摘要：在全国机场行业倡导节能减排、绿色环保的理念下，国内某大型机场（BC机场）对行李处理系统（BHS）中的非节能电机进行升级改造。针对BHS所用电机能耗高、种类大的问题，首先从节能角度出发，确定选用IE4级（欧标）变频电机替换系统现有IE1级电机；其次，通过对DPM1、DPM2、XRA3三条输送线路进行电机替换在线实验，通过对比电机替换前后的用电量，验证所选用新型电机的节能效果。最后通过分析对比替换前后两种电机的节能效果、体积大小及型号种类，表明使用新型节能电机不仅能够减少单件行李的用电量，对于全天候运行的BHS具有可观的节能效果，同时能够有效减少备件种类，继而减少对库存资源的占用，达到了能源及资源使用的优化，有利于更好地创造经济效益和社会效益。
关键字：BHS；节能电机；备件库存
1引言
民航局发布的《新时代民航强国建设纲要》明确指出未来要建设“平安、绿色、智慧、人文”的四型机场。随着资源环境的约束日益明显，机场建设在满足提供安全、优质服务需要的同时，努力减少对生态环境的影响，是推进生态文明建设的需要，也是航空业可持续发展的需求。更有效率地利用资源、更低限度地影响环境，建造合理环境负荷下安全、健康、高效、舒适的绿色机场，是未来机场建设的必然方向。
国内某大型机场（以下简称“BC机场”）作为全天24小时运行，全年无休的交通服务性行业，无论是各种设备电量消耗，还是保障系统正常运行的备品备件资源管理，都是建设绿色机场需要重点关注的问题。承载着全年过亿人次吞吐量的航站楼，其复杂庞大的旅客托运行李处理系统的耗电量及支持运行的备件之庞大可以想象。而自08年开航运行以来，行李系统在设计之初所采用的电机控制系统经过十余年的使用，历经多代科技的更迭发展，已无法满足当今能源紧缺状态下对电量消耗的节能要求，同时型号繁多的工频电机也对备件管理增加了一定负担，且现今使用的原厂电机由于型号更迭已处于停产状态，国内库存货品由此紧缺，由此需要通过海外运输造成的时间及价格成本呈指数上涨。
针对上述问题，BC机场对行李处理系统（以下简称BHS）中高能耗且面临停产的电机进行选型替代研究，通过寻找国内大量生产的IE4级节能电机，与目前使用的行李处理系统进行适配，最终实现节能节电及减少备件种类，优化管理的目的。
2改造分析
2.1改造背景
BC机场行李处理系统输送机长达68公里，负责将旅客托运行李通过安检、分拣系统最终传送至指定航班的分拣口。BHS涉及30 km皮带输送系统及38 km高速托盘系统，共计使用电机数量高达万余台。在每日不间断运行的情况下，平均每小时用电量2200度，高峰小时更是达到3000度。为实现节能减排，同时考虑复杂系统维修更换的备件管理管理问题，降低人力物力及运行维护成本，考虑采用变频电机对开航之初所选用且沿用至今的原工频减速电机进行替换。
机场作为交通服务行业所具有的特殊性，对运行安全提出了极高的要求。BHS作为旅客出港的重要关节，更要保证每一节皮带的正常运行，因此在本次选型替换之初，所采用的电机已于2015年进行线下稳定性测试，其稳定性及安全性已得到验证。
本次替换选型在实验阶段，首先对DPM1、DPM2、XRA3三条线路共计20余台电机进行替换测试。未来将基于改造后的运行效果综合分析技术改造能力、库存减少情况、能耗降低情况及综合运行成本等因素进行综合分析。通过节能电机的替换选型探索研究，对未来节约能耗，节省运维成本，大批量更换原老旧减速电机提供指导意义。
2.2硬件分析
通过对原有DPM1和DPM2输送线主线变频器、微控制单元及减速电机功率进行汇总，与改造后的电机种类进行对比，如表1所示。原有电机共有三种功率，共计27台电机，需配合进行控制的驱动单元共计两种，同时还需13台减速机与电机进行匹配。改造后的IE4电机采用变频模式，只需2.2kw的电机27台，且无需辅助变频器等备件，如表2所示。因此可以大幅降低备品备件费用。
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图1电机安装位置示意图
表1 替换前后电机数量统计
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表2 替换前后控制方式及数量统计
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3计量方案与能耗分析
3.1电表统计数据
BC机场对三条行李输送线所替换电机的PCM配电柜中加装三相电子式电能表，对更换前后电机耗电量进行统计，如图2所示
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替换前单位行李耗电量9月19日-10月18 日，3.70 * 10-2度/每件
替换后单位行李耗电量10月22 日-11月30 日，2 .43*10-2度/每件
3.2能耗计算
一、基于三相计量电表统计，在节能替换前用电量3.70*10-2度/每件行李,节能替换后用电量2.43*10-2度/每件行李。
二、基于PM电柜中DPM1的电机分布
（一）DPM1 PM03区域中，任一支线DSL启动后，汇流至主线DPM1，DPM1级联启动。
（二）DPM1 PM03主线位置10台（其中9台采用替换电机），电机总功率11.45KW。按照权值为5计算。
（三）DSL112,122,132,142,152共5个支线共19台电机（无替换），电机总功率22.5KW。按照权值为1计算。
三、假定每个被替换位置的电机更换前后的节能效率相同，即更换前为P，更换后为P* ɧ。
【计算方法】
3.70 2.43
------------------- = ------------------
11.45*5+22.5 11.45*5*ɧ+22.5
可以求得ɧ=52.19% 节能效果47.81%
3.3能耗分析
1.对照组为原IE1减速电机，使用年限较长，设备效率有所衰减。
2.替换后的IE4电机可整合电机驱动单元，采用非风扇散热方式。同时以变频启停替代定频启停，电气制动替代机械制动，有效减少能耗。
3.通过对所选的IE4电机与原厂IE1电机进行线下对比测试，可实现空载节能32.5%-44.23%，带模拟负载节能22.47%-32.5%，带真实负载节能22.71%-32.88%。性能测试及库存型号分析
3.4测试标准
1)公共区域噪声小于等于65dB（环境噪声不大于50dB）
非公共区域噪声小于或等于70dB（环境噪声不大于50dB）；
2)减速箱无渗油漏油现象；
3)各紧固件连接稳固，无松动；
4)电机无过热现象；
5)减速箱的最高温度不大于80摄氏度；
6)整机启动正常平稳、无异常声响；
7)整机运行过程中，机架（机身）无明显抖晃现象。
3.5测试结论
1.机械性能：
自2018年10月使用替换电机的一个型号，共27台电机以来，运行无漏油、异响发生，使用过程中无明显晃动，现场噪音与原厂电机无明显差异。替换电机最大轴径为40mm，且相比原厂电机体积小、重量轻、噪音低，如图一所示。目前在使用过程其中稳定性、可靠性等方面都得以验证。
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图3 替换电机与原电机外形对比
2.节能效果
DPM1主线共使用替换电机13台。通过三相电能表对计量区域进行统计，通过3.2节计算可得平均节能效果高达47.81%。
通过对比替换电机与原厂电机，可得替换电机在DPM1、DPM2、XRA3三条测试线路安装运行正常，能够满足使用条件，且具有体积小、质量轻、调速范围大等特点，便于现场安装，有利于降低备件种类及减少库存量。
4总结
本次电机选型替换以首都机场实际运行为背景，通过离线、带模拟负载及带真实负载三种运行情况分别进行测试，通过测试数据及监测观察，所替换的减速电机可达到原厂同类型产品的性能，且对于行李系统的行李跟踪率无影响。
在节能降耗方面，替换电机使得单件行李的传输能耗降低34.3%，取得良好的节能效果。且所选用的替换电机可以替换系统原电机的9种型号及相应匹配的减速器及驱动控制单元，可显著降低备件种类及库存数目，对于库存资源的占用及备件的管理具有实际意义。
为进一步深化低端控制设备替代工作，提高替代设备的可靠性，后续的研究工作中还需进一步完善如下工作：完善数据统计和分析，考虑采取大范围替换后的经济性及可实施性；继续扩大节能电机的替换测试范围，并进一步验证其他测试型号；需持续监控替换电机减速机的温升情况。
论文作者:唐少强1,徐琪2,张鑫2,谢启胜3
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/18
标签：电机论文; 节能论文; 行李论文; 备件论文; 机场论文; 系统论文; 用电量论文; 《基层建设》2019年第28期论文;