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自動扶梯全變頻分時段運行技術在昆明軌道交通中的應用分析論文
1 地鐵自動扶梯節(jié)能技術現(xiàn)狀
目前各大城市地鐵自動扶梯的節(jié)能技術絕大多數(shù)都是采用變頻技術。變頻技術分為旁路變頻和全變頻。
1.1 全變頻方式
該方式下自動扶梯無論以低速還是額定速度運行，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到一定時間內(nèi)無乘客時，可選擇停止運行或低速運行，進入待客狀態(tài)。當扶梯的光電傳感裝置探測到有乘客進入扶梯時，自動從停止狀態(tài)或低速狀態(tài)加速到額定速度運行。若變頻器出現(xiàn)故障，可從扶梯系統(tǒng)中隔離出來，此時扶梯采取直接啟動的方式運行，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)能運行模式，即變頻器可根據(jù)自動扶梯的負荷情況自動調(diào)整電壓輸出值。該運行模式在扶梯輕載而又不改變扶梯的額定運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
該方式就是當自動扶梯檢測到一定時間內(nèi)無人后，扶梯自動接入變頻器，并經(jīng)變頻器把速度降低到額定速度的20%或50%空載運行或停止運行。一旦扶梯傳感器(或紅外線)檢測到有人進入扶梯的感應區(qū)內(nèi)，扶梯將及時經(jīng)變頻器又恢復到額定速度，此后旁路掉變頻器直接轉換到由電網(wǎng)直供方式。當變頻器出現(xiàn)故障時，供電與啟動同方式一。
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，把扶梯的速度降到低速運行，或在低速空載時再把扶梯調(diào)整到額定速度，因此變頻器的容量不需要很大。此時變頻器容量主要是根據(jù)啟動電流小于變頻器的額定電流或150%的過載電流進行選擇，故變頻器的容量只需要大于扶梯電機功率的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。缺點是由于變頻器在扶梯運行過程中頻繁地進行接入和退出的操作運行，對控制回路的設計和接觸器的要求較高。此外，換接時由于變頻器頻率和電網(wǎng)頻率之間有差異，故會出現(xiàn)短時間的振動噪音。
全變頻工作方式的優(yōu)點是，除了不需要復雜的控制回路和高質量的交流接觸器外，在運行速度選擇上可有多種靈活還可以采用分時段改變扶梯的速度進行運行，即在客流高峰期采用額定速度0.65m/s運行，在非高峰期采用80%的額定速度0.5m/s運行，節(jié)能效果更顯著。此外，在該運行方式下，還可以采用變頻器輕載節(jié)能運行模式。缺點是全變頻運行方式的變頻器容量配置要大于自動扶梯電機的額定功率。
2 全變頻自動扶梯工作方式及軌道交通客流特點
我們對自動扶梯的節(jié)能技術進行了分析，并推薦采用全變頻方式。目前新建地鐵車站自動扶梯所采用的節(jié)能方案主要是全變頻技術，如武漢地鐵2、4號線，杭州地鐵1、2號線，昆明地鐵。全變頻技術在自動扶梯上的應用其節(jié)能效果是顯著的，但是結合軌道交通客流的特點，單純的采用全變頻技術并不能使節(jié)能效果達到最大化。
2.1 全變頻自動扶梯的工作方式
(1)選用額定速度為0.65m/s的自動扶梯，若扶梯上無乘客時，扶梯入口處的光電傳感裝置探測到一定時間內(nèi)無乘客時，進入低速運行，待客狀態(tài);(2)低速運行一段時間后(時間可調(diào))，扶梯入口處的光電傳感裝置探測到一定時間內(nèi)仍無乘客時，扶梯停止運行;
(3)當扶梯的光電傳感裝置探測到有乘客進入扶梯時，自動從停止狀態(tài)或低速狀態(tài)加速到額定的0.65m/s運行。根據(jù)全變頻自動扶梯的工作方式可以看出，影響扶梯運行狀態(tài)的主要是客流，若一段時間內(nèi)無客流，扶梯會從正常工作方式切換到節(jié)能運行方式，但是在一段時間內(nèi)不停有分散的客流進入，那么自動扶梯會一直保持額定速度運行，并不能起到節(jié)能的作用，因此我們有必要對軌道交通客流的特點進行簡要的分析。
2.2 軌道交通客流特點
軌道交通客流的特點是在工作日期內(nèi)，早高峰和晚高峰的時間段客流相對集中，其他時間段客流相對分散。因此地鐵車站的自動扶梯在非節(jié)假日內(nèi)，客流主要集中在早高峰和晚高峰，其他時間段自動扶梯的工作狀態(tài)是輕載或處于節(jié)能狀態(tài)。但是因為客流比較分散，自動扶梯經(jīng)常會處于正常的運行速度(0.65m/s)，扶梯上的乘客人數(shù)可能只有幾個人，這樣即使采用全變頻的自動扶梯，并沒有使自動扶梯的節(jié)能效果最大化。
3 自動扶梯分時段運行技術
扶梯是特種安全設備，乘客的安全始終是第一位的，應盡量減小調(diào)速的頻度，而且客流很分散，不宜對扶梯進行實時調(diào)速，因此分時段運行是比較好的選擇，也就是扶梯按照預先設定的速度時刻表運行。扶梯速度可以在0.13～0.65m/s之間無級調(diào)整，時間段可任意設置，但扶梯處于空載工況時，始終以0.13m/s速度運行或停止，不受速度時刻表的限制。
采用的節(jié)能用全變頻的扶梯在高峰客流時間可采用額定速度0.65m/s運行。其他時間段自動扶梯可采用80%的額定速度0.5m/s運行。無論采用0.65m/s的速度運行還是采用0.5m/s的速度運行時，當扶梯探得無人后可按自動扶梯分時段運行既可以滿足車站在高峰小時時間內(nèi)的客流量，同時在非高峰小時時間段采用采用80%的額定速度運行能起到節(jié)能作用。在高峰時段內(nèi)節(jié)能效果是一致的，但在非高峰小時時分時段全變頻技術明顯比全變頻節(jié)能。
根據(jù)自動扶梯分時段運行技術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。我們在昆明軌道交通首期工程南段行政中心站的站內(nèi)和出入口的8臺自動扶梯以及進行了兩天用電量對比跟蹤測試，表2為變頻調(diào)速節(jié)能的檢測數(shù)據(jù)，測試時間為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行的實際能耗，額定速度為0.65m/s;分時段能耗是指每天7∶00～9∶00及17∶00～20∶00這兩個時段，扶梯以0.65m/s速度運行，其他時段以0.50m/s速度運行的實際能耗。
從檢測數(shù)據(jù)匯總表可以看出，通過信息化和變頻調(diào)速技術的應用，各種運行工況的節(jié)能效果都比較顯著，主要分布在15%～25%之間，節(jié)能效果相對較低的扶梯集中在站臺至站廳，與其客流量的特性有關。實際測試效果和理論計算的結果相吻合，總體節(jié)能效果在15%以上。上述的測試只設置了0.65m/s和0.50m/s兩檔速度，實際上，可以設置更多的速度檔，節(jié)能效果會更加明顯。
4 分時段運行技術的推廣應用
分時段運行技術對于運營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，分時段運行技術需要結合各個車站的客流特性進一步分析和完善。
(1)當軌道交通本身的運能比較小或車站位于用地還沒有完全開發(fā)的地區(qū)時，此時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行，此時車站自動扶梯可全天按0.5m/s的速度運行;(2)車站位于綜合功能用地區(qū)位時，早晚高峰小時客流相對集中，其他時間段客流相對分散，扶梯至少一半時間處于輕載運行，此時可對自動扶梯的運行速度進行調(diào)整;(3)對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施高度集中的地區(qū)時，客流分布無明顯的低谷。車站位于體育場、影劇院等大型公用設施附近，演出節(jié)目或體育比賽結束時，有一個持續(xù)時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)運營之后的客流特性對車站自動扶梯進行調(diào)整保證既能適應客流同時讓節(jié)能效果最大化。
5 結語
通過對比分析，自動扶梯全變頻分時段運行技術比一般的全變頻技術更節(jié)能，并將此技術運用在昆明軌道交通中并取得了良好的效果，可為我國軌道交通自動扶梯節(jié)能設計和運營提供借鑒作用。
參考文獻
[1] 劉 忠民.變頻器在自動扶梯節(jié)能中的應用[J].大眾用電，2006，(6).
[2] 王 習凡.幾種自動扶梯節(jié)能方式的利弊[J].中國電梯，2008，(19).
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