淺談地鐵低壓配電節(jié)能措施

佟強(qiáng)

【摘要】隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源消耗量劇增，目前地鐵設(shè)計中的節(jié)能措施越來越受到設(shè)計人員的關(guān)注。由于地鐵作為城市主要交通工具，在地鐵工程中實(shí)行恰當(dāng)?shù)墓?jié)電措施，能有效的實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。文章對地鐵低壓配電系統(tǒng)模式和具體的節(jié)能措施進(jìn)行了分析，具有一些的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】地鐵；低壓配電；節(jié)能措施

一、前言

文章對地鐵低壓配電系統(tǒng)的模式進(jìn)行了介紹，對地鐵低壓配電節(jié)能措施進(jìn)行了重點(diǎn)闡述，通過分析，并結(jié)合自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)理論知識，對地鐵車站低壓配電設(shè)計中的節(jié)能措施進(jìn)行了深入淺出的探討。

二、地鐵低壓配電系統(tǒng)的模式

低壓配電系統(tǒng)向小型化、多功能方向發(fā)展，低壓配電系統(tǒng)模式以地鐵運(yùn)行狀態(tài)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(yùn)行，各自承擔(dān)電源、電壓負(fù)載的安全運(yùn)行模式；低壓配電電源出現(xiàn)故障，兩路電源以斷開或閉合來負(fù)載運(yùn)行及手動指令控制的故障模式。地鐵低壓配電系統(tǒng)根據(jù)用電性質(zhì)的不同，分為以降壓變電所為主組成的動力照明供電系統(tǒng)和由牽引變電所為主組成的牽引供電系統(tǒng)。低壓配電系統(tǒng)中的主變電所是軌道交通系統(tǒng)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(jī)車運(yùn)行提供合適的電源。根據(jù)一般設(shè)計分界規(guī)定，降壓變電所與車站動力、照明供電分界點(diǎn)為0.4kV開關(guān)柜引入端。

三、地鐵低壓配電節(jié)能措施

1.變電所設(shè)置有源濾波器

首先介紹下電力系統(tǒng)諧波主要危害，大致有以下幾點(diǎn)：

1）增加電力設(shè)施負(fù)荷，降低系統(tǒng)功率因數(shù)，造成設(shè)備浪費(fèi)、線路浪費(fèi)和電能損失。

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

3）產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩致使電動機(jī)振動，影響產(chǎn)品質(zhì)量和電機(jī)壽命。

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

有源電力濾波器（APF）是一種用于動態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置，它能夠?qū)Υ笮『皖l率都變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償，所以稱之為有源。地鐵的各類負(fù)荷具有波動性，如早晚高峰時段負(fù)荷大，系統(tǒng)參數(shù)變化也大；地鐵大量采用電纜線路，系統(tǒng)的整體功率因數(shù)較高；地鐵內(nèi)各類專業(yè)設(shè)備種類繁多，用電負(fù)荷構(gòu)成復(fù)雜，如UPS直流電源、變頻器、計算機(jī)、空調(diào)、電梯和扶梯等設(shè)施，故諧波成分也雜。地鐵各類用電設(shè)備均為運(yùn)營服務(wù)，一旦出現(xiàn)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(tǒng)對電網(wǎng)的供電質(zhì)量要求較高。傳統(tǒng)的無源補(bǔ)償裝置容易與諧波發(fā)生諧振，進(jìn)而將諧波放大；已運(yùn)營的地鐵變電所常常出現(xiàn)無功補(bǔ)償電容器因超標(biāo)的高次諧波造成鼓肚或燒毀，嚴(yán)重時還會發(fā)生爆炸。另外由于諧波電流的超標(biāo)，加大了電能損耗，制約了節(jié)電設(shè)備的應(yīng)用，不利于節(jié)電和地鐵建設(shè)的可持續(xù)發(fā)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(tǒng)諧波危害的優(yōu)選措施。

2. 地鐵照明工程中廣泛應(yīng)用LED燈具

LED是Light Emitting Diode（發(fā)光二極管）的縮寫，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)半導(dǎo)體器件，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）LED光源發(fā)光效率高

發(fā)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(fā)到50-200流明/瓦，而且發(fā)光的單色性好，光譜窄，無需過濾，可直接發(fā)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(fā)光，有燈絲發(fā)光易燒，熱沉積、光衰減等缺點(diǎn)，而采用LED燈體積小，重量輕，環(huán)氧樹脂封裝，可承受高強(qiáng)機(jī)械沖擊和震動，不易破碎，平均壽命達(dá)3-5萬小時，LED燈具使用壽命可達(dá)3-5年，可以大大降低燈具的維護(hù)費(fèi)用避免經(jīng)常換燈之苦。

4）安全可靠性強(qiáng)

發(fā)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(fā)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(zhì)。

5）LED光源有利環(huán)保

LED為全固體發(fā)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(chǎn)生，改善人們生活居住環(huán)境，可稱“綠色照明光源。”

6）LED光源更節(jié)能

當(dāng)然，節(jié)能是我們考慮使用LED的最主要原因，也許LED要比傳統(tǒng)光源昂貴，但是用一年時間的節(jié)能即可收回光源的投資，從而獲得4-9年中每年幾倍的節(jié)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(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，越來越多的城市地鐵建設(shè)部門響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，逐步將普通燈具替換為LED燈，例如在地鐵區(qū)間照明、設(shè)備走道內(nèi)照明、廣告照明等均要求采用LED燈具作為優(yōu)選，以順應(yīng)地鐵工程節(jié)能環(huán)保的趨勢。

3.變頻技術(shù)的應(yīng)用

隨著科學(xué)的發(fā)展，變頻器的使用也越來越廣泛，不管是工業(yè)設(shè)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(jī)的地方，就有變頻器的存在。現(xiàn)在越來越多的地鐵站內(nèi)設(shè)置多部自動電扶梯，扶梯屬于大功率且長時間運(yùn)行的設(shè)備，因此電扶梯的節(jié)電也變得越發(fā)重要，目前，大多數(shù)扶梯采用變頻技術(shù)，實(shí)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(dǎo)，扶梯采用高頻率運(yùn)轉(zhuǎn)，在非高峰時段流量降低時，扶梯轉(zhuǎn)為低頻率運(yùn)轉(zhuǎn)，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(dá)到節(jié)能的目的。

早期風(fēng)機(jī)設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)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(fēng)機(jī)設(shè)備大多為平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，軸功率與轉(zhuǎn)速成立方關(guān)系，所以當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降時，消耗的功率也大大下降，因此節(jié)能潛力非常大，近些年，隨著地鐵工程的快速發(fā)展，風(fēng)機(jī)設(shè)備大量采用，最有效的節(jié)能措施就是采用變頻調(diào)速器來調(diào)節(jié)流量，應(yīng)用變頻器節(jié)電率一般為20%～50%，而且通常在設(shè)計中，風(fēng)機(jī)設(shè)計的容量比實(shí)際需要高出很多，存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象，效率低下，造成電能的大量浪費(fèi)。因此風(fēng)機(jī)采用變頻控制技術(shù)對于節(jié)能效益顯著。

4. 根據(jù)氣候條件優(yōu)化空調(diào)設(shè)備的配電

空調(diào)設(shè)備一直是車站內(nèi)用電負(fù)荷較大的，所以節(jié)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(shè)備，夏天時，冷水機(jī)組進(jìn)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(fēng)，車站內(nèi)部的風(fēng)機(jī)采用變頻控制，由BAS系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配，在不同時段流量不同時，風(fēng)量也可作出相應(yīng)的改變，從而達(dá)到節(jié)能的目的。然而北方冬天寒冷，需要加裝采暖設(shè)備，由于采暖設(shè)備和空調(diào)設(shè)備均為三級負(fù)荷，且使用的季節(jié)不同，所以，我們在設(shè)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(dá)到節(jié)能的優(yōu)化設(shè)計。

結(jié)束語

國內(nèi)越來越多的城市都在逐步進(jìn)入并加快地鐵建設(shè)的進(jìn)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(jié)能手段可以使用電能耗顯著下降，節(jié)約了大量能源，從而減少了地鐵對于自然環(huán)境的影響。這對于建設(shè)綠色地鐵有重要的意義，也符合當(dāng)前建設(shè)節(jié)能型社會、和諧社會的趨勢，具有良好的社會效益。

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