趙霖

摘 要：城市化的不斷推進(jìn)和城市人口的劇烈增長(zhǎng)造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染、交通堵塞等問題，發(fā)展公共交通，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的城市軌道交通是解決這些問題的有效措施。城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)需要消耗大量的電能，對(duì)軌道交通工程節(jié)能措施的研究勢(shì)在必行。文章針對(duì)城市軌道交通工程的供配電節(jié)能措施進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；供配電；節(jié)能措施

中圖分類號(hào)：U223.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）29-0146-02

Abstract： The continuous promotion of urbanization and the rapid growth of urban population have caused serious environmental pollution， traffic congestion and other problems. To develop public transport and adhere to the sustainable development of urban rail transit is an effective measure to solve these problems. The operation of urban rail transit needs to consume a lot of electric energy， so it is imperative to study the energy-saving measures of rail transit engineering. In this paper， the energy saving measures of power supply and distribution in urban rail transit project are analyzed in detail.

Keywords： urban rail transit； power supply and distribution； energy saving measures

1 概述

據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2017年末，我國(guó)內(nèi)地共計(jì)34個(gè)城市開通城市軌道交通并投入運(yùn)營(yíng)，開通城軌交通線路165條，運(yùn)營(yíng)線路長(zhǎng)度達(dá)到5033公里。其中，地鐵3884公里，占比77.2%；其他制式城軌交通運(yùn)營(yíng)線路長(zhǎng)度約1149公里，占比22.8%。節(jié)能是我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針，對(duì)于具有很大節(jié)能潛力的大能耗軌道交通系統(tǒng)，研究其節(jié)能措施具有深遠(yuǎn)的意義。

2 城市軌道交通供配電節(jié)能措施

城市軌道交通能耗主要包括供電、通信、信號(hào)、給排水及消防、站臺(tái)門、電扶梯、自動(dòng)滅火系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)等系統(tǒng)。而供配電系統(tǒng)能耗約占整個(gè)軌道交通能耗的50%～60%，是研究節(jié)能措施的重中之重。下面對(duì)軌道交通工程供配電節(jié)能措施進(jìn)行詳細(xì)的分析。

2.1 主變電所選址方案

主變電所位置選擇滿足安全可靠性要求，靠近負(fù)荷中心，鄰近軌道交通線路布置，滿足中壓網(wǎng)絡(luò)線路壓降、線路損耗等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)要求。主變電所選址靠近城市電源變電站、多條線路換乘車站附近且交通方便的位置，減少高壓電力線路建設(shè)費(fèi)用，方便設(shè)備運(yùn)輸和電力線路進(jìn)出，減少中壓線路建設(shè)費(fèi)用，方便中壓電纜接入。

主變電所選址應(yīng)在滿足地鐵供電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的前提下盡量減少主變電所設(shè)置的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)多條線路的共享，減少對(duì)城市土地資源和能源的消耗。

2.2 采用高供電電壓等級(jí)減少電網(wǎng)線路損耗措施

既有城市軌道交通中壓供電網(wǎng)絡(luò)，國(guó)外一般有35kV、20kV和10kV電壓等級(jí)，國(guó)內(nèi)一般為35kV（廣州地區(qū)為

33kV）和10kV電壓等級(jí)。35kV中壓網(wǎng)絡(luò)輸電半徑和容量大、電能損失小，在國(guó)內(nèi)軌道交通供電系統(tǒng)中已有非常成熟的應(yīng)用。10kV中壓網(wǎng)絡(luò)輸電半徑和容量小，電能損失相對(duì)較大，一般用于運(yùn)量較小的城市有軌電車中。采用35kV供電電壓等級(jí)，與10kV供電電壓等級(jí)相比，線路損耗和變壓器損耗均可以減少，節(jié)能效果明顯。

2.3 牽引變壓器容量選擇

牽引變壓器容量依據(jù)如下原則確定：

（1）在各種運(yùn)行方式下，各牽引變電所高峰小時(shí)最大功率應(yīng)小于整流機(jī)組300%的額定容量，高峰小時(shí)平均功率應(yīng)小于整流機(jī)組150%的額定容量。

（2）整流機(jī)組的單邊供電能力應(yīng)滿足牽引變電所單邊運(yùn)行的需要。

（3）正常運(yùn)行方式，各牽引變電所高峰小時(shí)平均功率應(yīng)小于整流機(jī)組額定容量。

2.4 降壓變電所設(shè)計(jì)

（1）降壓變電所選址

根據(jù)車站類型、規(guī)模及負(fù)荷情況，降壓變電所的位置應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心且便于設(shè)備運(yùn)輸，因此車站的變電所應(yīng)盡量設(shè)在站臺(tái)層。根據(jù)車站規(guī)?？紤]設(shè)置一座或兩座降壓變電所，當(dāng)設(shè)置兩座降壓變電所時(shí)，其中一座為降壓變電所，另一座為跟隨式變電所。車輛段及綜合基地，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置降壓變電所。

在有牽引變電所的車站和場(chǎng)段，應(yīng)將降壓變電所與牽引變電所合建為牽引降壓混合變電所。

（2）配電變壓器容量選擇

隨著科學(xué)技術(shù)及生產(chǎn)水平的不斷發(fā)展，動(dòng)力配電用的干式變壓器空載損耗已經(jīng)很小，變壓器的最佳效率范圍已增大，以某廠生產(chǎn)的環(huán)氧樹脂絕緣1250kVA變壓器為例，空載損耗為2.16kW，負(fù)載損耗為10.01kW，如功率因數(shù)按0.9考慮，根據(jù)此參數(shù)計(jì)算，負(fù)荷率在40%～100%間時(shí)，效率均在89%以上。在動(dòng)力變壓器的容量選擇時(shí)，在考慮最佳負(fù)荷率的同時(shí)，建議以變壓器容量滿足各種運(yùn)行方式下的用電量要求為原則，即變壓器容量滿足以下條件。

在正常運(yùn)行狀態(tài)下向本供電范圍內(nèi)的全部用電負(fù)荷供電；單臺(tái)變壓器解列時(shí)，另一臺(tái)變壓器滿足本供電范圍內(nèi)全部同時(shí)工作的一、二級(jí)負(fù)荷的用電要求。用單臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷計(jì)算值確定變壓器的容量，以兩臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷計(jì)算值進(jìn)行校核。

（3）使用全壽命周期成本法選擇變壓器

目前，大多數(shù)國(guó)內(nèi)變壓器用戶在選擇變壓器時(shí)，只注重初期投資，而對(duì)變壓器使用壽命期內(nèi)空載損耗、負(fù)載損耗不在乎，即對(duì)設(shè)備全壽命周期成本關(guān)心不夠。這造成了變壓器使用過程中損耗較大，進(jìn)而帶來運(yùn)營(yíng)成本的增加。變壓器選擇損耗小、初始價(jià)格高的變壓器雖然一次投資高，但從全壽命周期角度，總的投資較低，因此宜采用低損耗變壓器以降低損耗。

非晶合金變壓器由于其空載損耗特別低，具有很好的節(jié)能效果，但由于其成本較高，可以選擇適當(dāng)場(chǎng)合進(jìn)行應(yīng)用。在變壓器選擇時(shí)，推薦采用SC（B）13系列以上低損耗節(jié)能變壓器。

2.5 無(wú)功補(bǔ)償及濾波治理

地鐵車站降壓變電所低壓側(cè)設(shè)備功率因數(shù)一般可達(dá)0.8以上，有的甚至可達(dá)到0.95以上。根據(jù)國(guó)內(nèi)地鐵運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，降壓變電所低壓側(cè)一般無(wú)需投入無(wú)功補(bǔ)償裝置，否則在用電低谷時(shí)（晚上停運(yùn)），大量電纜容性負(fù)載造成主變電所110kV側(cè)的無(wú)功過補(bǔ)償，出現(xiàn)向電網(wǎng)反送無(wú)功電力的情況。

在城市軌道交通中設(shè)置動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及濾波裝置，動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)無(wú)功功率，并統(tǒng)一治理系統(tǒng)總諧波，該方案不僅滿足了供電部門對(duì)功率因數(shù)及諧波含量的要求，提高了系統(tǒng)電能質(zhì)量，還能減小系統(tǒng)損耗，并在節(jié)能和環(huán)保方面發(fā)揮作用。

2.6 設(shè)置再生制動(dòng)能量回饋裝置

結(jié)合車輛專業(yè)的節(jié)能措施，車輛采用在全速度范圍內(nèi)電制動(dòng)力滿足常用制動(dòng)力的方案，即采用再生制動(dòng)優(yōu)先的方案。建議將供電系統(tǒng)與車輛的制動(dòng)方案相結(jié)合，設(shè)置再生制動(dòng)能量回饋裝置，以吸收和再利用線路中相鄰車輛不能吸收的再生制動(dòng)能量，提高供電系統(tǒng)的節(jié)能效果。

2.7 照明節(jié)能設(shè)計(jì)

照明系統(tǒng)中優(yōu)化照度設(shè)計(jì)，優(yōu)化廣告照明的布置，在滿足國(guó)家照度要求的同時(shí)，盡量減少燈源量。在地面建筑中，充分利用自然光，對(duì)門窗合理設(shè)計(jì)，將自然光引入室內(nèi)進(jìn)行照明。推薦采用高效節(jié)能燈具，主流的節(jié)能燈具主要為T5燈管以及LED燈，采用節(jié)能燈具能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能約10%～20%。

車站照明考慮采用智能照明控制系統(tǒng)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況，包括客流量，外部自然光情況等調(diào)節(jié)車站的照明亮度，達(dá)到精細(xì)化控制目的，具有靈活性、可靠性等優(yōu)點(diǎn)。該措施可以降低照明能耗，并使用預(yù)設(shè)置控制方式和控制組件，在不同時(shí)間精確設(shè)置和管理不同環(huán)境的光照度，實(shí)現(xiàn)很好的節(jié)能效果。

車站設(shè)備房設(shè)置應(yīng)急照明，以往地鐵工程中往往采用長(zhǎng)明燈的運(yùn)行模式，而大部分設(shè)備房間為無(wú)人值班，只有在巡視時(shí)才有人進(jìn)入。因此，推薦設(shè)備房應(yīng)急照明設(shè)置開關(guān)的方案，當(dāng)運(yùn)營(yíng)人員巡視時(shí)，進(jìn)入房間打開燈具開關(guān)，離開房間時(shí)切斷絕大部分照明燈具。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，應(yīng)急照明燈自動(dòng)開啟，保證人員疏散和應(yīng)急狀態(tài)下的工作需要。

3 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前我國(guó)城市地鐵里程不斷攀升，地鐵城市數(shù)量也在不斷增加。在保證地鐵安全有序運(yùn)營(yíng)的前提下，在地鐵建設(shè)前對(duì)地鐵的能耗進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)是最關(guān)鍵和直接的。本文針對(duì)軌道交通工程供配電節(jié)能措施進(jìn)行詳細(xì)的分析，為城市軌道交通供配電的設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

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