浅谈地铁低压配电系统节能设计

【前言】浅谈地铁低压配电系统节能设计由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。1变电所配置及电缆截面选择节能 在不考虑无功损耗情况下，三相线路电缆有功损耗： ΔP = 3Ijs2R × 10－3 式中ΔP——有功功率损耗（kW） Ijs——供电线路计算电流（A） R——线路每相电阻（Ω），R = 电缆长度 ×导电系数/截面积 由以上公式可知，有功损耗与配电电缆长度...

摘 要: 为缓解现代城市中交通紧张的局面,发展轨道交通为骨干的主要交通网络,已经成为城市交通发展的一个重要趋势，本文从变配电房设置及电缆选用、照明、变频器及用电管理等方面详细分析了地铁低压配电系统设计中的节能措施。事实表明，该节能措施降低了地铁能耗，节约了运营成本。

关键词: 节能；变频；智能化照明；地铁；低压配电；

中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：

0 引 言

在现代经济和社会文明高速发展的今天，环保节能已经不再是纸上谈兵，而是已经实实在在的进入了我们的生活，并且与我们息息相关，不可分割。本文根据地铁车站低压配电的特点，并结合本人负责的地铁设计项目，进行地铁设计节能措施的阐述。

1变电所配置及电缆截面选择节能

在不考虑无功损耗情况下，三相线路电缆有功损耗：

ΔP = 3Ijs2R × 10－3

式中ΔP——有功功率损耗（kW）

Ijs——供电线路计算电流（A）

R——线路每相电阻（Ω），R = 电缆长度 ×导电系数/截面积

由以上公式可知，有功损耗与配电电缆长度成正比，与电缆截面积成反比。故在变配电房设置方面，尽量设置在动力照明负荷中心，减少配电线缆长度。地铁降压变电所设置在车控室、通信、信号电源室等弱电设备集中端，即车站大端，车站两端的环控电控室设在环控机房、冷水机房附近。对于带交叉配线、长度比较长的车站，设置跟随式降压变电所。区间风机房根据离车站远近设低压配电室或跟随式降压变电所。

电缆截面积选择方面，在满足载流量、热稳定、保护配合及电压降要求的前提下，适当增大导线截面积，虽然电缆购置成本增加，但与电缆寿命期内能耗节省的费用相比仍较为经济。

2 照明节能

地铁照明系统，是一个能耗大户，一个中等规模的地下车站，照明系统的功率约为200 ~ 300kW，日耗电量超过4000kWh。

地铁照明系统直接关系到广大乘客乘车舒适性及办公人员的管理方便性。如何通过各种新技术来改善照明控制方法，以达到节能增效及人性化管理的目的，是人们长期思考的问题。

对地铁的照明控制应达到以下要求：

1）给广大乘客提供恰到好处的照明环境，使照明具有人性化，成为享受。

2）通过合理的管理，在需要的时间、区域把灯点亮，优化能源利用率。

3）照明控制系统还必须具备便于操作和管理、灵活多变、维护成本低廉。

因此，地铁照明系统的节能主要有以下几个方面。

1）照明光源及附件选择。地铁车站照明光源大部分采用三基色细管径（T8 或 T5）直管荧光灯，局部考虑装修效果采用筒灯或其他光源形式。与传统的粗管径 T12 相比，光效由 70lm/W 提高到 90 lm/W甚至更高，在照度水平一样的情况下可降低光源的能耗。GB 50034—2004《建筑照明设计标准》规定，直管荧光灯应配用电子镇流器或节能型电感镇流器。以 T8 直管形荧光灯最常用的36 W /40 W为例，普通电感镇流器功耗约 9 W，而节能型电感镇流器为 4. 0～5. 5 W，电子镇流器约为 3. 5 W。地铁照明采用电子镇流器，其启动电流由小到大，降低了照明灯具自身损耗的同时，提高了光源的光效输出，延长了光源的使用寿命，在明显提高照明质量的前提下，节能效果明显。

2）公共区照明主要有正常照明、应急照明、导向照明、广告照明和屏蔽门光带照明，其中，正常照明又分节电照明和工作照明。通过在上述照明回路中增加接触器并将触点信号上传给环境与设备监控系统（Building Automation System，BAS）控制，采用表 1 所示模式控制，照明控制智能化，节能效果明显。另出入口飞顶照明和高架车站照明设时间控制器和光亮度控制，平时充分利用自然光。

表 1 地铁车站照明模式控制表

注：1、正常模式用于正常运营时客流高峰期或节假日；2、节电模式用于正常运营时非客流高峰期；3、停运模式用于停止运营时间段

3）设备房应急照明由长明灯工作方式改为设翘板开关控制，火灾时可由 FAS系统实现强制开启。设备房应急照明一般按照正常照明的 10%~50%配置，平时作为正常照明的一部分，房间没人的时候，灯具全部熄灭，在发生火灾情况下进行强启，火灾发生几率低，此措施可降低设备房照明功耗 10%以上。地铁设备区应急照明强启原理图如图1所示。

图 1 地铁设备区应急照明强启原理图

4）广告照明、导向照明、疏散指示标志灯、隧道照明灯、安全照明灯和室外路灯等采用 LED 照明。LED 具有节能、环保、寿命长和体积小等特点。白炽灯、卤钨灯光效 12～24lm / W、荧光灯 50～90 lm/W、钠灯90～140 lm / W，其中大部分的耗电变成热量损耗，而 LED 光效可达到 80～200 lm/W。目前，地铁中，LED 照明在广告照明、导向照明和疏散指示标志灯已经有了大量的应用，隧道照明灯也有几条线是采用LED照明灯。例如：疏散指示灯在地铁中是采用常明灯形式，采用荧光灯为光源的疏散标志灯光源功率为8W，而采用 LED 为光源的疏散标志灯光源功率一般在3W以下，可降低疏散指示该部分能耗约50%～60% ；隧道照明灯若采用荧光灯，一般为40W，而采用LED照明灯，20W即可，节能约50%。

5）区间隧道照明分正常照明及应急照明，按 1：1 设置。目前，部分城市地铁区间隧道照明全为应急照明，运营和非运营期间都是长明灯方式，但根据 GBT 16275—2008《城市轨道交通照明》规定:“地下隧道轨平面的照度≥5. 0 lx，区间线路疏散照明照度≥3. 0 lx；非运营时间可只保留应急照明与值班照明。”故区间隧道照明可设置正常照明和应急照明按 1：1 配置，非运营时间（凌晨 0 点 ～ 早上 6 点）可关掉正常照明，这样可节约区间照明的12. 5%。

3 变频节能

自动扶梯空载时，如果仍按额定速度运行，具有耗能大、机械磨损大和使用寿命降低等缺点。在扶梯上增设变频装置，根据客流情况自动调节扶梯的运行速度。扶梯空载时，低速运行；扶梯光电开关检测到有乘客时开始加速，并达到额定速度运行；当系统在一定时间内未检测到乘客时系统开始减速，并停留在低速运行状态，直到再次有乘客需求为止。扶梯空载时以节能速度模式运行，电流仅为空载时额定速度运行的 1/3。变频技术的采用大大降低了扶梯启动时对电网的冲击，可有效改善电网的功率因数，降低功耗。同时，扶梯设置能量回收装置，利用乘客的重力产生的能量驱动扶梯，试验证明，设置了能量回收装置的下行扶梯，基本不耗能。

大容量风机设置变频器，启动时可减小对电网的冲击电流，风机的能耗跟转速的 1. 7 次方成正比，可根据不同的外界环境调整电机转速，输出合适的风量，因此，电机的转速下降之后，能耗也会急剧下降，节能效果明显。

4 采用有源滤波装置

由于地铁车站存在变频启动的扶梯、照明设备中的电子镇流器和基于电力电子设备的智能控制系统，低压配电系统中的谐波畸变较严重，在不考虑任何补偿的情况下，目前，地铁动力变压器低压侧的功率因数约为 0. 8。上海地铁、天津地铁等的实验数据表明，有源滤波装置投入运行时，降低了系统的有功、无功损耗，提高了功率因数，同时也降低了谐波电流含量。

5 UPS集中整合

在地铁中，通信、综合监控、自动售检票、FAS、BAS、ACS等弱电系统均为一级负荷，为保证供电的可靠性，这些一级负荷均需设置UPS。若每个专业都分别设置UPS，不仅占用的空间较大，UPS的总容量和发热量均较大，同时运营维护也比较困难。车站设置UPS电源室，用集中UPS给各系统配电，可以减少UPS的总容量，进而节约能源和空间。

6 能耗管理节能

针对低压配电系统中采用的各种节能措施，有必要配置一套智能计量管理系统，对主要用电负荷：正常照明、广告照明、自动扶梯、电梯、环控负荷、商铺、银行、商业通信等设多功能仪表单独计量并分类汇总后上传到车站变电所综合自动化系统（SCADA）。智能计量管理系统的增加有利于收集各系统的电度参数，可用来检验采取各种节能措施后量的变化，并可根据量的变化情况来选择更节能的运行模式。地铁某线路智能计量系统的典型示意图如图2所示。

图 2 地铁某线路智能计量系统典型示意图

7 结 语

综上所述，地铁低压配电的节能措施主要有:

1）合理设置变配电房及选择合适的电缆截面

2）采用光效高的灯具及灵活配置照明控制方式

3）变频节能

4）采用有源滤波装置

5）采用集中UPS

6）加强节能管理

在今后设计中，设计者不仅要积极采用已有的节能措施，还要大胆为新型节能技术提供使用平台，为国家降低 GDP 能耗和市民的低碳出行做出自己应有的贡献。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。