新時期的城市軌道交通電氣節能設計

馬少偉

摘要：城市軌道交通作為重要的基礎設施，對于滿足公共交通需求有著重要的意義。城市軌道交通的電氣能耗主要來源于兩個結構，在這兩個結構的基礎上又可以進行細分。為了有效提高電氣能源的利用效率，需要對城市軌道交通系統進行科學的技能設計。

關鍵詞：城市軌道交通 電氣節能 設計方案

引言

隨著我國城市化進程的不斷加快，為了滿足市民的生活出行，城市軌道交通線路的規模和數量也在不斷的擴張。城市軌道交通系統的完善，雖然有力的支撐了城市公共交通需求，但是也極大的增加了城市的電氣能源消耗。近些年，隨著低碳環保理念的持續深化，各地都提出了節能減排的工作目標。在這種背景下，為了有效提高城市軌道交通電氣能源的利用效率，并保證城市公共交通系統的穩定運行，就需要進行節能設計的探索。

一、電氣能耗分析

根據城市軌道交通系統的結構，可以將電氣能耗來源分為車輛能耗與車站能耗兩個方面，其中車輛能耗在總能耗中占據著較大的比例。在車輛能耗中，又可以細分為動力系統能耗，控制系統能耗以及照明等輔助系統能耗等，而車站能耗主要來源于扶梯，空調等輔助系統的能耗。城市軌道交通系統的電氣能耗除了與系統結構有著密切的關系之外，與車站的客流量以及環境條件等也有著密切的關系。在城市軌道交通系統電氣節能設計中，需要考慮到電能能耗的具體情況進行針對性的設計。其中，城市軌道交通系統結構的節能設計是重點所在。

二、電氣節能設計分析

（一）車輛動力系統的節能設計

在城市軌道交通系統電氣能耗的總體組成中，車輛動力系統的能耗是主要的來源。因此在節能設計中需要將該結構作為重點，通過對動力系統的優化，來降低動力系統的能耗量。具體的優化設計方案包括：a，合理優化軌道線路。通過對車輛運行線路的優化可以縮短車輛的運行里程，從而減少動力系統的能耗。在城市軌道交通系統的設計中，需要充分結合城市的發展規劃，考慮到不同區域的客流量等現實客運需求，提高車輛運行的效率[1]。同時，還要考慮到當地的地形條件，對于軌道的坡度要進行合理的設計，盡量避免角度過大坡度的設計，在必要時可以選擇繞行的方式。 b，合理優化車輛結構。在車輛牽引車廂數量方面，需要結合不同區域和時段的客流量進行合理的設計，盡量避免車輛超負荷的運行。在城市軌道交通系統的設計中，相關工作人員要積極利用模擬仿真模型計算的方法，既保證節能設計的合理性，同時又要保證軌道交通系統的高效穩定運行。

（二）相關電氣設備的節能設計

各種電氣設備的組合共同構成了城市軌道交通系統，這些電氣設備的能耗性能直接影響著整個系統的能耗水平。因此，對于城市軌道交通系統的電氣節能設計，需要重點關注電氣設備的能耗狀態。在城市軌道交通系統的設計中，首先應該考慮節能高效的電氣設備的選擇，這是降低系統電氣能耗的重要基礎措施。在選擇電氣設備時，要嚴格遵循國家或者行業的質量和能耗標準，堅決淘汰不合標準電氣設備的使用。為了有效降低動力系統的能耗，在車輛材料的選擇上，盡量選擇質量較輕的合成金屬材料，降低車輛自身的載重。對于照明，空調等輔助系統的設備，也要進行合理的優化設計。在照明燈具的選擇上，首先應該選擇節能的 LED燈具。其次，在光源的設計上，也需要結合車站和車輛的具體照明需求等現實需求，選擇相應功率的燈具和布置合理的密度。在照明系統的控制上，可以選擇智能控制系統，通過對供電狀況的動態監控來合理調整照明系統中的電壓與電流，避免因為負荷不平衡導致的能耗。除此之外，智能照明控制系統中的亮度傳感器還可以結合室外環境的亮度，計算出相應的光源亮度，在保證照明效果的前提下降低燈具的能耗。在空調系統的設計上，首先需要選擇性能優良的產品。同時，在空調系統中需要設置性能狀況良好的溫控設備，主動根據客流量的密集程度以及季節等因素合理調節車站和車輛環境的溫度。并且，空調系統需要積極借助自然風等條件來調節環境的溫度，降低動力系統的能耗。在車站扶梯系統的設計上，首先要合理設計扶梯的數量，做到資源的充分利用。其次在扶梯的控制上應該選擇變頻控制的模式，在沒有乘客的情況下主動進入到低能耗運行的方式。

（三）配電變壓器的節能設計

配電變壓器是城市軌道交通系統的核心結構，通過對這一結構的節能設計優化，可以極大的降低系統的總能耗，并且提升電氣能源的利用效率。配電變壓器的能耗來源主要來自兩個方面，包括空載運行損耗與負載運行的損耗。對于配電變壓器的節能設計，主要措施是提高運行的效率。具體而言，可以從以下的角度進行優化：首先，最為基礎的措施便是選擇能耗較低的節能變壓器。節能型的變壓器通過對內部鐵芯材料和結構的優化，有效的降低了變壓器的空載運行損耗。目前，應用于城市軌道交通系統的配電變壓器主要選擇 S11系列節能型變壓器[2]。其次，在確定了配電變壓器的類型基礎上，還要結合系統運行的實際負荷選擇相應容量的配電變壓器。同時，為了提高配電變壓器的運行效率，需要盡量保持變壓器負載率在最佳的狀態條件下。另外，配電變壓器的選擇還要考慮到工作環境條件，車站面積等因素，合理確定配電變壓器的類型與容量。在城市軌道交通的配電系統結構中，為了抵消無功功率的損耗，還可以配置電容補償柜。最后，在配電變壓器的設計中，必須要保持三相的平衡性，避免變壓器因為三相不平衡導致的能源損耗。

三、結束語

作為重要的基礎設施，城市軌道交通系統在城市經濟社會的發展中發揮著重要的價值。隨著我國城市化的不斷發展，城市軌道交通系統也必將隨之不斷的完善。在這個過程中，為了有效提高能源的使用效率和推動城市的綠色發展，城市軌道交通的設計必須要充分考慮到能耗狀況。隨著新節能技術和節能設備的發展，城市軌道交通系統的運行效率以及電氣能源利用效率一定會得到進一步的提升。

參考文獻：

[1]王蕊，馮棟.新時期的城市軌道交通電氣節能設計[J].數碼設計（上）， 2019， 000（011）：245.

[2]張園園.新時期的城市軌道交通電氣節能設計[J].科學技術創新 ， 2019（26）：107-108.

（作者單位 ：南京國電南自軌道交通工程有限公司 ）