天津轨道交通运营集团有限公司 天津 300392
摘要：现阶段，随着城市规模的不断扩大，地铁的建设也如火如荼，地铁各类机电设备在运行过程当中能会有较大的能源消耗，所以通过变频节能控制技术来达到节能降耗的目的是非常有必要的。基于此，本文就变频技术在地铁机电设备中的节能应用进行简要探讨。
关键词：变频技术；地铁机电设备；节能；
1 变频节能技术概述
1）变频节能技术是无附加转差损耗的高效调速方式之一，其核心是变频器，通过对供电频率的转换来实现电动机运转速度率的自动调节，把50Hz的固定电网频改为30-130 Hz的变化频率。同时，还使电源电压适应范围达到142-270V，解决了由于电网电压的不稳定而影响电器工作的难题。变频技术综合应用电力电子技术、微机技术和电机传动技术，在应对能源危机的过程中发展而来，变频调速技术在机电一体、强弱电混合的基础上，从而调节负载，起到降低功耗，减小损耗，延长设备使用寿命等作用。交流变频调速技术作为无附加转差损耗的高效调速方式，对于电动机进行综合应用，有效提高机电设备改造后的工作效率。
2）传统的地铁机电设备、变频器是不能自动进行电流频率的改变，变频节能技术实际上是改变电流频率的一种技术。如：机电设备空载运行中，降低设备功率到最低成本，减少机电设备能耗。如果设备满载运行，调整机电设备功率到峰值，提升运行效率同时，将能耗降到最低。基于变频节能技术，有助于推动机电设备智能化操控，降低机电设备运行成本和设备维护成本，推动智能化发展。
2 变频技术在地铁机电设备中节能应用
2.1地铁中央空调变频节能技术的应用
2.1.1 空调水系统节能潜力分析
据了解，某地铁站的中央空调水系统装备了2台功率 140k W 螺杆式冷水机组和2台 18.5k W 冷冻泵，同时还有22k W 的冷却泵2台以及 7.5k W 冷却塔 2 台，由于其能耗较大，在 2015 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。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。
2.1.2 空调风系统节能潜力分析
地铁车站空调风系统装备了4台功率 30k W组合式空调箱，同时还有 11k W 回排风机 4 台，同样在 2015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。
2.1.3 结果与分析
为使得测试结果更加准确，分别在 7 月、8 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 2 所示。
图 2 车站 8月某日空调能耗对比图（能耗 k W/h）
通过图 1～图 2 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，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。
2.2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，某地铁南站总功率为 216.6k W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 0.82×106k W•h，按照 0.71 元的电价，其电费将近 54 万元，同非变频扶梯电能消耗 1.58×106k W•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。
结束语
综上所述，随着计算机技术、自动控制技术、大功率输出技术的不断发展，变频器调速技术将拥有突破性的进步。今后推动节能降耗技术的发展将成为社会的发展趋势。在地铁机电设备中运用变频技术能够有效的达到节能降耗的目的，降低地铁的运营成本。
参考文献：
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