城市軌道交通供電系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)研究

郭建棟

【摘 ?要】現(xiàn)階段，我國的城市軌道交通主要包括地鐵、輕軌、鐵路等等，據(jù)調(diào)查，我國到2017年末為止，已經(jīng)有34個城市開通了軌道交通，并且已經(jīng)處于運營狀態(tài)，而62個城市已經(jīng)獲得了城市軌道交通線網(wǎng)的規(guī)劃批準。相比于其他的城市交通工具來說，軌道交通更加的安全、環(huán)保，因此得到了各個城市的大力推廣。本文主要根據(jù)城市軌道交通供電系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)展開研究。

【關(guān)鍵詞】城市軌道交通;供電系統(tǒng);節(jié)能技術(shù)

引言

城市軌道交通的出現(xiàn)有效地緩解了地面交通堵塞的問題，使人們的出行更加快捷?，F(xiàn)階段，城市軌道交通的主要動力能源為電能，相比較于其它動力能源的交通工具來說，電能更加的環(huán)保，而且電能也是一種可再生能源，大大的減少了對于能源的浪費。為了進一步保證以電能為動力能源的城市軌道交通設施能夠行駛更大的里程數(shù)并且消耗的電能最小，我們還需要對現(xiàn)有的供電系統(tǒng)進行研究，尋找最優(yōu)的供電系統(tǒng)。

一、城市軌道交通系統(tǒng)的構(gòu)成

車輛、車站、供電以及通信、信號五個系統(tǒng)共同構(gòu)成了軌道交通系統(tǒng)，一般來說城市軌道交通系統(tǒng)都是依靠電能來運作的，而我們國家的電能主要是靠風力和水力來發(fā)電的，在這五個重要的系統(tǒng)中，車輛牽引系統(tǒng)以及車站設備系統(tǒng)所消耗的電能最多。其中，車輛牽引系統(tǒng)所消耗的電能已經(jīng)達到了總消耗的45%;還有夏季的空調(diào)系統(tǒng)所消耗的電能也是非常大的，占據(jù)了整個軌道交通系統(tǒng)全年用電量的30%;還有車站內(nèi)的各種照明系統(tǒng)以及安檢設備、扶梯等等的設備所消耗的電能也達到了總耗能的20%[1]。

還有一個問題就是，在車輛的制動過程中產(chǎn)生的動能我們還沒有更好的利用起來，這也是一個重大的能源浪費問題。

二、城市軌道交通供電系統(tǒng)節(jié)能措施

1、科學、適當?shù)氖褂梅抡孳浖?/p>

近些年來，由于城市軌道交通的快速發(fā)展，為了進一步的提高軌道交通供電系統(tǒng)的節(jié)能性，相關(guān)人員研發(fā)出了與之相關(guān)的供電系統(tǒng)仿真軟件，極大地提高了供電系統(tǒng)的節(jié)能性。比如，由德國西門子公司研發(fā)的NETOMAC電力系統(tǒng)分析軟件，它具有良好的開放性，可以將用戶自己編寫的FORTRAN語言子程序或者數(shù)學表達式植入其中。主要用于監(jiān)測、記錄、分析車輛在行駛過程中的牽引力、供電情況以及電流曲線等等，從而良好的保證軌道交通系統(tǒng)在運行過程中的供電問題[2]。

2、設備選擇應該更加符合節(jié)能需求

變壓器是供電系統(tǒng)中不可缺少的一個重要部分。目前使用最多的為自冷千式變壓器和風冷式變壓器，其中自冷千式變壓器更加的高效，而且它所消耗的電能更小、噪音也更小，因此，我們在選擇牽引變壓器時應該盡可能使用更加節(jié)能的自冷千式變壓器。另外，在選擇配電器設備時也要盡可能的選擇節(jié)能型配電變壓設備，從而降低總體的耗電量。

3、選擇合適的牽引系統(tǒng)運行方式

城市軌道交通的供電系統(tǒng)一般采用直流供電形式，而牽引變電所和接觸網(wǎng)都會采用雙機組運行、供電方式，這樣的話能夠進一步降低接觸網(wǎng)的損耗，使它能夠更好地將電能傳輸給交通設備。

通常情況下，我們都會采用二合整流機組并聯(lián)的運行方式，但是為了減少牽引網(wǎng)的損耗，我們需要根據(jù)用功功率以及無功功率的損耗量來決定選擇什么方式的整流機組運行方式，需要的時候可以關(guān)閉一合牽引整流機組，從而通過單機雙邊供電方式來實現(xiàn)軌道交通系統(tǒng)的整個供電[3]。

4、優(yōu)化照明系統(tǒng)

照明系統(tǒng)在整個城市軌道交通系統(tǒng)中也是必不可少的一部分，它的耗電量也不在少數(shù)，因此在設計過程中也應當盡可能的選擇更加節(jié)能的智能照明系統(tǒng)，在燈具方面也應該選擇一些節(jié)能型的產(chǎn)品，這不僅緩解了我國的能源問題，而且也極大的減少了城市軌道的運營成本，可以說是百利而無一害。

另外，對于那些已經(jīng)投入使用的城市軌道交通設施來說，仍然要想方設法的降低其設備的耗電量，比如，他們可以根據(jù)使用功能、需求來劃分區(qū)域，將集中控制、分散控制以及自動控制三種方式合理的運用起來，從而科學的控制照明設備，節(jié)約電力資源。

5、注意低壓無功補償問題

我們都知道，在動力照明配電系統(tǒng)中感性負載的無功容量比較大，從而產(chǎn)生的無功損耗也會很大。因此，我們在建立城市軌道交通的供電系統(tǒng)時，還要重視起低壓無功補償方面的問題。為了提高供電系統(tǒng)的節(jié)能性能、控制無功損耗，在設計過程中，可以在變電所增加有源濾波裝置，這樣的話就可以解決變電所的無功電容過補問題[4]。

6、二次利用制動系統(tǒng)所產(chǎn)生的動能

對于軌道交通設備在制動過程中所產(chǎn)生的大量動能我們也應當充分利用起來。借助再生制動系統(tǒng)將這些動能轉(zhuǎn)化成電能，然后將這些電能傳輸給其它的交通設備進行二次利用。通過再生制動系統(tǒng)產(chǎn)生的電流會影響到整個供電系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定情況，為了維持電壓的穩(wěn)定性，我們通過增設制動電阻來實現(xiàn)，但是在同一線路上沒有其它車輛行駛時，這部分電能就會被電阻損耗掉，同樣會造成能源浪費。為此，有關(guān)人員通過在線路或者列車兩側(cè)設計能量存儲設備將多余的電流暫時存儲起來，有效地解決了電能流失的問題。

7、其它設施的節(jié)能辦法

對于城市軌道交通的車站售票機也要選擇節(jié)電型的計算機操作系統(tǒng)，另外，車站的導向提示牌、LED大屏顯示系統(tǒng)、閘機設備等等的使用都需要建立在節(jié)能的基礎之上。還有車站的自動扶梯，也應當使用具有變頻功能的扶梯設備，保證在無人乘坐電梯的時候，電梯能夠自動調(diào)整為節(jié)能模式，一旦有人踏上電梯之后，電梯就能夠以正常的運行速度工作，這樣不僅能夠降低自動扶梯自身的損耗，而且能夠減少自動扶梯的電能損耗，降低扶梯設備在軌道交通供電系統(tǒng)總耗能中的占比，進一步實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保目標。

三、結(jié)束語

近幾年來，我國大力倡導節(jié)能減排問題，對于交通設備的能源使用問題以及環(huán)保性能我們必須重視起來，畢竟這關(guān)乎到地球上每一個生命未來的發(fā)展問題，在保證我們能夠正常的開展、使用城市軌道交通設備的前提下，我們應當努力研究出更加節(jié)能環(huán)保的供電系統(tǒng)，是城市軌道交通項目能夠更好、更強的發(fā)展下去。

參考文獻：

[1]胡黎明.城市軌道交通供電系統(tǒng)節(jié)能設計[J].工程技術(shù)研究，2017（1）：207-208.

[2]陳志杰，毛保華，柏赟，等.城市軌道交通追蹤列車定時節(jié)能操縱優(yōu)化[J].鐵道學報，2017，39（8）：10-17.

[3]佚名.關(guān)于城市軌道交通供電系統(tǒng)節(jié)能的研究[J].節(jié)能，2018，37（11）：25-26.

[4]城市軌道交流牽引供電系統(tǒng)供電技術(shù)研究[D].西南交通大學，2018.

（作者單位：杭州杭港地鐵有限公司）