地鐵供電系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)分析

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摘要：現(xiàn)如今，緩解城市交通壓力的首選為地鐵，高效運(yùn)用低壓用電控制系統(tǒng)，可以緩解城市交通壓力，也可以控制能源消耗。今后研究的方向主要集中在逐步強(qiáng)化地鐵低壓用電系統(tǒng)的科學(xué)化運(yùn)用，以及全方位提高車輛運(yùn)行所衍生出來的社會(huì)效益等方面，從而確保城市地鐵供電系統(tǒng)節(jié)能降耗工作的順利推行。鑒于此，本文主要分析地鐵供電系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：地鐵；供電系統(tǒng)；節(jié)能降耗；技術(shù)

當(dāng)下，地鐵建設(shè)的重要性不言而喻，處在新經(jīng)濟(jì)常態(tài)之下，農(nóng)業(yè)、工業(yè)與商業(yè)均得到了很好的發(fā)展。21世紀(jì)，我國(guó)諸多省會(huì)城市均建起地鐵，且一些二線城市也在紛紛建設(shè)。由此可以得知，地鐵為緩解交通壓力的關(guān)鍵對(duì)策，經(jīng)過多年的發(fā)展，地鐵已經(jīng)發(fā)展成為學(xué)生、上班族首選的交通工具。

1地鐵供電方式分類和選擇

1.1地鐵供電方式綜述

供電應(yīng)安全、可靠、節(jié)能、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)適用。地鐵供電系統(tǒng)是由電力監(jiān)控系統(tǒng)、動(dòng)力照明供電系統(tǒng)、牽引供電系統(tǒng)、主變電所、外部電源等構(gòu)建而成。其中牽引供電系統(tǒng)由牽引變電和牽引網(wǎng)構(gòu)建而成，動(dòng)力照明供電系統(tǒng)則由動(dòng)力照明配電系統(tǒng)和降壓變電所組成。廈門地鐵供電系統(tǒng)的外部電源基本上選用的是集中供電的方式，110/35kV兩級(jí)供電電壓等級(jí)。設(shè)置主變電所，35kV中壓供電網(wǎng)絡(luò)通過雙環(huán)網(wǎng)方法，牽引與降壓混合供電網(wǎng)絡(luò)。牽引供電應(yīng)用的是走行軌回流、DC1500V架空接觸網(wǎng)饋電的方法，全線設(shè)置牽引變電所。變電所35kV母線通過單母線分段接線的方法；牽引變電所直流母線運(yùn)用單母線接線方法。牽引變電所設(shè)置再生電能運(yùn)用裝置，變電所設(shè)置直流母線運(yùn)用單母線接線的方法，牽引變電所設(shè)置再生電能利用裝置，變電所設(shè)置綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。地下段接觸網(wǎng)運(yùn)用剛性懸掛，地上段則選用的是柔性懸掛。全線設(shè)置的是雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，接地則選用的是綜合接地系統(tǒng)方法。全線設(shè)置的是供電運(yùn)行安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)。

1.2集中供電方式及其選擇

集中供電方式是指在地鐵線路沿線設(shè)置變電場(chǎng)所，該類變電場(chǎng)所適宜運(yùn)用在系統(tǒng)供電之中，通過對(duì)接入的高壓電進(jìn)行有效的處理供地鐵系統(tǒng)運(yùn)行使用，將其變壓為35kV，在滿足電壓等級(jí)后可將其直接應(yīng)用于地鐵線路供電。集中供電方式主要是通過變電所的建設(shè)完成地鐵系統(tǒng)供電，這種供電方式不需要設(shè)置附屬變壓器，但是對(duì)主變壓器要求非常嚴(yán)格苛刻。

1.3剛性接觸網(wǎng)

該接觸網(wǎng)是通過接觸線、匯流排等組建而成，其最大優(yōu)勢(shì)展現(xiàn)在占用空間小、不需要張力補(bǔ)償?shù)确矫妫瑫r(shí)也是目前地鐵供電系統(tǒng)之中最為常用的設(shè)施之一。剛性接觸網(wǎng)類型繁瑣，涵蓋π、T（實(shí)則為接觸線和匯流排形成的形狀）、第三軌道接觸軌等諸多形式。目前，地鐵運(yùn)用的接觸網(wǎng)形式就是第三軌道接觸軌。剛性接觸網(wǎng)在地鐵之中大范圍運(yùn)用，除具備上述特征之外，和性能也有著直接聯(lián)系。

1.4柔性接觸網(wǎng)

①基礎(chǔ)支柱該部分主要是起到承受負(fù)荷的作用，且要將接觸懸掛固定在相應(yīng)的高度與位置。②支持裝置其作用實(shí)則為支持接觸懸掛，且將解除懸掛在機(jī)械負(fù)荷傳輸?shù)街еb置，隨即予以固定維持。腕臂、接觸懸掛零件、水平拉桿、絕緣子均被稱之為支持裝置。③定位裝置可以固定接觸線的橫向部位，將接觸線的水平線定位控制在受電弓滑板的運(yùn)行軌跡之中，進(jìn)一步保障接觸線與受電弓之間不會(huì)發(fā)生脫離的情況，避免電弓出現(xiàn)不同程度磨損的情況，另外還可以將接觸線水平負(fù)荷傳輸?shù)街е＂芙佑|懸掛裝置該裝置可以從牽引變電所之中獲取電能傳輸?shù)诫娏C(jī)車之中。接觸懸掛裝置主要涵蓋彈性吊索、接觸線、補(bǔ)償器與相應(yīng)的連接零件。

2地鐵供電系統(tǒng)電能消耗分析

2.1牽引供電系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)中的電能消耗

牽引供電系統(tǒng)是由回流線、鋼軌、牽引網(wǎng)與牽引變電所等組成，電能消耗實(shí)則就是通過電客車牽引所出現(xiàn)的消耗，這屬于城市軌道交通供電系統(tǒng)能耗中的重要部分。在城市軌道交通運(yùn)營(yíng)之中，牽引能源消耗和地鐵運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、速度、線路坡度、載客量以及行車間隔等之間有著直接性的聯(lián)系。

2.2動(dòng)力照明供電系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)中的電能消耗

1）在地鐵的通風(fēng)制冷、給排水系統(tǒng)方面的能源消耗位列牽引供電系統(tǒng)的能耗之下，這兩個(gè)系統(tǒng)主要包含了污水泵、消防水泵、各大風(fēng)機(jī)、冷凍泵、冷卻泵、冷水機(jī)組等，可見所消耗的能量不容小覷。另外在地鐵運(yùn)營(yíng)的過程之中，空調(diào)通風(fēng)制冷系統(tǒng)會(huì)處在一個(gè)固定的運(yùn)行模式，能源消耗會(huì)更大，基本上是單一化的運(yùn)行模式，這勢(shì)必會(huì)縮減使用壽命，使地鐵空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)所消耗的能量變大。2）地鐵門梯系統(tǒng)能量消耗。如今，地鐵的規(guī)模逐步擴(kuò)大，設(shè)備多，各地鐵站所運(yùn)用的地鐵種類大同小異，像是貨梯、客梯、自動(dòng)扶梯與雜物梯等，這部分電梯與扶梯設(shè)備在運(yùn)用的時(shí)候要維持在啟動(dòng)的狀態(tài)；各地鐵車站的站臺(tái)在運(yùn)營(yíng)時(shí)期依照電客車的出站情況來隨時(shí)開關(guān)，這部分大型動(dòng)力設(shè)備運(yùn)用勢(shì)必會(huì)消耗諸多電能。3）地鐵照明系統(tǒng)能量消耗。針對(duì)整個(gè)地鐵運(yùn)營(yíng)來分析，地鐵照明系統(tǒng)尤為關(guān)鍵，所產(chǎn)生的能源消耗也相對(duì)較大，其中的照明裝置種類繁多。由于地鐵車站通常都處于地下，照明設(shè)備不僅設(shè)置在站臺(tái)、站廳之中，也會(huì)設(shè)置在電纜通道、隧道區(qū)間、辦公區(qū)域、設(shè)備房等，且一般都是全天候不間斷照明，相應(yīng)的照明電能所產(chǎn)生的消耗巨大。4）其他系統(tǒng)消耗電能。在地鐵運(yùn)行中的弱電設(shè)備主要為綜合自動(dòng)化、自動(dòng)手售檢票、地鐵信號(hào)等系統(tǒng)，然而為了確保諸多弱電系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定化運(yùn)行，務(wù)必要保障全天候不間斷供電和弱電設(shè)備蓄電池充電，雖單個(gè)設(shè)備的用電量不足，但各系統(tǒng)設(shè)備相對(duì)較多，綜合用電量很大。

3地鐵供電系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)應(yīng)用

3.1實(shí)現(xiàn)地鐵低壓供電系統(tǒng)的智能化

地鐵低壓控制系統(tǒng)是技術(shù)層面改造，可以降低運(yùn)行成本，且強(qiáng)化能源利用率，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。地鐵應(yīng)用的智能低壓配電系統(tǒng)可顯著提升整個(gè)地鐵供電與低壓配電的安全可靠性，以智能化的方式來合理控制地鐵動(dòng)力負(fù)荷用電。對(duì)于智能低壓配電系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，必須遵照GB50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》，在低壓控制之中來應(yīng)用智能開關(guān)、PLC控制器、智能化數(shù)字儀表、太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)等，在進(jìn)線斷路器、母聯(lián)斷路器、三級(jí)負(fù)荷總開關(guān)遙測(cè)與遙控的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步拓展反饋回路的遙測(cè)與遙信功能。

3.2電梯以及自動(dòng)扶梯系統(tǒng)的節(jié)能

地鐵要設(shè)置相應(yīng)的扶梯和客梯，在進(jìn)行設(shè)備選擇的時(shí)候得要盡量選用節(jié)能產(chǎn)品。這樣一來，便可以達(dá)到能耗的最小消耗，由此提高低壓供電系統(tǒng)的節(jié)能成效，扶梯牽引功耗也會(huì)隨之降低，進(jìn)而節(jié)省電力資源，另外也可以減小磨損程度，有效延長(zhǎng)扶梯的使用壽命。在設(shè)置客梯的過程之中，要遵照節(jié)能理念，設(shè)置無(wú)機(jī)房電梯，無(wú)人使用的時(shí)候電梯可以自動(dòng)反饋到基站層，在有人用的時(shí)候，將處在待機(jī)狀態(tài)之下的電梯予以喚醒，該類設(shè)置保障在無(wú)人使用的時(shí)候達(dá)到最低的能耗。

3.3空調(diào)節(jié)能

①注重各方面之間的高效配合例如，在站臺(tái)層排熱風(fēng)位置，縱梁受軌頂排熱風(fēng)影響，需選用單柱形式。②重視運(yùn)營(yíng)方面的節(jié)能地鐵客流在各大時(shí)間段的差異很大，所以得要通過變頻控制對(duì)策來控制風(fēng)系統(tǒng)與水系統(tǒng)，降低運(yùn)營(yíng)方面的能耗。③在最初施工的時(shí)候明確土建施工規(guī)模，可為后續(xù)的安裝管線預(yù)留奠定基礎(chǔ)，比如在初步設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可以對(duì)車站站廳與站臺(tái)凈高實(shí)施統(tǒng)一處理，站廳凈高控制在4.80m之內(nèi)，站臺(tái)凈高控制在4.50m之內(nèi)。

3.4照明系統(tǒng)的節(jié)能措施

在整個(gè)地鐵能耗之中，照明能耗至關(guān)重要，減小照明能耗便緩解了地鐵節(jié)能的最大能耗，可以通過以下幾點(diǎn)來實(shí)施。1）照明附件與照明光源的選擇地鐵站不得再用粗管徑照明光源而是運(yùn)用細(xì)管徑光源，像是T5、T8等，可以在并不會(huì)影響照明度的層面進(jìn)行節(jié)能；各直管熒光燈均要設(shè)置鎮(zhèn)流器。目前在地鐵之中配備的是普通電感鎮(zhèn)流器，為了達(dá)到節(jié)能降耗的目的，選用節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器或是電子鎮(zhèn)流器。2）公共區(qū)域照明基本上可以劃分為正常、廣告、導(dǎo)向、應(yīng)急以及停運(yùn)照明等，依照各自情況的不同來設(shè)計(jì)回路，且在各回路之中設(shè)置接觸器，將環(huán)境情況與監(jiān)控措施、接觸器所形成的接觸信號(hào)連接起來，依照環(huán)境變化情況來控制回路照明。

3.5電扶梯和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能

在地鐵低壓配電系統(tǒng)之中，能耗最大的為電扶梯與風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，且運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)。電扶梯系統(tǒng)可選用變頻技術(shù)，實(shí)施分時(shí)化管理，達(dá)到自動(dòng)化變速的目的，在客流高峰的時(shí)候進(jìn)行高頻率運(yùn)轉(zhuǎn)，非高峰時(shí)段人流量較小的時(shí)候便可以轉(zhuǎn)換為低頻率運(yùn)轉(zhuǎn)，在無(wú)人乘梯的時(shí)候?qū)⒐╇婎l率降到最低，由此降低能源消耗，不但可以節(jié)約客流通行時(shí)長(zhǎng)，還可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。另外在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)之中運(yùn)用變頻技術(shù)，替代了之前較為傳統(tǒng)化的風(fēng)機(jī)風(fēng)量與給水量的控制功能，以變頻調(diào)速調(diào)節(jié)流量，減少電能消耗。結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析得知，在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)之中運(yùn)用變頻技術(shù)，基本上可以節(jié)約20%～50%電能。

4結(jié)語(yǔ)

目前，在地鐵低壓供電系統(tǒng)之中，想要實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)，需通過智能化低壓控制系統(tǒng)，再輔以行之有效的對(duì)策來全方位監(jiān)控地鐵低壓供電系統(tǒng)的運(yùn)行情況，由此來進(jìn)一步提升地鐵低壓設(shè)備的運(yùn)行效率，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，確保地鐵更為安全、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。

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作者：吳凡 單位：廈門軌道交通集團(tuán)有限公司