自動(dòng)扶梯全變頻分時(shí)段運(yùn)行技術(shù)在昆明軌道交通中的應(yīng)用

王宇鵬

摘要：文章首先分析了變頻技術(shù)在扶梯中的應(yīng)用，并對(duì)旁路變頻和全變頻方式進(jìn)行了對(duì)比分析；其次對(duì)軌道交通中的自動(dòng)扶梯工況進(jìn)行了分析，軌道交通自動(dòng)扶梯負(fù)載率低，在自動(dòng)扶梯上采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行節(jié)能效果顯著；最后得出結(jié)論：將分時(shí)段運(yùn)行技術(shù)與全變頻技術(shù)相結(jié)合運(yùn)用于昆明軌道交通大大提高了扶梯產(chǎn)品的使用性能。

關(guān)鍵詞：軌道交通；全變頻；分時(shí)段運(yùn)行；自動(dòng)扶梯；變頻技術(shù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U232 文章編號(hào)：1009-2374（2015）11-0053-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.027

1 地鐵自動(dòng)扶梯節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀

目前各大城市地鐵自動(dòng)扶梯的節(jié)能技術(shù)絕大多數(shù)都是采用變頻技術(shù)。變頻技術(shù)分為旁路變頻和全變頻。

1.1 全變頻方式

該方式下自動(dòng)扶梯無論以低速還是額定速度運(yùn)行，變頻器一直串接在電源回路中，通過變頻器供電。扶梯的光電傳感裝置探測(cè)到一定時(shí)間內(nèi)無乘客時(shí)，可選擇停止運(yùn)行或低速運(yùn)行，進(jìn)入待客狀態(tài)。當(dāng)扶梯的光電傳感裝置探測(cè)到有乘客進(jìn)入扶梯時(shí)，自動(dòng)從停止?fàn)顟B(tài)或低速狀態(tài)加速到額定速度運(yùn)行。若變頻器出現(xiàn)故障，可從扶梯系統(tǒng)中隔離出來，此時(shí)扶梯采取直接啟動(dòng)的方式運(yùn)行，其電源直接取自電網(wǎng)。

全變頻方式還具有變頻器輕載節(jié)能運(yùn)行模式，即變頻器可根據(jù)自動(dòng)扶梯的負(fù)荷情況自動(dòng)調(diào)整電壓輸出值。該運(yùn)行模式在扶梯輕載而又不改變扶梯的額定運(yùn)行速度的情況下可起到較好的節(jié)能模式。

1.2 旁路變頻方式

該方式就是當(dāng)自動(dòng)扶梯檢測(cè)到一定時(shí)間內(nèi)無人后，扶梯自動(dòng)接入變頻器，并經(jīng)變頻器把速度降低到額定速度的20%或50%空載運(yùn)行或停止運(yùn)行。一旦扶梯傳感器（或紅外線）檢測(cè)到有人進(jìn)入扶梯的感應(yīng)區(qū)內(nèi)，扶梯將及時(shí)經(jīng)變頻器又恢復(fù)到額定速度，此后旁路掉變頻器直接轉(zhuǎn)換到由電網(wǎng)直供方式。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，供電與啟動(dòng)同方式一。

1.3 兩種變頻方式的分析比較

由于旁路變頻工作方式下變頻器的作用只是在空載時(shí)，把扶梯的速度降到低速運(yùn)行，或在低速空載時(shí)再把扶梯調(diào)整到額定速度，因此變頻器的容量不需要很大。此時(shí)變頻器容量主要是根據(jù)啟動(dòng)電流小于變頻器的額定電流或150%的過載電流進(jìn)行選擇，故變頻器的容量只需要大于扶梯電機(jī)功率的60%即可。它比全變頻工作方式下變頻器所需的容量要小得多，造價(jià)較低，變頻器的尺寸較小，容易在扶梯桁架內(nèi)安裝，不易受周圍空間布置的影響。缺點(diǎn)是由于變頻器在扶梯運(yùn)行過程中頻繁地進(jìn)行接入和退出的操作運(yùn)行，對(duì)控制回路的設(shè)計(jì)和接觸器的要求較高。此外，換接時(shí)由于變頻器頻率和電網(wǎng)頻率之間有差異，故會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間的振動(dòng)噪音。

全變頻工作方式的優(yōu)點(diǎn)是，除了不需要復(fù)雜的控制回路和高質(zhì)量的交流接觸器外，在運(yùn)行速度選擇上可有多種靈活還可以采用分時(shí)段改變扶梯的速度進(jìn)行運(yùn)行，即在客流高峰期采用額定速度0.65m/s運(yùn)行，在非高峰期采用80%的額定速度0.5m/s運(yùn)行，節(jié)能效果更顯著。此外，在該運(yùn)行方式下，還可以采用變頻器輕載節(jié)能運(yùn)行模式。缺點(diǎn)是全變頻運(yùn)行方式的變頻器容量配置要大于自動(dòng)扶梯電機(jī)的額定功率。兩種變頻方式具體優(yōu)缺點(diǎn)見表1：

表1 兩種變頻方式優(yōu)缺點(diǎn)比較表

變頻種類 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)

全變頻 加、減速時(shí)，交接點(diǎn)連續(xù)、平穩(wěn)性和舒適性好；電機(jī)主回路的所有元件壽命長(zhǎng)，維修工作量少；

節(jié)能方式選擇靈活，不同站可根據(jù)具體情況選擇節(jié)能方式。重載下行，可向電網(wǎng)送回合格的電能。 變頻器容量大，工作時(shí)間長(zhǎng)；設(shè)備較復(fù)雜，造價(jià)高。體積大，安裝位置和空間有要求。

旁路變頻 變頻器的容量小，且工作時(shí)間短。設(shè)備簡(jiǎn)單，易于安裝，造價(jià)低。 平穩(wěn)感略差，節(jié)能方式選擇不夠靈活，控制回路的設(shè)計(jì)和接觸器要求高。

根據(jù)以上對(duì)比分析，全變頻技術(shù)更具優(yōu)勢(shì)。因此在昆明軌道交通首期工程和6號(hào)線一期工程中，自動(dòng)扶梯均采用全變頻方式。

2 全變頻自動(dòng)扶梯工作方式及軌道交通客流特點(diǎn)

我們對(duì)自動(dòng)扶梯的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了分析，并推薦采用全變頻方式。目前新建地鐵車站自動(dòng)扶梯所采用的節(jié)能方案主要是全變頻技術(shù)，如武漢地鐵2、4號(hào)線，杭州地鐵1、2號(hào)線，昆明地鐵。全變頻技術(shù)在自動(dòng)扶梯上的應(yīng)用其節(jié)能效果是顯著的，但是結(jié)合軌道交通客流的特點(diǎn)，單純的采用全變頻技術(shù)并不能使節(jié)能效果達(dá)到最大化。

2.1 全變頻自動(dòng)扶梯的工作方式

（1）選用額定速度為0.65m/s的自動(dòng)扶梯，若扶梯上無乘客時(shí)，扶梯入口處的光電傳感裝置探測(cè)到一定時(shí)間內(nèi)無乘客時(shí)，進(jìn)入低速運(yùn)行，待客狀態(tài)；（2）低速運(yùn)行一段時(shí)間后（時(shí)間可調(diào)），扶梯入口處的光電傳感裝置探測(cè)到一定時(shí)間內(nèi)仍無乘客時(shí)，扶梯停止運(yùn)行；（3）當(dāng)扶梯的光電傳感裝置探測(cè)到有乘客進(jìn)入扶梯時(shí)，自動(dòng)從停止?fàn)顟B(tài)或低速狀態(tài)加速到額定的0.65m/s運(yùn)行。

根據(jù)全變頻自動(dòng)扶梯的工作方式可以看出，影響扶梯運(yùn)行狀態(tài)的主要是客流，若一段時(shí)間內(nèi)無客流，扶梯會(huì)從正常工作方式切換到節(jié)能運(yùn)行方式，但是在一段時(shí)間內(nèi)不停有分散的客流進(jìn)入，那么自動(dòng)扶梯會(huì)一直保持額定速度運(yùn)行，并不能起到節(jié)能的作用，因此我們有必要對(duì)軌道交通客流的特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。

2.2 軌道交通客流特點(diǎn)

軌道交通客流的特點(diǎn)是在工作日期內(nèi)，早高峰和晚高峰的時(shí)間段客流相對(duì)集中，其他時(shí)間段客流相對(duì)分散。因此地鐵車站的自動(dòng)扶梯在非節(jié)假日內(nèi)，客流主要集中在早高峰和晚高峰，其他時(shí)間段自動(dòng)扶梯的工作狀態(tài)是輕載或處于節(jié)能狀態(tài)。但是因?yàn)榭土鞅容^分散，自動(dòng)扶梯經(jīng)常會(huì)處于正常的運(yùn)行速度（0.65m/s），扶梯上的乘客人數(shù)可能只有幾個(gè)人，這樣即使采用全變頻的自動(dòng)扶梯，并沒有使自動(dòng)扶梯的節(jié)能效果最大化。

3 自動(dòng)扶梯分時(shí)段運(yùn)行技術(shù)

扶梯是特種安全設(shè)備，乘客的安全始終是第一位的，應(yīng)盡量減小調(diào)速的頻度，而且客流很分散，不宜對(duì)扶梯進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)速，因此分時(shí)段運(yùn)行是比較好的選擇，也就是扶梯按照預(yù)先設(shè)定的速度時(shí)刻表運(yùn)行。扶梯速度可以在0.13～0.65m/s之間無級(jí)調(diào)整，時(shí)間段可任意設(shè)置，但扶梯處于空載工況時(shí)，始終以0.13m/s速度運(yùn)行或停止，不受速度時(shí)刻表的限制。

采用的節(jié)能用全變頻的扶梯在高峰客流時(shí)間可采用額定速度0.65m/s運(yùn)行。其他時(shí)間段自動(dòng)扶梯可采用80%的額定速度0.5m/s運(yùn)行。無論采用0.65m/s的速度運(yùn)行還是采用0.5m/s的速度運(yùn)行時(shí)，當(dāng)扶梯探得無人后可按20%額定速度運(yùn)行。

自動(dòng)扶梯分時(shí)段運(yùn)行既可以滿足車站在高峰小時(shí)時(shí)間內(nèi)的客流量，同時(shí)在非高峰小時(shí)時(shí)間段采用采用80%的額定速度運(yùn)行能起到節(jié)能作用。圖1和圖2分別反映了在高峰時(shí)段內(nèi)節(jié)能效果是一致的，但在非高峰小時(shí)時(shí)分時(shí)段全變頻技術(shù)明顯比全變頻節(jié)能。

根據(jù)自動(dòng)扶梯分時(shí)段運(yùn)行技術(shù)從減低損耗和減小輸出功率兩方面入手，較全面地解決扶梯在不同工況下的節(jié)能問題，節(jié)能效果一般在20%以上。我們?cè)诶ッ鬈壍澜煌ㄊ灼诠こ棠隙涡姓行恼镜恼緝?nèi)和出入口的8臺(tái)自動(dòng)扶梯以及進(jìn)行了兩天用電量對(duì)比跟蹤測(cè)試，表2為變頻調(diào)速節(jié)能的檢測(cè)數(shù)據(jù)，測(cè)試時(shí)間為6∶00～22∶00。其中匯總表中的全變頻能耗是指扶梯在變頻器后運(yùn)行的實(shí)際能耗，額定速度為0.65m/s；分時(shí)段能耗是指每天7∶00～9∶00及17∶00～20∶00這兩個(gè)時(shí)段，扶梯以0.65m/s速度運(yùn)行，其他時(shí)段以0.50m/s速度運(yùn)行的實(shí)際能耗。

從檢測(cè)數(shù)據(jù)匯總表可以看出，通過信息化和變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，各種運(yùn)行工況的節(jié)能效果都比較顯著，主要分布在15%～25%之間，節(jié)能效果相對(duì)較低的扶梯集中在站臺(tái)至站廳，與其客流量的特性有關(guān)。實(shí)際測(cè)試效果和理論計(jì)算的結(jié)果相吻合，總體節(jié)能效果在15%以上。上述的測(cè)試只設(shè)置了0.65m/s和0.50m/s兩檔速度，實(shí)際上，可以設(shè)置更多的速度檔，節(jié)能效果會(huì)更加

明顯。

4 分時(shí)段運(yùn)行技術(shù)的推廣應(yīng)用

分時(shí)段運(yùn)行技術(shù)對(duì)于運(yùn)營(yíng)初期或沒有形成線網(wǎng)的地鐵線路節(jié)能效果非常明顯。但是對(duì)于一些城市例如北京、上海、廣州等已經(jīng)比較成熟的地鐵城市來說，分時(shí)段運(yùn)行技術(shù)需要結(jié)合各個(gè)車站的客流特性進(jìn)一步分析和完善。

（1）當(dāng)軌道交通本身的運(yùn)能比較小或車站位于用地還沒有完全開發(fā)的地區(qū)時(shí)，此時(shí)的客流無明顯的上下車高峰，雙向上下車客流全天都較小，扶梯基本處于輕載運(yùn)行，此時(shí)車站自動(dòng)扶梯可全天按0.5m/s的速度運(yùn)行；（2）車站位于綜合功能用地區(qū)位時(shí)，早晚高峰小時(shí)客流相對(duì)集中，其他時(shí)間段客流相對(duì)分散，扶梯至少一半時(shí)間處于輕載運(yùn)行，此時(shí)可對(duì)自動(dòng)扶梯的運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整；（3）對(duì)于軌道交通線路處于用地已高度開發(fā)的交通走廊或車站位于公交建筑和共用設(shè)施高度集中的地區(qū)時(shí)，客流分布無明顯的低谷。車站位于體育場(chǎng)、影劇院等大型公用設(shè)施附近，演出節(jié)目或體育比賽結(jié)束時(shí)，有一個(gè)持續(xù)時(shí)間較短的突變的上車高峰或下車高峰。此類型的車站需根據(jù)運(yùn)營(yíng)之后的客流特性對(duì)車站自動(dòng)扶梯進(jìn)行調(diào)整保證既能適應(yīng)客流同時(shí)讓節(jié)能效果最

大化。

5 結(jié)語

通過對(duì)比分析，自動(dòng)扶梯全變頻分時(shí)段運(yùn)行技術(shù)比一般的全變頻技術(shù)更節(jié)能，并將此技術(shù)運(yùn)用在昆明軌道交通中并取得了良好的效果，可為我國(guó)軌道交通自動(dòng)扶梯節(jié)能設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)提供借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

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[2] 王習(xí)凡.幾種自動(dòng)扶梯節(jié)能方式的利弊[J].中國(guó)電梯，2008，（19）.

（責(zé)任編輯：秦遜玉）