基于对城市轨道交通的电气节能设计探讨

基于对城市轨道交通的电气节能设计探讨

姓名:秦思杰

长沙市轨道交通运营有限公司

身份证号:431123199506180013

摘要：随着我国城市化进程的加快，城市轨道交通行业得到高速发展，开展城市轨道交通节能设计探讨，对提高城市交通效率，降低城市运行成本具有重要意义。城市轨道交通系统以电力为基础动力，由多种形式的设备系统组成，需要大量的电力资源作为支撑。为解决城市轨道交通的电力损耗问题，本文对城市轨道交通能耗情况进行探讨，主要从牵引、动力照明节能设计方向进行分析，提出相关解决措施，以降低电能的损耗。

关键词：城市轨道交通；绿色节能；设计

引言

节能设计需符合国家有关法律、法规、标准及规定的要求，对于轨道交通工程项目，从线路规划、车站及车辆段选址、客流运营组织、车辆及各系统设备选型及维护、系统供电等方面进行合理、节能设计，以避免盲目投资和低水平重复建设。轨道交通是个多专业设计的复杂工程，因此应从各专业多方面全方位系统化地贯彻节能设计。

1城市轨道交通能耗情况

据调查在城市轨道交通系统运行过程中，系统总能耗主要包括电、燃气、燃油等能源，其中主要为电力消耗。电能是支撑城市轨道交通运行最主要的能源，其在使用过程中可以被划分成牵引系统用电以及动力照明系统用电。在详细了解城市轨道交通各系统用电负荷，分析其中存在的能源损耗情况后，设计人员给出科学应对措施，从而降低电力资源的损耗。既确保城市轨道交通系统的正常运行，又能达到低碳节能的目的，推动轨道交通行业的有序发展。

2城市轨道交通电气节能设计

2.1牵引系统节能设计

在城市轨道交通用电系统中，列车牵引耗能占较大比重，其耗能受方案设计的影响较大。牵引用电节能设计优化主要体现在以下几个方面：

（1）科学的交通线路设计，可以降低牵引损耗，或尽可能降低坡道的相对高度。

（2）行车交路需要从多个角度进行方案对比，例如，交路长度、配线路径、客流量以及运营等，在确保客流量满足需求的情况下，分时段设计行车交路和列车对数，提高列车载客量，减少跑空车的次数，在空车和乘客量少时，牵引用电量随之减少。

（3）合理选择牵引供电方式。牵引网供电方式普遍采用自耦变压器供电方式，即AT供电方式。对节能角度而言，AT供电方式牵引网阻抗较TRNF供电方式相比有明显优势。因此采用AT供电方式可大幅度降低牵引网能源损耗。此外AT供电方式供电能力也更强一些，适合于需经常停启的城市轨道交通。

（4）借助模拟仿真技术进行科学计算，合理规划需要设置牵引变电所的车站，合理地选取牵引变压器容量。

2.2低压节能设计

轨道交通系统中，车站和车辆段之间存在大量低压能耗，特别是大体积单体建筑地下车站，在进行低压系统设计时，需要适当减少基础埋深，减少通风、空调、电梯等辅助设备的低压能耗。且车站主体建筑的设计需要综合考虑城市规划的整体情况和外部周围局部环境，充分利用周围的各种自然资源，为车辆段以及场址提供便捷的接轨空间，便于行车安排，设计方案还需要考虑到市政规划以及绿化环保的要求，优化工艺布局，减少空车和不必要的设备运输。

2.3设备选型

选择节能型设备是提高轨道交通体系节能性能的关键。车辆是轨道交通系统能耗最高的设备，选择合适的车型，对减少能源消耗有着重要的作用。车辆的材料和型号直接影响自重，建议选择轻质铝合金焊接结构车辆，减轻车辆的自重和牵引能耗。在满足动力要求的情况下，还可以对牵引电机组合车辆编组进行适当调整，而且空调、照明、空气压缩机以及其他辅助设备也需要选择节能型。主变的损耗是所有电能损耗中最高的，变压器选择需要满足技术规范要求，通风设备也需要满足一级能效等级的要求，照明设备应该选择节能型，并使用电子镇流器。

3轨道交通电气节能的基本措施

3.1选用LED灯具

3.1.1LED光源光效和LED灯具光效

LED光源光效是光源发出的光通量与其自身所消耗的电功率之比，单位为lm/W，不包含电器附件的损失。LED灯具光效是灯具发出的初始总光通量与其所消耗的功率之比，单位为lm/W，包含电器附件的损失。有时候，灯具厂家给出的光效值非常高，可能就是光源光效。而实际上受灯具的影响，从灯具发出的光效是达不到的。

3.1.2LED光源光通量和LED灯具光通量

与光效相同，光源光通量与灯具的光通量也是不同的。在使用相同LED光源的情况下，LED灯具的光通量小于LED光源的光通量。所以设计在选用产品时，应对厂家提供的产品参数了解清楚，才能更加合理的选择合适的灯具。随着LED照明技术和产品的日趋成熟LED灯具的优势也得到了充分的发挥。a.LED光效较高，且发光的单色性好，光谱窄，可更多的传递到工作面上；b.LED光源耗电量小，用在同样照明效果的情况下，耗电量是荧光管的二分之一。灯具的电压可调范围较大，在电压范围内可以点亮，并且可调亮度；c.LED光源寿命更长，可以长期使用，较少更换费用；当然，广为大家诟病的关于国产LED灯具散热效果不好，影响灯具的节能效果，还需要更对的对各灯具厂家进行深入了解，并提出使用要求。

3.2智能照明控制系统

智能照明控制系统是利用先进电磁调压及电子感应技术，对供电进行实时监控与跟踪，自动平滑地调节电路的电压和电流幅度，改善照明电路中不平衡负荷所带来的额外功耗，提高功率因数，降低灯具和线路的工作温度，达到优化供电照明控制系统的目的。智能照明控制系统主要由监控主机，网关，DALI接口模块，开关型控制模块，照度传感器，系统总线，网线等几个部分组成，将各照明点灯具通过系统总线连接，纳入智能照明控制系统。目前地铁车站站厅，站台，出入口通道等公共区域纳入智能照明控制系统，可在监控主机处实现对车站每一个照明点的控制，根据站厅，站台，出入口亮度传感器信息，根据室外亮度，及时间段设置成不同的控制模式，来对灯具亮度进行调整，实现不同的控制功能。智能照明控制系统在确保灯具能够正常工作的条件下，给灯具输出一个最佳的照明功率，既可减少由于过压所造成的照明眩光，使灯光所发出的光线更加柔和，照明分布更加均匀，又可大幅度节省电能，智能照明控制系统节电率可达20%-40%。智能照明控制系统可在照明及混合电路中使用，适应性强，能在各种恶劣的电网环境和复杂的负载情况下连续稳定地工作，同时有效地延长灯具寿命，减少维护成本。

3.3太阳能新技术的应用

太阳能光伏发电系统最近几年飞速发展，已经形成了研发、生产、加工和集散的工业产业链。光伏发电系统技术的日趋先进和发展为其在国内工程建设领域的应用奠定了基础。轨道交通建设当前都非常注重节能，环保，绿色设计，可以将光伏发电系统应用于地铁设计中，可以达到节约能源，减少污染物排放，保护环境的效果。根据太阳能光伏发电系统的特征，轨道交通工程中高架站，车辆段，停车场等有条件投入该系统。包括正常照明负荷，与消防无关的环控三级负荷，高架区间的照明及检修用电，均可以考虑。将整体光伏发电系统设计成切换型并网发电系统比较理想，电力系统作为光伏电源系统的补充和备用，在负载进线处设置电源切换装置，不仅能够达到利用光伏电源节能的目的，还能保证供电的可靠性。

结语

经过对轨道交通设计各专业的思考，体会到电气节能设计不仅牵涉到电气专业或某几个专业，而且牵涉到所有相关设计专业，需总体全面掌控，然后还要贯彻到今后的施工、运营使用等环节，缺一不可，否则无法达到节能效果。

参考文献

[1]熊辉.城市轨道交通与电气节能[J].湖北农机化，2019（20）：57.

[2]张园园.新时期的城市轨道交通电气节能设计[J].科学技术创新，2019（26）：102-103.

[3]李建华，范越.城市轨道交通电气节能设计[J].电工技术，2016（7）：124-125.

[4]黄启枫.城市轨道交通再生制动发展分析[J].工业B，2016（1）：26-21.

[5]陈宁.城市轨道交通变配电设计中的节能技术[J]电子技术与软件工程,2018.