淺談低壓配電在地鐵中的節(jié)能效應與應用

陳正文

摘 要:目前地鐵設計中的節(jié)能減耗越來越受到設計人員的重視。本文結合目前地鐵的運營狀況,對電氣產(chǎn)品的優(yōu)化節(jié)能進行了介紹,并且對電氣設計中的節(jié)能方案進行了討論和對比。

關鍵詞：地鐵 節(jié)能 負荷 優(yōu)化設計

中圖分類號:U224.3+1 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)10(c)-0097-02

隨著科技發(fā)展的日新月異,越來越多的城市開始發(fā)展地鐵作為其主要交通工具。地鐵雖然在一定程度上可以緩解交通壓力,但其消耗的能源也是相當可觀的。由于客運量的逐漸增加導致地鐵內(nèi)部空調(diào)和自動扶梯等設備的增加;由于運營的線路的不斷擴展導致照明和檢修等設備的增加,這樣對地鐵的能耗需求不斷上升,節(jié)能減耗就變得尤為重要。本文主要討論地鐵中低壓配電節(jié)能的效應與應用。

1 同類電氣產(chǎn)品優(yōu)化設計

1.1 LED照明的應用

LED是Light Emitting Diode(發(fā)光二極管)的縮寫,是一種能夠將電能轉化為可見光的固態(tài)半導體器件,它具有節(jié)能、環(huán)保、光效高、壽命長、熱度較低等特點,目前,大部分城市地鐵使用的燈具為普通白熾燈或熒光燈,其在節(jié)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(fā)展,越來越多的城市(如北京、廣州、上海)開始將燈具替換為LED燈,以北京為例,2010年實施3站1區(qū)間LED照明節(jié)電試點工程,共計更換LED燈具近2500支,通過1年的系統(tǒng)檢測,年節(jié)電18.7萬度,節(jié)電率在30%以上,節(jié)電效果良好。2012年北京地鐵公司通過合同能源管理,又進行了7站2區(qū)間LED照明改造,共計更換不同規(guī)格型號燈具8000余支,預計每年可節(jié)電110萬度,節(jié)電率達到40%。所以,LED照明的改造已成為必然趨勢。

1.2 雙速風機的使用

地鐵中,區(qū)間隧道活塞風與機械通風系統(tǒng)(TVF系統(tǒng))對區(qū)間火災疏散和日常通風都起到重要的作用,早期的TVF風機從啟動到正常運轉后一直保持一定的轉速,不能因為特定的需求改變轉速,很大程度上浪費了電力能源,隨著科技的不斷進步,出現(xiàn)了雙速風機。

雙速風機是有兩個風機轉速擋位,配置有雙速電機。在兩種不同的轉速下,會產(chǎn)生不同的流量和壓力,一般用于消防排煙系統(tǒng),平時低速旋轉產(chǎn)生的小流量低壓力用于正常通風,火災時轉到高速大流量高壓力強行排煙。對于一般的排煙排風需求,雙速風機都可以滿足。

1.3 變頻自動扶梯的應用

隨著越來越多的地鐵站內(nèi)增加自動扶梯,扶梯的節(jié)能也變得越發(fā)重要,目前,大多數(shù)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(jié)約了客流通行時間的同時也可以達到節(jié)能的目的。

2 低壓配電設計方法優(yōu)化

2.1 小功率消防負荷的優(yōu)化設計

地鐵設計中,根據(jù)對供電可靠性的要求及中斷供電對經(jīng)濟上所造成的損失或影響的程度,電力負荷分為三級。地鐵設計規(guī)范(GB50157-2003)規(guī)定“一級負荷應由雙電源雙回線路供電,當一個電源發(fā)生故障時,另一個電源不應同時受到損壞”。按此規(guī)定,一級負荷用電都要從低壓配電柜的兩路回路供電(如圖1所示),然而有些一級負荷如氣體滅火、站臺板下潛水泵、安檢儀用電等雖然也是一級負荷,但由于其功率很小,所以由低壓配電柜單獨供電是不合理的,這樣相當于增加了低壓配電柜的回路數(shù)量,從而增加了柜子的成本,而且這樣會使車站內(nèi)的低壓電纜使用量非常大,導致投資的上漲?，F(xiàn)在許多城市的地鐵設計中,都改用直接從照明配電室內(nèi)的兩個一級負荷動力箱交叉供電(如圖2所示),這樣不僅減少了由低壓柜到雙切箱的電纜數(shù)量,也減輕了低壓柜的負荷,從而達到節(jié)能的優(yōu)化設計。

2.2 同類設備供電的設計優(yōu)化

空調(diào)設備一直是車站內(nèi)用電負荷較大的,所以節(jié)能也是最為重要的。由于南北方差異,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(huán)控大系統(tǒng)對站內(nèi)公共區(qū)排出冷風,其余季節(jié)則由隧道通風系統(tǒng)進行通風換氣,車站內(nèi)部的風機采用變頻控制,由BAS系統(tǒng)進行統(tǒng)一調(diào)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(jié)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(diào)設備均為三級負荷,且使用的季節(jié)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(shù)量,也可以減少動力配電箱和電纜的數(shù)量,從而達到節(jié)能的優(yōu)化設計。

以沈陽地鐵9號線為例,在車站的空調(diào)機房設置了風冷機組作為空調(diào)設備,供夏天使用,而在冬天則在公共區(qū)設置了熱風幕作為供暖設備,兩種設備因季節(jié)不同使用的時間也不同,所以可以使用同一供電回路,在負荷計算和電纜選型時也只考慮功率大的設備進行計算(如圖3所示)。

此設計方案可延長季節(jié)性負荷配電電纜的帶電時間,并且可以節(jié)省單獨給熱風幕供電的設備和材料,此外,設備房間的室內(nèi)機插座也可以和電暖氣插座使用同一配電系統(tǒng)。

2.3 照明控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計

地鐵車站照明功率大、供電時間長,按照通常的照明模式,典型的地下2層車站年耗電量可達數(shù)十萬kW·h以上。因此,照明配電對于地鐵節(jié)能的意義更為重要,作為設計人員,需要在傳統(tǒng)的照明控制和模式上做出優(yōu)化,這樣,不僅可以節(jié)約電力能源,更可以方便運營人員對車站照明的管理和維護。

傳統(tǒng)的照明控制方式為BAS監(jiān)控,首先照明系統(tǒng)通過監(jiān)控點表把照明模式發(fā)送給BAS,然后在需要控制的照明回路進線端串聯(lián)交流接觸器,通過在車站控制室內(nèi)的IBP盤發(fā)布指令,交流接觸器的觸點動作后可以實現(xiàn)照明的定時啟停、區(qū)域控制和中央控制等。然而這種控制方式在運營過程中曝露出了一些弊端。

（1)BAS在IBP盤上進行集中控制,現(xiàn)場由于沒開關,所以不能進行緊急開啟和關閉,對出現(xiàn)緊急情況時不方便控制。

（2)所有控制電纜和接觸器都比較多,接線較復雜,需要控制的回路多,各種照明的模式切換十分復雜。

（3)照明系統(tǒng)的啟停和模式是基于BAS的控制基礎上的,所以一旦BAS系統(tǒng)出現(xiàn)問題,則照明系統(tǒng)會受到相應的影響。

智能照明系統(tǒng)是一種由數(shù)據(jù)總線構成網(wǎng)絡的照明控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡上每一個照明配電回路都有一個地址,通過總線將所有部件連接而組成一個控制網(wǎng)絡。它具有獨立的控制協(xié)議,系統(tǒng)也相對簡單,目前地鐵中運用智能照明控制系統(tǒng)就是為了達到節(jié)能減排和高效自動化管理的目的。

對比以下兩種系統(tǒng),相應的優(yōu)缺點如（表1）所示。

3 結語

通過以上的設備優(yōu)化和設計優(yōu)化,或多或少對地鐵的節(jié)能做出了一定的貢獻。目前,地鐵的建設還不夠完善,在設計、施工、運營等方面還存在著許多能源的浪費,但隨著科技的不斷進步,設計的逐步提高,相信在未來的地鐵建設和既有的地鐵改造中會出現(xiàn)更多的節(jié)能措施,以達到節(jié)能優(yōu)化的目標。

參考文獻

[1] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設計研究院組編. 工業(yè)與民用配電設計手冊[M].3版.北京:中國電力出版社,2005.

[2] GB50157-2003.北京城建設計研究總院.地鐵設計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2003.

[3] 馬小軍.智能照明控制系統(tǒng)[M].南京：東南大學出版社,2009.