淺談地鐵低壓配電節能措施

佟強

【摘要】隨著經濟的發展，能源消耗量劇增，目前地鐵設計中的節能措施越來越受到設計人員的關注。由于地鐵作為城市主要交通工具，在地鐵工程中實行恰當的節電措施，能有效的實現節能減排的目的。文章對地鐵低壓配電系統模式和具體的節能措施進行了分析，具有一些的借鑒意義。

【關鍵詞】地鐵；低壓配電；節能措施

一、前言

文章對地鐵低壓配電系統的模式進行了介紹，對地鐵低壓配電節能措施進行了重點闡述，通過分析，并結合自身實踐經驗和相關理論知識，對地鐵車站低壓配電設計中的節能措施進行了深入淺出的探討。

二、地鐵低壓配電系統的模式

低壓配電系統向小型化、多功能方向發展，低壓配電系統模式以地鐵運行狀態來歸納，可分為低壓配電電源分線路供電與母線電源分開運行，各自承擔電源、電壓負載的安全運行模式；低壓配電電源出現故障，兩路電源以斷開或閉合來負載運行及手動指令控制的故障模式。地鐵低壓配電系統根據用電性質的不同，分為以降壓變電所為主組成的動力照明供電系統和由牽引變電所為主組成的牽引供電系統。低壓配電系統中的主變電所是軌道交通系統的能源，降壓變電所是地鐵動力照明的電源來源，而牽引變電所是為地鐵機車運行提供合適的電源。根據一般設計分界規定，降壓變電所與車站動力、照明供電分界點為0.4kV開關柜引入端。

三、地鐵低壓配電節能措施

1.變電所設置有源濾波器

首先介紹下電力系統諧波主要危害，大致有以下幾點：

1）增加電力設施負荷，降低系統功率因數，造成設備浪費、線路浪費和電能損失。

2）引起無功補償電容器諧振和諧波電流放大，導致電容器組因過電流或過電壓而損壞或無法投入運行。

3）產生脈動轉矩致使電動機振動，影響產品質量和電機壽命。

4）由于渦流和集膚效應，使電機、變壓器、輸電線路等產生附加功率損耗而過熱，浪費電能并加速絕緣老化；

有源電力濾波器（APF）是一種用于動態抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能夠對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進行補償，所以稱之為有源。地鐵的各類負荷具有波動性，如早晚高峰時段負荷大，系統參數變化也大；地鐵大量采用電纜線路，系統的整體功率因數較高；地鐵內各類專業設備種類繁多，用電負荷構成復雜，如UPS直流電源、變頻器、計算機、空調、電梯和扶梯等設施，故諧波成分也雜。地鐵各類用電設備均為運營服務，一旦出現問題，將直接影響到地鐵的行車安全和乘客的人身安全，因此各類用電系統對電網的供電質量要求較高。傳統的無源補償裝置容易與諧波發生諧振，進而將諧波放大；已運營的地鐵變電所常常出現無功補償電容器因超標的高次諧波造成鼓肚或燒毀，嚴重時還會發生爆炸。另外由于諧波電流的超標，加大了電能損耗，制約了節電設備的應用，不利于節電和地鐵建設的可持續發展。通過對有源濾波和無源濾波的性能對比，可見采用有源濾波是消除地鐵供電系統諧波危害的優選措施。

2. 地鐵照明工程中廣泛應用LED燈具

LED是Light Emitting Diode（發光二極管）的縮寫，是一種能夠將電能轉化為可見光的固態半導體器件，它具有以下優點：

1）LED光源發光效率高

發光效率比較：白熾燈光效在10-15lm、鹵鎢燈光效為12-24流明/瓦、熒光燈50-90流明/瓦，鈉燈90-140流明/瓦、大部分的耗電變成熱量損耗。

LED光效：可發到50-200流明/瓦，而且發光的單色性好，光譜窄，無需過濾，可直接發出有色可見光。

2）LED光源耗電量少

在同樣照明效果的情況下，耗電量是白熾燈的萬分之一，熒光管的二分之一。

3）LED光源使用壽命長

白熾燈、熒光燈、鹵鎢燈采用的是電子光場輻射發光，有燈絲發光易燒，熱沉積、光衰減等缺點，而采用LED燈體積小，重量輕，環氧樹脂封裝，可承受高強機械沖擊和震動，不易破碎，平均壽命達3-5萬小時，LED燈具使用壽命可達3-5年，可以大大降低燈具的維護費用避免經常換燈之苦。

4）安全可靠性強

發熱量低、無熱輻射性、冷光源、可以安全抵摸，能精確控制光型、發光角度、光色和色溫，無眩光、不含汞，鈉元素等可能危害健康的物質。

5）LED光源有利環保

LED為全固體發光體、耐沖擊不易破碎、廢棄物可回收、沒有污染，還可減少大量二氧化硫及氮化物等有害氣體以及二氧化碳等溫室氣體的產生，改善人們生活居住環境，可稱“綠色照明光源?！?/p>

6）LED光源更節能

當然，節能是我們考慮使用LED的最主要原因，也許LED要比傳統光源昂貴，但是用一年時間的節能即可收回光源的投資，從而獲得4-9年中每年幾倍的節能凈收蓋期。

目前，一些城市地鐵使用的燈具為普通白熾燈或熒光燈，其在節約電力、使用壽命和減少污染等方面均不如LED燈具，隨著LED燈具的不斷發展，越來越多的城市地鐵建設部門響應國家節能減排的號召，逐步將普通燈具替換為LED燈，例如在地鐵區間照明、設備走道內照明、廣告照明等均要求采用LED燈具作為優選，以順應地鐵工程節能環保的趨勢。

3.變頻技術的應用

隨著科學的發展，變頻器的使用也越來越廣泛，不管是工業設備上還是家用電器上都會使用到變頻器，可以說，只要有三相異步電動機的地方，就有變頻器的存在?，F在越來越多的地鐵站內設置多部自動電扶梯，扶梯屬于大功率且長時間運行的設備，因此電扶梯的節電也變得越發重要，目前，大多數扶梯采用變頻技術，實行分時管理、自動變速，在客流高峰時段，為了方便旅客的通行與疏導，扶梯采用高頻率運轉，在非高峰時段流量降低時，扶梯轉為低頻率運轉，在無人乘坐時，扶梯的供電頻率可降為幾赫茲，速度變得十分緩慢，這樣可以大大降低能源的損耗，在節約了客流通行時間的同時也可以達到節能的目的。

早期風機設備傳統的調節方法是通過調節入口或出口的擋板、閥門開度來調節給風量或給水量，其輸出功率大量地消耗在擋板、閥門的截流過程中。由于風機設備大多為平方轉矩負載，軸功率與轉速成立方關系，所以當風機轉速下降時，消耗的功率也大大下降，因此節能潛力非常大，近些年，隨著地鐵工程的快速發展，風機設備大量采用，最有效的節能措施就是采用變頻調速器來調節流量，應用變頻器節電率一般為20%～50%，而且通常在設計中，風機設計的容量比實際需要高出很多，存在“大馬拉小車”的現象，效率低下，造成電能的大量浪費。因此風機采用變頻控制技術對于節能效益顯著。

4. 根據氣候條件優化空調設備的配電

空調設備一直是車站內用電負荷較大的，所以節能也是最為重要的。由于中國南北方氣候差異，南方的地鐵沒有加裝采暖設備，夏天時，冷水機組進行制冷，然后由環控大系統對站內公共區排出冷風，車站內部的風機采用變頻控制，由BAS系統進行統一調配，在不同時段流量不同時，風量也可作出相應的改變，從而達到節能的目的。然而北方冬天寒冷，需要加裝采暖設備，由于采暖設備和空調設備均為三級負荷，且使用的季節不同，所以，我們在設計的時候盡量使其從同一個回路供電，這樣不僅可以減少低壓配電柜的饋出回路數量，也可以減少動力配電箱和電纜的數量，從而達到節能的優化設計。

結束語

國內越來越多的城市都在逐步進入并加快地鐵建設的進程。地鐵作為城市非常重要的交通工程，總體的能耗是非常大的，有效的節能手段可以使用電能耗顯著下降，節約了大量能源，從而減少了地鐵對于自然環境的影響。這對于建設綠色地鐵有重要的意義，也符合當前建設節能型社會、和諧社會的趨勢，具有良好的社會效益。

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