浅谈低压配电在地铁中的节能效应与应用

陈正文

摘 要:目前地铁设计中的节能减耗越来越受到设计人员的重视。本文结合目前地铁的运营状况,对电气产品的优化节能进行了介绍,并且对电气设计中的节能方案进行了讨论和对比。

关键词：地铁 节能 负荷 优化设计

中图分类号:U224.3+1 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)10(c)-0097-02

随着科技发展的日新月异,越来越多的城市开始发展地铁作为其主要交通工具。地铁虽然在一定程度上可以缓解交通压力,但其消耗的能源也是相当可观的。由于客运量的逐渐增加导致地铁内部空调和自动扶梯等设备的增加;由于运营的线路的不断扩展导致照明和检修等设备的增加,这样对地铁的能耗需求不断上升,节能减耗就变得尤为重要。本文主要讨论地铁中低压配电节能的效应与应用。

1 同类电气产品优化设计

1.1 LED照明的应用

LED是Light Emitting Diode(发光二极管)的缩写,是一种能够将电能转化为可见光的固态半导体器件,它具有节能、环保、光效高、寿命长、热度较低等特点,目前,大部分城市地铁使用的灯具为普通白炽灯或荧光灯,其在节约电力、使用寿命和减少污染等方面均不如LED灯具,随着LED灯具的不断发展,越来越多的城市(如北京、广州、上海)开始将灯具替换为LED灯,以北京为例,2010年实施3站1区间LED照明节电试点工程,共计更换LED灯具近2500支,通过1年的系统检测,年节电18.7万度,节电率在30%以上,节电效果良好。2012年北京地铁公司通过合同能源管理,又进行了7站2区间LED照明改造,共计更换不同规格型号灯具8000余支,预计每年可节电110万度,节电率达到40%。所以,LED照明的改造已成为必然趋势。

1.2 双速风机的使用

地铁中,区间隧道活塞风与机械通风系统(TVF系统)对区间火灾疏散和日常通风都起到重要的作用,早期的TVF风机从启动到正常运转后一直保持一定的转速,不能因为特定的需求改变转速,很大程度上浪费了电力能源,随着科技的不断进步,出现了双速风机。

双速风机是有两个风机转速挡位,配置有双速电机。在两种不同的转速下,会产生不同的流量和压力,一般用于消防排烟系统,平时低速旋转产生的小流量低压力用于正常通风,火灾时转到高速大流量高压力强行排烟。对于一般的排烟排风需求,双速风机都可以满足。

1.3 变频自动扶梯的应用

随着越来越多的地铁站内增加自动扶梯,扶梯的节能也变得越发重要,目前,大多数扶梯采用变频技术,实行分时管理、自动变速,在客流高峰时段,为了方便旅客的通行与疏导,扶梯采用高频率运转,在非高峰时段流量降低时,扶梯转为低频率运转,在无人乘坐时,扶梯的供电频率可降为几赫兹,速度变得十分缓慢,这样,可以大大降低能源的损耗,在节约了客流通行时间的同时也可以达到节能的目的。

2 低压配电设计方法优化

2.1 小功率消防负荷的优化设计

地铁设计中,根据对供电可靠性的要求及中断供电对经济上所造成的损失或影响的程度,电力负荷分为三级。地铁设计规范(GB50157-2003)规定“一级负荷应由双电源双回线路供电,当一个电源发生故障时,另一个电源不应同时受到损坏”。按此规定,一级负荷用电都要从低压配电柜的两路回路供电(如图1所示),然而有些一级负荷如气体灭火、站台板下潜水泵、安检仪用电等虽然也是一级负荷,但由于其功率很小,所以由低压配电柜单独供电是不合理的,这样相当于增加了低压配电柜的回路数量,从而增加了柜子的成本,而且这样会使车站内的低压电缆使用量非常大,导致投资的上涨。现在许多城市的地铁设计中,都改用直接从照明配电室内的两个一级负荷动力箱交叉供电(如图2所示),这样不仅减少了由低压柜到双切箱的电缆数量,也减轻了低压柜的负荷,从而达到节能的优化设计。

2.2 同类设备供电的设计优化

空调设备一直是车站内用电负荷较大的,所以节能也是最为重要的。由于南北方差异,南方的地铁没有加装采暖设备,夏天时,冷水机组进行制冷,然后由环控大系统对站内公共区排出冷风,其余季节则由隧道通风系统进行通风换气,车站内部的风机采用变频控制,由BAS系统进行统一调配,在不同时段流量不同时,风量也可作出相应的改变,从而达到节能的目的。然而北方冬天寒冷,需要加装采暖设备,由于采暖设备和空调设备均为三级负荷,且使用的季节不同,所以,我们在设计的时候尽量使其从同一个回路供电,这样不仅可以减少低压配电柜的馈出回路数量,也可以减少动力配电箱和电缆的数量,从而达到节能的优化设计。

以沈阳地铁9号线为例,在车站的空调机房设置了风冷机组作为空调设备,供夏天使用,而在冬天则在公共区设置了热风幕作为供暖设备,两种设备因季节不同使用的时间也不同,所以可以使用同一供电回路,在负荷计算和电缆选型时也只考虑功率大的设备进行计算(如图3所示)。

此设计方案可延长季节性负荷配电电缆的带电时间,并且可以节省单独给热风幕供电的设备和材料,此外,设备房间的室内机插座也可以和电暖气插座使用同一配电系统。

2.3 照明控制系统的优化设计

地铁车站照明功率大、供电时间长,按照通常的照明模式,典型的地下2层车站年耗电量可达数十万kW·h以上。因此,照明配电对于地铁节能的意义更为重要,作为设计人员,需要在传统的照明控制和模式上做出优化,这样,不仅可以节约电力能源,更可以方便运营人员对车站照明的管理和维护。

传统的照明控制方式为BAS监控,首先照明系统通过监控点表把照明模式发送给BAS,然后在需要控制的照明回路进线端串联交流接触器,通过在车站控制室内的IBP盘发布指令,交流接触器的触点动作后可以实现照明的定时启停、区域控制和中央控制等。然而这种控制方式在运营过程中曝露出了一些弊端。

（1)BAS在IBP盘上进行集中控制,现场由于没开关,所以不能进行紧急开启和关闭,对出现紧急情况时不方便控制。

（2)所有控制電缆和接触器都比较多,接线较复杂,需要控制的回路多,各种照明的模式切换十分复杂。

（3)照明系统的启停和模式是基于BAS的控制基础上的,所以一旦BAS系统出现问题,则照明系统会受到相应的影响。

智能照明系统是一种由数据总线构成网络的照明控制系统。网络上每一个照明配电回路都有一个地址,通过总线将所有部件连接而组成一个控制网络。它具有独立的控制协议,系统也相对简单,目前地铁中运用智能照明控制系统就是为了达到节能减排和高效自动化管理的目的。

对比以下两种系统,相应的优缺点如（表1）所示。

3 结语

通过以上的设备优化和设计优化,或多或少对地铁的节能做出了一定的贡献。目前,地铁的建设还不够完善,在设计、施工、运营等方面还存在着许多能源的浪费,但随着科技的不断进步,设计的逐步提高,相信在未来的地铁建设和既有的地铁改造中会出现更多的节能措施,以达到节能优化的目标。

参考文献

[1] 中国航空工业规划设计研究院组编. 工业与民用配电设计手册[M].3版.北京:中国电力出版社,2005.

[2] GB50157-2003.北京城建设计研究总院.地铁设计规范[S].北京:中国计划出版社,2003.

[3] 马小军.智能照明控制系统[M].南京：东南大学出版社,2009.