0 、引 言
通風(fēng)系統(tǒng)是保障交通隧道安全可靠運營的重要系統(tǒng)之一，本文將系統(tǒng)介紹隧道通風(fēng)系統(tǒng)的主要特點，并重點介紹施耐德ATS48軟起動器在隧道通風(fēng)系統(tǒng)中射流和軸流風(fēng)機上的應(yīng)用。
1 、隧道及地下鐵道通風(fēng)系統(tǒng)
1.1通風(fēng)系統(tǒng)的主要任務(wù)
(1)向隧道內(nèi)部供給新鮮空氣。
(2)排除隧道內(nèi)有害氣體、蒸氣、粉塵和炮煙等有害物質(zhì)。
(3)使隧道內(nèi)部空氣的溫度、相對濕度和流速達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。
1.2 隧道通風(fēng)系統(tǒng)方式選擇
不同的隧道和地下工程都有各自的通風(fēng)要求，應(yīng)根據(jù)所處的地理和氣候條件、建筑結(jié)構(gòu)和內(nèi)部生產(chǎn)工藝情況選擇不同的通風(fēng)技術(shù)措施。當(dāng)前，我國已建的主要項目主要采用全射流縱向式通風(fēng)或豎／斜井送排風(fēng)加射流風(fēng)機分段縱向式通風(fēng)的方式。
1.3通風(fēng)系統(tǒng)主要設(shè)備及特點
1.3.1射流風(fēng)機
射流風(fēng)機是一種特殊的軸流風(fēng)機，主要用于公路、鐵路及地鐵等隧道的縱向通風(fēng)系統(tǒng)中。射流風(fēng)機運行時，將隧道內(nèi)的一部分空氣從風(fēng)機的一端吸入，經(jīng)葉輪加速后，由風(fēng)機的另一端高速射出。這部分帶有較高動能的高速氣流將能量傳送給隧道內(nèi)的其他氣體，產(chǎn)生克服隧道阻力的壓升，從而推動隧道內(nèi)的空氣順風(fēng)機噴射氣流方向流動。當(dāng)流動速度衰減到一定程度時，下一組風(fēng)機繼續(xù)工作。這樣，就實現(xiàn)了從隧道的一端吸入新鮮空氣，從另一端排出污濁空氣的目的。射流風(fēng)機一般懸掛在隧道頂部或兩側(cè)，不占用交通面積，不需另外修建風(fēng)道，土建造價低；風(fēng)機容易安裝，運行、維護(hù)簡單，是一種很經(jīng)濟(jì)的通風(fēng)方式。
1.3.2軸流風(fēng)機
軸流風(fēng)機在隧道通風(fēng)系統(tǒng)中主要用在豎／斜井內(nèi)進(jìn)行供、排風(fēng)。因工藝復(fù)雜，造價昂貴，通常只有長于4 km的隧道才可能開豎／斜井并安裝軸流風(fēng)機。一般每個豎／斜井設(shè)計2組，每組2臺或4臺，一組用于進(jìn)新鮮空氣，另一組用于將污濁空氣抽出去。
1.4通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備工藝要求
1.4.1射流風(fēng)機
(1)功率在22—55 kW之間。
(2)無需調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。
(3)需正反轉(zhuǎn)運行。
(4)需遠(yuǎn)程自動和現(xiàn)場手動控制。
(5)部分射流風(fēng)機距配電室距離較遠(yuǎn)。
(6)不宜直接起動。由于射流風(fēng)機較多，直接起動時造成的電網(wǎng)沖擊所帶來瞬間的電壓跌落，將影響電網(wǎng)內(nèi)其他設(shè)備的正常運行，如已運行的風(fēng)機可能停止，或正在起動的風(fēng)機無法起動等，對于通風(fēng)和照明等其他系統(tǒng)共用一個供電變壓器的情況影響范圍更大。另一窮面，直接起動時電機的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流較大，對風(fēng)機設(shè)備帶來的機械沖擊和發(fā)熱將影響風(fēng)機的使用壽命，特別是頻繁起動時對設(shè)備的影響更為突出。因此，射流風(fēng)機不宜直接起動，一般采用星三角、自耦變壓器、軟起動器或變頻器等降壓起動方式。
1.4.2抽流風(fēng)機
(1)功率在160 ~500 kW之間。
(2)考慮節(jié)能應(yīng)用時需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。
(3) -般只需單向運行；需要遠(yuǎn)程自動和現(xiàn)場手動控制。
(4) -般軸流風(fēng)機附近設(shè)配電室，配電距離較近。
(5)不宜直接起動原因同射流風(fēng)機。
2、施耐德ATS48軟起動器在射流和軸流風(fēng)機上的應(yīng)用
2.1 ATS48軟起動器產(chǎn)品特性
(1)獨有的轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)（施耐德專利）�？稍O(shè)定加速積分時間和初始起動轉(zhuǎn)矩，起動平滑，轉(zhuǎn)速接近線性上升，可有效地避免機械損傷，適合起動恒轉(zhuǎn)矩和變轉(zhuǎn)矩類負(fù)載，與傳統(tǒng)的電壓斜坡型和電流限幅型軟起相比性能更優(yōu)。
(2)優(yōu)異的限電流能力：限制電流范圍可在
(150%—700%)In之間調(diào)整，起動階段電流曲線平滑，可有效限制電機溫升，并提高變壓器的起動容量，與直接起動相比使用軟起動器降壓起動時，起動容量至少可提升30%—50%。具體數(shù)值可在母線電壓水平相同的情況下，根據(jù)變壓器的容量、系統(tǒng)短路容量、線路長度等數(shù)據(jù)計算得出，計算方法參見《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊》第“5.4.5電動機起動時電壓水平計算”部分。
(3)高過轉(zhuǎn)矩能力。可達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的130%，適合起動重型負(fù)載或起動距離較遠(yuǎn)的情況。
(4)齊全的保護(hù)功能。提高針對自身、電機及機械設(shè)備的保護(hù)功能，完全代替了傳統(tǒng)的保護(hù)功能，簡化了設(shè)計，并且在起動結(jié)束、軟起動器旁路后仍然具有保護(hù)功能。
2.2 ATS48軟起動器針對射流風(fēng)機的應(yīng)用方案
2. 2.1應(yīng)用中遇到的問題及解決方法
(1)軟起動器及相關(guān)設(shè)備安裝方式確定。目前，軟起動器及相關(guān)設(shè)備安裝主要有3種方式：①全部設(shè)備安裝在現(xiàn)場配電箱內(nèi)；②全部設(shè)備安裝在配電室內(nèi)，配電室控制柜或現(xiàn)場配電箱內(nèi)設(shè)置轉(zhuǎn)換開關(guān)、起停按鈕及指示燈；③軟起動器及旁路接觸器安裝在現(xiàn)場配電箱內(nèi)，進(jìn)線接觸器安裝在配電室內(nèi)，現(xiàn)場配電箱設(shè)置轉(zhuǎn)換開關(guān)、起停按鈕及指示燈。方式①的主要優(yōu)點在于現(xiàn)場檢修和調(diào)試方便，易于起動，缺點在于隧道內(nèi)環(huán)境較為惡劣，配電箱的防護(hù)等級要求較高，且配電箱易損壞；方式②的優(yōu)點在于配電室環(huán)境較好，設(shè)備運行可靠，控制線聯(lián)絡(luò)少且距離近，并且便于在配電室內(nèi)對設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)視，缺點在于現(xiàn)場檢修和調(diào)試不太方便，且受距離限制，由于線路壓降的存在，超過一定距離時將導(dǎo)致風(fēng)機無法起動。具體的起動距離值需根據(jù)導(dǎo)線類型、截面、長度及負(fù)載初始起動力矩等數(shù)值計算，計算方法參見《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊》第“5.4.5電動機起動時電壓水平計算”部分。另外，不同軟起動器的性能也決定了起動距離的長短。方式③的主要缺點在于控制線聯(lián)絡(luò)多、距離遠(yuǎn)，一般不建議采用。目前軟起動器及相關(guān)設(shè)備的安裝主要采用方式①和②，若配電室與射流風(fēng)機距離較近，應(yīng)首選方式②。
(2)控制方式選擇。射流風(fēng)機的控制需考慮現(xiàn)場手動和遠(yuǎn)程自動兩種方式，且現(xiàn)場手動控制的優(yōu)先級要高于遠(yuǎn)程自動控制，一般通過轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行切換，而遠(yuǎn)程自動控制一般通過控制系統(tǒng)給出開關(guān)量信號實現(xiàn)。
(3)設(shè)置軟起動與直接起動切換的必要性分析。在一些射流風(fēng)機的應(yīng)用當(dāng)中，會考慮設(shè)計軟起動和直接起動的切換，主要目的在于當(dāng)軟動器故障或不能工作時，由直接起動回路起動射流風(fēng)機，從而在最大程度上保證設(shè)備的正常起動。一般來說，軟起動的故障率極低，多數(shù)基于保護(hù)的故障均能復(fù)位，因此不建議設(shè)置軟起動和直接起動間的切換功能。 (4) -拖多方案的應(yīng)用。由于射流風(fēng)機一般為2~3臺一組，因此，可以考慮應(yīng)用一臺軟起動器起動多臺風(fēng)機，即一拖多方案。但采用一拖多方案時，軟起不再提供對風(fēng)機的保護(hù)．需單獨為每臺風(fēng)機設(shè)計保護(hù)元件，如熱繼電器等，并且控制回路也較為復(fù)雜，因此不推薦采用一拖多方案。
2.2,2 ATS48應(yīng)用方案
如圖1、2所示，主回路設(shè)計2臺接觸器，用于實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)運行控制，當(dāng)正轉(zhuǎn)運行時如給定反轉(zhuǎn)運行指令，則KM,斷開，ATS48起停信號斷開，風(fēng)機完全停止后，KM2閉合，ATS48起停信號閉合，為防止風(fēng)機未完全停止即閉合KMz并給定A’rS48起動指令，應(yīng)在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)回路加時間繼電器進(jìn)行連鎖。手／自動切換用轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)，本地手動控制由起停按鈕實現(xiàn)，遠(yuǎn)程自動控制由來自監(jiān)控系統(tǒng)的離散量控制點實現(xiàn)，故障信號或緊急停止信號與正反轉(zhuǎn)運行回路連鎖，用于在非正常狀況下切斷主回路及電機的運行，故障及旁路運行信號由ATS48軟起動器直接給出，所有狀態(tài)信號除在本地設(shè)指示燈進(jìn)行指示外，還需要全部上傳到上位系統(tǒng)。
2.3 ATS48軟起動器針對軸流風(fēng)機的應(yīng)用方案
如圖3、4所示，軸流風(fēng)機一般只需單向運行，控制方式為現(xiàn)場手動控制和遠(yuǎn)程自動控制兩級，并且現(xiàn)場手動控制具有高優(yōu)先權(quán)；由于配電室距軸流風(fēng)機較近，因此，軟起動器及相關(guān)設(shè)備一般安裝在配電室控制柜內(nèi)。無需考慮軟起動和直接起動的切換問題。需要充分利用軟起動器提供的保護(hù)功能，因此，也不建議采用一拖多的應(yīng)用方案。由于軸流風(fēng)機功率較大，為避免停止時間過長及相應(yīng)的機械損傷，建議設(shè)計軟停止功能。
此應(yīng)用方案中，手動／自動切換用轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)，本地手動控制由起停按鈕實現(xiàn)，遠(yuǎn)程自動控制由來自監(jiān)控系統(tǒng)的離散量控制點實現(xiàn)，故障信號或緊急停止信號與運行回路聯(lián)鎖，用于在非正常狀況下切斷主回路及電動機的運行，故障及旁路運行信號由ATS48軟起動器直接給出，軸溫過高信號由傳感器給出，所有狀態(tài)信號除在本地設(shè)指示燈進(jìn)行指示外，還需要全部上傳到上位系統(tǒng)。
2.4隧道通風(fēng)系統(tǒng)中應(yīng)用ATS48的優(yōu)勢
(1) ATS48出色的限電流能力降低了供電變壓器的設(shè)計容量，從而節(jié)省了一次投資成本，提高了變壓器的運行效率，并且縮短了通風(fēng)系統(tǒng)投，運行的時間，有利于通風(fēng)系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)。
(2) ATS48獨有的轉(zhuǎn)矩控制功能可保證設(shè)，平滑起動，在最大程度上避免了機械設(shè)備損傷，：利于提高設(shè)備的使用壽命，減少維護(hù)成本，特別：軸流風(fēng)機這種大型設(shè)備，該優(yōu)勢更為明顯。
(3) ATs48齊全的保護(hù)功能，如過載、欠載過流、缺相及堵轉(zhuǎn)等，可有效地保護(hù)電機及整個路，避免了電機設(shè)備的損壞，在最大程度上保證設(shè)備的長期可靠運行，并減少了維護(hù)成本。
3、結(jié) 語
施耐德ATS48系列軟起動器以其優(yōu)異的產(chǎn)品性能、卓越的產(chǎn)品質(zhì)量、良好的服務(wù)體系為隧道通風(fēng)系統(tǒng)提供了強有力的支持，在眾多公路、鐵路及城市地鐵項目中得到了大量的應(yīng)用，得到了用戶的肯定。
