制技术是非常有必要的，在地铁机电设备中运用变频技术能够有效对能源进行节约，确保地铁车站良好的运行状态。

【参考文献】

【1】陳志慧.变频技术在煤矿机电设备中的应用[J].陕西煤炭，2019，38（04）：220-222.