地铁环控系统采用变频调速可行性的探讨

维普资讯 http://www.cqvip.com 地铁环控系统采用变频调速可行性的探讨　李　高　潮　（深圳市地铁有限公司）　【摘要】分析了地铁环控系统中采用交流变频技术的必要性及可行性，提出了地铁环控系　统中的交流变频调速方案，并进行了经济分析。　【关键词】变频调速　闭环控制　环控系统　由于地铁属于深埋地下结构物，可以认为　１前言　地铁运营过程中，环控系统的用电量占了　相当的比重，特别是带有空调的环控系统的用　电量约占整个地铁耗电量的４０％左右。因此　如何在环控系统中采用节能装置对地铁的经济　运营具有十分重要的意义。由于一年四季天气　的变化，及一天内气温和客流量的变化，在地铁　不受太阳辐射的影响。室内人员、灯光、设备等　的发热量是影响房间热状况的主要因素。对于　地铁车站，灯光和设备的发热量可以认为是个　定值；对于地铁采用屏蔽门方案的地铁站，列车　运行产生的活塞风给车站带来的额外通风已没　有了，列车发热量对车站的影响也大大减小。　因此，车站负荷的变化主要是由于乘客流量的　变化而引起的发热量变化及相应所需的新风量　的变化所造成。　３．２地铁客流量情况　环控系统中采用变频调速将是节能的最有效措　施。　２环控系统组成部分　环控系统主要由车站空调通风系统和隧道　通风系统两部分组成。　２．１车站空调通风系统　车站空调通风系统包括公共区制冷空调通　风系统（简称大系统），设备及管理用房空调通　风系统（简称小系统），制冷空调循环水系统（简　称水系统）。　大系统空调通风设备对称布置在站厅层两　参照北京地铁、南京地铁的有关数据绘出　逐时客流量密度曲线如图１。　２Ｏ　ｏｏ　８Ｏ　薏ｊ　６０　壤　２Ｏ　神　０　■　４０　图１逐时客流量密度曲线　端的空调通风机房内，设有２台组合式空调箱，　２台全新风机，１台空调新风机和２台回，排风　机。　３．３设计日逐时用电负荷　客流量在设计日的一天内是变化的，计算　设计日的用电负荷应该考虑一天的客流量变化　情况。根据计算出的设计日最大用电负荷值，　算出设计日的逐时用电负荷，其结果对比如图　２。　２．２隧道通风系统　隧道通风系统包括区间隧道通风系统　（ＴＶＦ系统）和车站区间排热系统（ＵＰＥ／ＯＴＥ系　统）。　３地铁环控系统负荷特点　３．１地铁用电负荷的特点　一３．４日均送风量　根据计算结果，模拟出全年平均送风量曲　线图如图３。　铁道建筑　２００２年第１１期　３０一　维普资讯 http://www.cqvip.com 算后变为焓参数，作为变频器的反馈信号，与设　５００　定的焓信号进行比较，从而调整变频器的给定　八　Ｊ　薰４００　遥３００　入　、　Ｉ　值来调整空调箱风机的转速，使车站公共区保　持一个比较适当的温度，避免了组合式空调箱　始终全速运行，从而达到节能的目的。　４．２回，排风机系统　蓑２００　甍ｌ０。０　…ｌ、－——　一一一…一一～　．．．　．．．．。．．．。．．．＿一．　１　３　５　７　９　ｌｌ　ｌ３　ｌ５　ｌ７　１９　２１　２３　十一时间／ｈ　站台设计日逐时负荷　＋站厅设计日逐时负荷　按设计有２台回／排风机（１５×２　ｋＷ），正常　工况为低速运转，火灾排烟时高速运转，采用的　是变极电机。变极电机只有两挡速度，不能实　现无极调速，能耗较大。　福民站设计日逐时负荷—ｅ・Ｅ海隧道设计院计算负荷　图２设计日逐时用电负荷　采用变频方案时可用１台３７　ｋＷ变频器带　动２台回排风机，采用闭环控制方式。在回排　Ｉ　．Ｉ　』１　．　一　风机管路出口安装温度检测仪和湿度检测仪，　检测的信号经过ＤＣＳ数学计算后变为焓参数，　ｌ　Ｉ　＿　．．　Ｊ＿　ｆ　１月１Ｈ　４月１日　．．　’　Ｉ　ｆ。Ｗ　９￣３０Ｈ　１２月３０Ｈ　日期　ｋ—　‘７月１Ｈ　作为变频器的反馈信号，与设定的焓信号进行　比较，从而调整变频器的给定值来调整回排风　机的转速，使车站空气的焓值保持不变，从而达　到节能的目的。　４．３新风机系统　图３日均送风量　４采用变频调速方案　铁　道　建　●＾－　设计配备有２台全新风机和１台空调新风　机。空调季节对新风量要求比较小，开１台空　调新风机即可满足要求；非空调季节，需开２台　新风机，以保证公共区对新风量的要求。由于　空调新风机功率较小（４　ｋＷ），无需考虑变频。　由于设备及管理用房空调通风系统（简称　小系统）容量较小，采用调频意义不大，而制冷　空调循环水系统（简称水系统）中厂家已考虑有　变频调节功能，不要求对水系统进行调节。因　此环控系统的变频节能调节主要是针对大系统　而言。　巩　因此，仅对非空调季节使用的全新风机采用变　频调节即可。　选用１台３０　ｋＷ变频器，带动２台新风机。　在混合室安装二氧化碳浓度检测仪和在回　排风机管路出口安装温度检测仪，分别检测二　氧化碳的浓度和车站温度作为变频器的反馈信　将全年日均送风量曲线图算出的实际所需　风量与设计运行状态的风量进行对比，通过计　算得出，通过变频调速后大系统风机全年平均　风量可减少３０％左右。　号，与给定信号比较，发出信号作为变频器的运　行指令。当车站温度或二氧化碳浓度过高，则　提高转速，增大新风；当车站温度或二氧化碳浓　我们先考虑车站一端机房的空调设备，另　一端与此一致。　４．１组合式空调箱　度较低时则降低转速，使电机按经济方式运行，　从而节约电能。　４．４隧道通风系统　按设计有２台组合式空调箱，均按３０　ｋＷ　计算。　采用两台３０　ｋＷ变频器进行控制，一台变　隧道通风系统（　ｒｖＦ系统）一般情况下并不　开动，只是在发生火警时才启动排烟，全速运　转，因此节能潜力较小，暂不作变频考虑。　车站区间排热系统ＵＰＥ／ＯＴＥ风机为２台　一频器带一台电机，采用闭环控制方式。　在尾端回风处和站台上安装多点温度检测　仪和湿度检测仪，检测的信号经过ＤＣＳ数学计　铁道建筑　２００２年第１１期　３１—　维普资讯 http://www.cqvip.com ７５　ｋＷ电机，分别装在站台两侧。主要作用是　为６０　ｋＷ。同理按平均全年风量减少３０％计　当车辆进站时排出车辆发出的热量，此时风机　算，则相应的电机转速应降低３０％，实际转速　风量为满负荷（１００％）。当车辆离开车站之后，　为７０％，则（０．７０）　０．３４，风机节电约为６６％，　可以低转速运行，风机风量可降５０％。但设计　全年节电为：６０×１７×３６５×０．６６＝２４５　７１８　时由于考虑避免频繁变极启动，而使排热风机　（ｋＷｈ）。　始终保持全速运转，造成能耗增加。如采用变　（３）新风机４台，每台１５　ｋＷ，合计６０　ｋＷ。　频调速，中期行车时间间隔平均按６　ｍｉｎ一趟　非空调季节按半年考虑，平均风量按减少３０％　考虑，车辆到站停车按５０　ｓ计算，考虑风机的　计算，则风机节电约为６６％，全年节电为：６０×　启动惯性，全负荷启动时间考虑按９０　ｓ计算，　１７×１８０×０．６６＝１２１　１７６（ｋＷｈ）。　如图４所示，ＵＰＥ／ＯＴＥ风机通过变频可减少　（４）车站区间排热风机（ＵＰＥ／ＯＴＥ）（７５　ｋＷ　３７．５％风量，能耗可节省７５％左右，可见大电机　×２），全年平均按风量减少３７．５％计算，则相　采用变频技术，经济效果将更加显著。　应电机的转速应降低３７．５％，实际转速为　６２．５％则（０．６２５）　０．２４４，风机节电约为７５％，　全年节电为：１５０×１７×３６５×０．７５＝６９８　０６２．５　一一弋’……’’厂一弋……　’７－　（ｋＷｈ）。　、　／　＼　，　（５）合计全年节省电能：　■一・●・＿・－●　■一＿・・＿－●　４９１　４３６＋２４５　７１８＋１２１　１７６＋６９８　０６２．５＝　１　５５６　３９２．５（ｋＷｈ），按广东地区工业电价０．９３　舀§　元，度计算，则每年可节省费用：１　５５６　３９２．５×　时间，ｓ　０．９３＝１　４４７　４４５（元），则半年左右可收回全年　＋原设计风量　＋调频后风量　投资。　图４车站排热风机（ＵＰＥ／ＯＴＥ）运行曲线　由上述计算结果可以看出，一个车站的环　控系统通过变频调速之后，全年可节省电费　选用２台７５　ｋＷ变频器分别带动２台风　１４０万元左右。若一期工程按１７个车站，整个　机。车辆进站和离开车站的信号由信号系统给　环控系统全部采用变频技术，按保守估算，全年　出。变频器根据车辆进出站信号逐时调整风机　可节省电费达２　０００万元，这是一个非常可观的　转速，以达到节能的目的。　经济数值。　５节能效果分析　６结论　根据风机所耗功率与转速的三次方成正比　在地铁环控系统中采用交流变频技术，不　的原理，采用如下公式：　但操作方便、容易、维护量小，而且有显著的节　Ｐ＝Ｋｎ　（　为比例系数）　能效果。通过温度、湿度和二氧化碳传感器，与　（１）组合式空调箱风机共４台，每台３Ｏ　变频器构成闭环控制，可排除人工干扰，实现环　ｋＷ，合计功率为１２０　ｋＷ。　控的自动调节，既提高了空调质量，又达到了节　根据前述结论，大系统通过变频全年平均　电效果。因此在地铁环控系统中采用变频技术　风量可减少３０％。则相应的电机转速应降低　是应该倡导和大力推广的。　３０％，实际转速为７０％，则（０．７０）　０．３４，风机　节电约为６６％，全年节电为：１２０×１７×３６５×　改回１５１期：２００２—０９—１０　０．６６＝４９１　４３６（ｋＷｈ）。　（责任审编　王天威）　（２）回／排风机４台，每台１５　ｋＷ，合计功率　～３２～　铁道建筑　２００２年第１１期　适　建　筑