地铁供电系统节能降耗技术应用的探讨

缑雅伟

摘要：地铁供电节能降耗技术应用的意义重大，符合可持续发展战略要求，同时也是城市地铁运行系统长足稳定发展的需要。因此，必须从多方面入手，充分运用现代化先进技术、先进设备，提升地铁设备运行的整体效率，实现节能减排，保障地铁的运行更加安全可靠、绿色环保。基于此，以下对地铁供电系统节能降耗技术应用的探讨进行了探讨，以供参考。

关键词：地铁;低压;供电系统;节能降耗;技术应用

城市轨道交通供电系统的节能降耗一直以来受到业界人士的高度关注，提出了各类节能降耗实施方案，但其思路大都重点放在了设计和建设阶段。在满足运营要求的前提下重点考虑节能指标。由于不同的地区气候条件不同，运营线路客流量不同，商业及办公模式也有所不同，因此，分析运营阶段能源需求，采用相应的管理手段也是实现节能降耗的重要措施。

1地铁供电系统的影响因素

结合目前我国地铁所拥有的供电系统来分析，其供电方式主要分为两种，分别是分散供电方式以及集中供电方式，并将二者相互协调，共同运行的混合供电方式运用到地铁供电系统中。二者结合的混合式供电不仅能够在一定程度上极大的缩减了外界环境对其影响的作用，同时也使得效率最大化，资源使用最优化。但是外环境对于地铁供电系统的影响依旧不容忽视。对于地铁供电系统的影响主要分为内部因素以及外界因素。其中内部因素主要以设备的安全隐患、运行效率为主，这些都在日益发展的科技的完善下，逐渐降低其损坏率以及使用风险率。除了内部因素，便是外界因素的影响，外界因素主要分为外界的环境因素以及外部使用电源因素，对于环境，无法进行强行彻底的更改，只能在最大程度上对其加强防范措施，对其要保证提前的预估评判以及实时的解决处理。

2地铁供电系统电能消耗分析

2.1地铁通风制冷、给排水系统能量消耗

通风制冷、给排水系统能耗仅次于牵引供电系统的能耗，这2个系统含有冷水机组、冷却泵、冷冻泵、各大风机、消防水泵、污水泵，需要消耗较多能量，而且地铁在运营期间，空调通风制冷系统长时间处于固定运行模式，能量消耗巨大，且单一运行模式还会缩短空调的使用寿命，導致地铁空调通风系统的能量消耗增加。

2.2地铁照明系统能量消耗

地铁照明系统对于地铁运营非常重要，其能量消耗较大，照明装置类型繁多。由于地铁车站基本设置在地下，照明设备不仅在站台和站厅需要设置，在设备房、办公区、隧道区间、电缆通道等区域均需设置，且基本保持全天24h不间断照明，因此整条地铁线路的照明电能消耗量也较大。

3地铁供电系统节能降耗管理及应用

3.1智能化能源管理系统网络架构

根据地铁供电系统的实际情况，将能源管理系统设计为由计量终端、能源管理系统子站、能源管理系统主站3大部分构成。计量终端主要由智能电度计量表、通信设备和用电设备构成，智能电度计量表按照不同供电设备的电压等级、每个车站的不同区域、不同用电设备和不同用户进行安装，实行分类、分项和分户计量，重点计量末端设备的能耗，并通过通信设备将相关数据传输给能源管理子站。能源管理系统子站设于各车站内，主要由网络设备构成，负责将计量终端智能计量表采集的开关柜、配电箱、环控电控柜、配电控制箱等设备电能参数集中处理后上传给能源管理系统主站。能源管理系统主站为中央级，设于车辆段，主要包括数据存储与分析服务器、数据查询服务器、线路级数据采集服务器、工作站、打印机和网络设备。主站通过网络与各子站系统进行通信，采集全线路的能耗参数及主要设备的状态信息，完成数据采集、存储管理、统计分析，建立设备运行状态的统计和分析系统，建立设备评价、服务评价及用能效果评价指标体系，指导能耗管理工作的开展。

3.2 AI技术在通风空调领域应用分析

由于地铁系统非常复杂，各个环节之间相互联系，现在大多数地铁公司使用的系统几乎不能对预期情况做合理的分析，很难给乘客带来良好舒适的乘车感受。我们考虑线路的实际问题后发现，可以充分利用现有的传感器，以他们的数据为基础结合机器学习方法逐渐理解有利于调控空调系统的参数和能效比关系，建立数学模型。作用这个系统可以参与到复杂参数的调试，实现现有系统的优化运转。机器学习法能通过目前掌握的传感器详细数据模拟出整个体统的能源利用比，还会有相关的改进方案传输给运营单位，它能模拟得到的数据有能效值、具体参数配置、优化方案等，会经过系统传输给维护人员。

3.3提高再生制动能量吸收装置的应用

车辆制动分为电制动和空气制动，电制动又分为再生电制动和电阻制动，当再生制动失效时自动转为电阻制动。车辆再生制动产生的反馈能量一般约为牵引能量的30%，而这些再生能量被列车自用电消耗一部分，并按比例（一般为20%～80%，取决于列车运行密度和区间距离）被其他相邻取流列车吸收和利用，剩余部分将主要被车辆的吸收电阻以发热的方式消耗。当线路行车间隔较大时，再生制动能量由车辆吸收的几率较小，由于车辆的制动主要发生在运行过程中，如果再生能量由车辆吸收电阻吸收，必将带来隧道和地下车站的温升问题，同时也增加了地下车站内空调系统的负荷，造成大量的能源消耗，增加运营成本。因此济南地铁牵引供电系统配置了再生能量吸收装置以实现制动能量的回收和再利用，并在运营期间加强运营辅助设备的管理，提高再生能量回馈装置的利用率，降低电能消耗。

3.4优化空调水系统

空调水系统是整个系统中的冷量提供源头，它负责的部分室内冷负荷和外界空气之间的相互交换。它调控的是制冷量、送冷量、散热量三者之间的能量收支平衡，它的操作难度非常大，它需要调控自身系统内部和空调末端冷量的相互匹配。在线路的前期设计中会预判后期的载客量上升，所以会预留一部分负荷。这就造成前期运营中供大于求，有一定的浪费。常规的水系统由三个控制环节组成，分别是冷水机组，冷冻水侧和冷却水侧。冷冻水侧采用供回水恒温差PID调节冷冻泵频率来调控管道里面的水量;冷机在负荷变化下进行加减调控;冷却水侧通常根据冷却塔变化或者冷却泵的变化对水温进行调节控制。这三个部分不能保证整个系统的冷量平衡，所以整个系统在自变量变化后反应速度较慢，大大降低了性能。比如我们调低了冷却泵的工作频率，它的耗能随之减少，会造成冷却水温的不断升高，冷水机组低效运转。

4结束语

地铁工程中的供电系统的安全稳定运行，是保障地铁正常运行的基础，供电系统能为地铁各设备提供源动力。传统的系统无法精准的预测各种因素影响下系统的变化，随着智能化的推进，人工智能在这方面运用。最新研究出的节能系统将会大大提高能源的利用比，最大程度上做到节能环保。

参考文献：

[1]朱龙佳.地铁供电系统节能降耗技术应用的探讨[J].电气化铁道，2019，30（03）：75-78.

[2]李磊.基于直流牵引供电计算的地铁列车节能运行优化研究[D].北京交通大学，2018.

（作者单位：济南轨道交通集团第一运营有限公司）