地铁低压配电系统中节能设计分析

常趁

摘要：目前,我国正积极倡导节约能源,可持续发展。加强节能减排，发展低碳经济成为今年热点话题，地铁建设也特别增加了节能评审环节。文章从电房设置及电缆选用、照明、变频起动机用电管理等方面详细分析了地铁低压配电系统设计中的节能措施。

关键词：节能；变频起动；智能照明；地铁；低压配电

Abstract: at present, China is actively advocate to save energy, sustainable development. Strengthen energy conservation and emission reduction, the development of low carbon economy becomes hot topic this year, metro construction is also special increased energy saving review link. This article from the electric room setting and cable selection, lighting, frequency conversion electric starter management, the detailed analysis of the subway low voltage distribution system design of the energy saving measures.

Keywords: energy efficient; Frequency conversion starting; Intelligent lighting; The subway; Low voltage distribution

中图分类号: U224.3+1 文献标识码：A文章编号：

0 引言

在现代经济和社会文明高速发展的今天，环保节能已经不再是以前那种遥不可及的事，它已经实实际际的走入了我们的生活，并与我们紧密相关，不可分割。如何合理搭配节能措施最大程度地降低地铁低压负荷用电量是每一位电气设计师须认真考虑的问题。本文根据地铁车站低压配电特点进行节能措施分析。

1 电房设置及电缆截面积选择节能

在不考虑无功损耗情况下，三相线路电缆有功损耗：

式中△P——有功功率损耗(kW)

——供电线路计算电流(A)

R——线路每相电阻(Ω)R=电缆长度×导电系数／截面积

可知，有功损耗与配电电缆长度成正比，与电缆截面积成反比。故在变配电房设置方面，尽量设置在动力照明负荷中心，减少配电线缆长度。地铁降压变电所设置在车控室、通信、信号电源室等弱电设备集中端；环控电控室设在环控机房、冷水机房附近。区间风机房根据离车站远近设低压配电室或跟随式降压变电所。电缆截面积选择方

面，在满足载流量、热稳定、保护配合及电压降要求的前提下，适当增大导线截面积，虽然电缆购置成本增加，但与电缆寿命期内能耗节省的费用相比仍较为经济。

换乘站的设备用房，可结合通风空调专业一起考虑节能。一般的地下车站，通风空调专业用电约占全部用电量的70%。采用设置共用的集中冷站，就近设置环控电控室的方案，可大大减少配电线缆长度。

针对一些地铁车站开发配套设施部分，国家政策“推动并完善峰谷电价制度，鼓励低谷蓄能”。配套设施可根据峰谷电价的差异，设置水蓄冷，这也是一种节能的方式。

2 照明节能

(1)照明光源及附件选择。地铁车站照明光源大部分采用三基色细管径(T8或T5)直管荧光灯，局部考虑装修效果采用筒灯或其他光源形式。与传统的粗管径T12相比，光效由72lm／W提高到93lm／W，在照度水平一样的情况下可降低光源的能耗。GB 50034--2004《建筑照明设计标准》规定，直管荧光灯应配用电子镇流器或节能型电感镇流器。以鸭直管形荧光灯最常用的36W／40W为例，普通电感镇流器功耗约9 W，而节能型电感镇流器为4.0～5.5 W，电子镇流器约为3.5 W。地铁照明采用电子镇流器，其启动电流由小到大，降低了照明灯具自身损耗的同时，提高了光源的光效输出，延长了光源的使用寿命，在明显提高照明质量的前提下，节能效果明显。

(2)公共区照明主要有正常照明、应急照明、导向照明、广告照明和屏蔽门光带照明。其中，正常照明又分节电照明和工作照明，通过在上述照明回路中增加接触器并将触点信号上传给环境与设备监控系统(Building Automation System，BAS)控制，采用表l所示模式控制，照明控制智能化，节能效果明显。另出入口飞顶照明设时间控制器和光亮度控制，平时充分利用自然光。

表l地铁车站照明模式控制表

注：1．正常模式用于正常运营时客流高峰期或节假日；2．节电模式用于正常运营时非客流高峰期；3．停运模式用于停止运营时间段

(3)设备房应急照明由长明灯工作方式改为设翘板开关控制，火灾时可由BAS实现强制开启。设备房应急照明一般按照正常照明的10%配置，并且只在火灾情况下才强启，火灾发生几率低，此措施可降低设备房照明功耗10％。

(4)广告照明、导向照明和疏散指示标志灯等采用LED照明。LED具有节能、环保、寿命长和体积小等特点。白炽灯、卤钨灯光效12～24lm／W、荧光灯50—70lmW、钠灯90～140lm／W。其中大部分的耗电变成热量损耗，而LED光效可发到50～200lm／W。目前，地铁中，LED照明在广告照明、导向照明和疏散指示标志灯已经有了大量的应用。例如：疏散指示灯在地铁中是采用常明灯形式，采用荧光灯为光源的疏散标志灯光源功率为8W，而采用LED为光源的疏散标志灯光源功率≤3W，可降低疏散指示该部分能耗约50％一60％。

(5)区间隧道照明分正常照明及应急照明，按1：l设置。目前，部分城市地铁区间隧道照明全为应急照明，运营和非运营期间都是长明灯方式，但根据GBT16275--2008《城市轨道交通照明》规定：“地下隧道轨平面的照度≥5.0lx，区间线路疏散照明照度≥3.0lx；非运营时间可只保留应急照明与值班照明。”故区间隧道照明可设置正常照明和应急照明按1：1配置，非运营时间(凌晨0点一早上6点)可关掉正常照明，这样可节约区间照明的12.5％。

3 采用低压动态无功补偿装置

由于地铁车站存在变频启动的扶梯、照明设备中的电子镇流器和基于电力电子设备的智能控制系统，低压配电系统中的谐波畸变较严重，在不考虑任何补偿的情况下，目前，地铁动力变压器低压侧的功率因数约为0.8。某地铁车站低压母线连续6d运行数据如表2所示，通过比较，低压无功补偿(LSVG)装置投入时，降低了系统的有功、无功损耗，提高了功率因数，适当降低了谐波电流含量。

表2地铁某车站LSVG试运行数据

4 变频起动节能

自动扶梯空载时，如果仍按额定速度运行，具有耗能大、机械磨损大和使用寿命降低等缺点。在扶梯上增设变频装置，根据客流情况自动调节扶梯的运行速度。扶梯空载时，低速运行；扶梯光电开关检测到有乘客时开始加速，并达到额定速度运行；当系统在一定时间内未检测到乘客时系统开始减速，并停留在低速运行状态，直到再次有乘客需求为止。扶梯空载时以节能速度模式运行，电流仅为空载时额定速度运行的1／3。变频技术的采用大大降低了扶梯起动时对电网的冲击，可有效改善电网的功率因数，降低功耗。大容量风机采用变频起动可减小起动时对电网的冲击，风机的能耗跟转速的1．7次方成正比，可根据不同的外界环境调整电机速度，输出合适的风量，因此，电机的转速下降之后，能耗也会急剧下降，节能效果明显。

5 用电管理节能

针对低压配电系统中采用的各种节能措施，有必要配置一套智能计量管理系统，对主要用电负荷：照明、广告照明、自动扶梯、电梯、环控负荷、商铺、银行、商业通信等设多功能仪表单独计量并分类汇总后上传到车站变电所综合自动化系统(SCADA)。智能计量管理系统的增加有利于收集各系统的电度参数，可用来检验采取各种节能措施后量的变化，并可根据量的变化情况来选择更节能的运行模式。地铁某线路智能计量系统的典型示意图如图l所示。

图1 地铁某线路智能计量系统典型示意图

6 结语

综上所述，地铁低压配电的节能措施主要有：

(1)从电缆长度及截面积选择上降低电缆有功损耗；

(2)照明采用高光效光源低功耗电子镇流器，并根据运营需要配置灵活照明控制方式最大程度地降低照明能耗；

(3)采用变频设备节能；

(4)降低系统无功损耗及谐波电流含量，提高功率因数；

(5)并借助全面的计量管理系统进行节能效果分析。

在今后设计中，设计者不仅要积极采用已有的节能措施，还要大胆为新型节能技术提供使用平台，为国家降低GDP能耗和市民的低碳出行做出自己应有的贡献。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。