Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 地铁低压配电系统节能设计之我见 饶莉 （苏州轨道交通集团有限公司运营分公司。江苏苏州２１５０００） 【摘要】目前，随着城市化的快速发展，作为城市公共交通重 要的组成部分，城市轨道交通建设也在快速发展。本文从地铁低压 配电系统节能设计出发简述个人观点。 ｈ＿一 ＼、一……一ＩⅢ ”一— …一……～确 鲫 ■ 一…一…一Ｌ 、 、【关键词】节能；地铁；设计 前言 、 ／。 …一——～一 √ 。一 １ ＝互二＿二二：＝＝二 目前，随着我国城市轨道交通建设进入了高速发展时期，北京、 上海、广州等十个城市已经开运营的线路达到７００多公里，加上西 安、成都、杭州等正在建设城轨交通的城市，线总长度达１１００多公 里。同时，还有很多城市正在进行轨道交通建设的前期准备工作， 按每年建设１０Ｏ～１２０公里线路的速度，到２０２０年我国建设城轨交 通总线路长度将达２０００￣２５００公里。 １变电所配置及电缆截面选择节能 在不考虑无功损耗情况下，三相线路电缆有功损耗： ＡＰ＝３Ｉ Ｒ×１０。 图１地铁设备区应急照明强启原理图 （４）广告照明、导向照明、疏散指示标志灯、隧道照明灯、安 全照明灯和室外路灯等采用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ｌ２～２４ｌｍ／ｗ、荧光灯５０～ ９０１ｍ／Ｗ、钠灯９Ｏ～１４０１ｍ／Ｗ，其中大部分的耗电变成热量损耗，而ＬＥＤ 光效可达到８０～２００ｌｍ／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，隧道照明灯也有 几条线是采用ＬＥＤ照明灯。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一般在３ｗ以下，可降低疏散指示该部 分能耗约５０％￣６０％：隧道照明灯若采用荧光灯，一般为４０Ｗ，而采 用ＬＥＤ照明灯，２０Ｗ即可，节能约５０％。 （５）区间隧道照明分正常照明及应急照明，按ｌ：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ＧＢＴ １６２７５－－２００８《城市轨道交通照明》 规定：“地下隧道轨平面的照度≥５．Ｏｌｘ，区间线路疏散照明照度≥ ３．Ｏｌｘ：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ｌ：１配置，非运营时间可关掉正常 照明，这样可节约区间照明的ｌ２．５％。 式中△Ｐ一有功功率损耗（ｋＷ） Ｉ 。一供电线路计算电流（Ａ） Ｒ一线路每相电阻（Ｑ），Ｒ＝电缆长度×导电系数／截面积 由以上公式可知，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，即车站大端，车站两端的环控电控室 设在环控机房、冷水机房附近。对于带交叉配线、长度比较长的车 站，设置跟随式降压变电所。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。 ２照明节能 地铁照明系统，是一个能耗大户，一个中等规模的地下车站， 照明系统的功率约为２００￣３００ｋＷ，日耗电量超过４００Ｏｋｗｈ。 地铁照明系统直接关系到广大乘客乘车舒适性及办公人员的管 理方便性。如何通过各种新技术来改善照明控制方法，以达到节能 增效及人性化管理的目的，是人们长期思考的问题。 对地铁的照明控制应达到以下要求：（１）给广大乘客提供恰到 好处的照明环境，使照明具有人性化，成为享受。（２）通过合理的 管理，在需要的时间、区域把灯点亮，优化能源利用率。（３）照明 控制系统还必须具备便于操作和管理、灵活多变、维护成本低廉。 因此，地铁照明系统的节能主要有以下几个方面。（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ＴＩ２相比，光效由７０１ｍ／Ｗ提高到９０１ｍ／Ｗ甚至更高，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Ｔ８直管形荧光灯最常用的３６Ｗ／４０Ｗ为例，普通电感镇流器功耗约 ９ｗ，而节能型电感镇流器为４．Ｏ～５．５ ｗ，电子镇流器约为３．５Ｗ。 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， 掣 悯照嘲Ｘ ２４ ｈ ｘｌｆｘ）％ ｌ２ ５％ … ３变频节能 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。 （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ＦＡＳ系统实现强制开启。设备房应急照明一般按照正常 照明的ｉ０％￣５０％配置，平时作为正常照明的一部分，房间没人的时 候，灯具全部熄灭，在发生火灾情况下进行强启，火灾发生几率低， 此措施可降低设备房照明功耗ｌ０％以上。地铁设备区应急照明强启 原理图如图ｌ所示。 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 启动时对电网的冲击，可有效改善电网的功率因数，降低功耗。 ４采用有源滤波装置 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。上海地铁、天津地铁等的实验数据表明， 有源滤波装置投入运行时，降低了系统的有功、无功损耗，提高了 功率因数，同时也降低了谐波电流含量。 ５ＵＰＳ集中整合 在地铁中，通信、综合监控、自动售检票、ＦＡＳ、ＢＡＳ、ＡＣＳ等 弱电系统均为一级负荷，为保证供电的可靠性，这些一级负荷均需 设置ＵＰＳ。若每个专业都分别设置ＵＰＳ，不仅占用的空间较大，ＵＰＳ 的总容量和发热量均较大，同时运营维护也比较困难 车站设置ＵＰＳ 电源室，用集中ＵＰＳ给各系统配电，可以减少ＵＰＳ的总容量，进而 节约能源和空间。 （下转第２３ｉ页） ２３８ Ｉ华东科技 水利水电 分布普遍但不均一。部分泉井及钻孔出水量较大，说明存在相对的 （２）砂岩裂隙较发育，岩层倾角适度，一般在向斜翘起端、缓 富水地段。地下水的富集主要受岩性、构造、地貌的控制或影响， 翼富水性好，轴部次之，陡翼较差。 不同类型的地下水对各因素的侧重是不一样的；风化裂隙水以地形 （３）单面山坡脚，大面积展布的台状山及宽谷丘陵中存在富集 条件为主，构造裂隙水、裂隙层间水主要受裂隙发育状况、岩层产 裂隙层间水，构造裂隙水的相对富水地段。 状的控制。 （４）从含水岩组来看，上沙溪庙组（Ｊ２ｓ）中具有层次较多的 红层岩性总的为泥岩与砂岩两类，无论砂岩或泥岩在成岩过程 分布较稳定的砂岩层，且所处构造部位适中，赋存较富一些的裂隙 中孔隙大大减弱甚至消失，不具赋水意义，而以构造变动中所产生 层间水；其次是砂岩所在比例较大的遂宁组（Ｊ３ｓｎ）中的含钙质砂 的节理裂隙在储积，运移地下水中占主导地位，而节理裂隙主要发 岩层含水性亦较好。 育在砂岩中，从地下水的天然露头，钻孔的出水情况及有关物探测 ４结语 井资料都表明地下水主要存在于砂岩裂隙之中，所以砂岩石地下水 在长寿区辖区范围内，红层分布甚广，在这片“红色”的土地 富集的基础。由于红层岩相变化大，砂岩多不稳定，是造成富水不 上生活着成千上万的居民，且在该类地层中地下水贫乏、但分布普 均的一个主要原因，特别是垂向上的变化有可能给钻孔的布置造成 遍，总资源量较大。然而全面分析、掌握红层地下水的水文地质条 失利。因此，在寻找富水地段时应立足于岩性这个基础，以是否存 件、地下水富集因素及富水规律等，更能有效的在红层中找出更丰 在有分布稳定的砂岩层为前提。 富的地下水资源，以便于有效解决生活在这片土地上的居民生产、 构造对地下水富集的控制主要表现在裂隙发育情况和岩层倾角 生活用水，改善居民生活的质量，同时也有利于红层找水这项“民 两方面因素，一般来说，裂隙发育，倾角适度容易引起地下水富集。 心”工程得以延续的顺利实施。 在多组裂隙系统中，以陡倾角的张裂隙起主导作用。含水层倾角的 参考文献： 陡缓对裂隙层间水起明显的控制作用。从已有资料来看，以１０￣３５ …程强．中国红层的分布及地质环境特征Ⅱ】．工程地质学报，２００４（１） 。度为宜，过陡或太缓均属不利。 【２】李廷勇．中国的红层及发育的地貌类型Ⅱ】．四川师范大学学 地形切割程度和地貌形态特征制约地下水的补给与排泄，地形 报。２００２（４）． 连续性好，山体规模较大，有汇集降水与地表迳流的良好条件，利 【３】张立杰．地下水资源管理研究卟低温建筑技术，２０ｏ３（１）． 于地下水富集，不同的地貌形态富集程度有所差别。 ｆ４】方佩贤．专门水文地质学教材【Ｍ］．北京：地质出版社，１９９６． 综上所述，对本区红层地下水的分布及富集特征有如下的初步 【５］王兆馨．关于水资源综合评价问题Ⅱ】＿水文地质工程地质，１９８６（３）． 认识： ［６】尹显科，黄洁，刘智．四川省红层丘陵区地下水遥感综合调查方法和 （１）含水砂岩层具有一定厚度，分布较稳定，地表露头宽阔， 成果『『１．四川地质学报，２ｏｏ５（１）． 有较大范围的补给面，对地下水富集有利。 （上接第５页） 参考文献： ２．３井喷风险预警分级模型的应用 ［１】吉安民，何沙．基于系统动力学的井喷事故仿真研究卟中国安全科 井喷风险预警分级模型的建立，对预防井喷事故具有重要的意 学学报，２０１１（１Ｏ）． 义。该模型适用于修井、作业、压裂等作业施工前，是一种预先评 【２］吴时国，赵汗青，伍向阳，宋海斌，董冬冬．深水钻井安全的地质风险 价模型。作业人员依据预警分级模型对风险等级预先评估，实现事 评价技术研究卟海洋科学，２００７（Ｏ４）． 先控制的目的。根据模型所给出的结果，对于高风险因素，要及时 ［３】赵东，王震，赵林，刘明明．国际油气勘探开发项目风险分级与排序模 的给予调整，加强风险防范措施，对不同的风险等级采取不同的防 型的构建及应用Ⅱ】．中国石油大学学报（自然科学版），２ＯｌＯ（Ｏ１）． 范措施。 【４】赵婧余．基于粗糙集理论的钻井风险模糊综合评价研究卟科技与 ３结束语 管理，２０１０（０２）． 井喷事故的发生是由多方面因素造成的，在实际作业中，要严 ｆ５吴时国，５１赵汗青，伍向阳等．深水钻井安全的地质风险评价技术研究 格遵照施工标准，对井下作业进行严格的管控，通过对井喷风险特 卟海洋科学，２００７（０４）． 性的分析，建立风险预警分级模型，从而降低井喷事故发生的概率。 （上接第８页） 情况，在设计时，选用较小的曲柄半径与连杆长度之比，使二阶往复 因为 ．和 是常数，由匕式可知，二阶往复惯性力的合力方向是 惯性力变得很小，研制的产品性能符合设计要求，缩短产品研发周 固定不变的大小则周期性变化，这种情况下，二阶往复惯性力无法 期。 平衡。设计时，尽量选用较小的曲柄半径与连杆长度之比，使二阶往 参考文献： 复惯性力变得很小。 ［１］韩建海，则次俊郎．小型空压机直接驱动型气动位置控制系统卟机 ３结语 械工程学报，２００３，３９（０６）． 通过对惯性力的分析计算，找出适合本机的布置型式，通过计 【２】方玉莹，左言言．空气压缩机振动的分析研究ⅡＪ．农业机械学 算，选择Ｌ型布置是比较合适的，同时针对二阶往复惯性力的合力 报，２００２，３３（０３）． 方向固定不变的大小则周期性变化，二阶往复惯性力无法平衡这种 【３】郁永章．容积式压缩机技术手册【ＭＩ．北京：机械工业出版社，２０００． （上接第２３８页） 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 ６能耗管理节能 能的运行模式。 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 ７结语 能计量管理系统，对主要用电负荷：正常照明、广告照明、自动扶 综上所述，随着交通业发展需求，一定要要根据当时当地的具 梯、电梯、环控负荷、商铺、银行、商业通信等设多功能仪表单独 体情况和条件来确定其适当的规模，同样的，创造出良好的地下环 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 境以及特色的中国地铁车站，也必将成为以后发展所需求的。 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 ２０１３．０４ ｌ ２３１