地铁低压动力照明系统调试优化研究

张金松

（中铁十一局集团电务工程有限公司，湖北 武汉 430061）

0 引言

地铁的低压动力照明系统，主要是在公共区、设备区、轨行区进行低压电力照明配电与控制，具体包含：低压智能配电、动力照明配电、动力照明控制、电力照明控制、防雷、接地与安全等相关领域。但由于地铁是一个大型而又十分繁杂的系统工程，所以必须对其进行细致的规划与设计。针对轨道交通运行模式与习惯，并结合工程设计中所列的材料、器材等特殊的设计指标，进行大量的试验与分析，找出问题，并针对这些问题进行针对性的改善，从而最大限度达到照明系统优化效果。

1 工程概况

本文选用某地铁站为例，它是一座明挖岛型的地下3 层站台，设有3 个出入口、两个通风亭子和一个安全出口，其中一个短轴末端是A，大轴末端是B，装置层B 是一个低压变电站，配电所承担的是整个站台和邻近半段的电力供应。该装置的电力装置层分在A、B 的两端，并设有一台通风口，该控制台为两头的通气空调器提供电源。在站厅层、站台层和设备层的末端各设有一套灯具，并将灯具安装在该区域。根据车站内实际情况，对其照明系统进行了设计与施工研究。首先分析了隧道照明用电需求及电气参数，其次确定照明方式、控制方法及照明灯具类型，最后对电气设计过程中遇到的问题提出解决方案，包括变压器选择、电缆敷设、线路计算等方面，并采用专业软件完成了详细设计，实现了照明节能目的[1]。

2 地铁低压动力照明系统的优化

2.1 接口优化

地铁低电压电力照明系统接口的优化对于整个供电系统而言是非常重要的，因为其不仅关系到了乘客的生命安全问题，同时也会影响人们日常工作生活质量的提升。所以说，需要从整体上出发，采取合理有效的措施将各个模块之间的连接进行协调，这样才能够保证整个地铁电力系统运行起来更加稳定安全。在对地铁站点的低电压电力照明系统进行改造的时候，还必须对全功能进行改进，在每个站台的配电室中，分别安装了一个电源插座，然后通过对每个单元的电源插座和电源开关进行详细的研究后，再对这些开关进行相应的调整。例如，在本项目中，就要对车站EPS 面板下的电源进行详细的分析，然后再根据不同的界面位置采用不同的处理方式，再通过不同的处理方式来进行相应的调整，从而对电力照明系统达到更好的控制效果。而这种设计思路主要是基于目前我国大多数城市轨道交通系统都存在着一些比较大的问题，如供电设备多、线路复杂等因素导致的一系列问题。所以在实际的情况中，为了使轨道交通系统得到良好的发展与完善，一定要针对出现的相关问题采取相应的解决措施。

2.2 线缆优化

线缆设备的优化，一方面为了适应电缆的整体结构而进行的，另一方面为了适应电缆的整体空间布局。就前者而言，必须结合特定的设计方案和特定的系统操作方式来进行整体的设计，特别是电缆长度、绝缘层的分析、电缆的工作品质和长度等因素的综合分析，并且要经过专家的分析，确保电缆的使用不会出现任何的问题。在空间结构方面，要根据各种线缆的功能、线缆的实际匹配、线缆的工作性能来调节各种不同的数据，然后再根据不同线缆的不同加工方式来进行相应的测试。另外，这些电缆在整体造价和处理方式上都得到了很好的应用效果，这也为线缆的后期维护提供了一定的参考依据。地铁低电压电力照明系统线缆的优化还可以通过对其相关参数的确定来实现，如电缆数量、线间距、线径以及绝缘厚度等。其中对于电缆尺寸的选择需要考虑电缆本身所具有的电气特性；电缆导体材料的选择则应该考虑电缆自身所具备的绝缘性能和导热性能，这样才能保证电缆能够安全有效地运行[2]。

2.3 配电箱柜优化

地铁低电压电力照明系统中的配电箱结构简单，安装方便，但存在散热性能差等问题。为解决这些问题，采用模块化设计思想，通过对低压配电箱及低压开关柜进行优化改进，提出了一种新型的轨道交通供电方式——一体化高压直流供电系统（HVDC），并将其应用于城市地铁低电压电力照明用电器。首先，了解了HVDC 的工作原理；其次，针对不同类型和功能的用电设备建立数学模型，根据电网实际运行状态选取合适参数，以实现智能控制和节能增效。对地铁低电压电力照明系统中配电箱柜的改造，提出了一种新型低压侧供电方式。该方式通过在箱体内加装高压隔离开关来实现高压电线和低压电器间的连接与保护功能，并采用三相桥式全控整流电路作为变压器延边输出回路，从而将低压侧电源引入配电箱内。对配电箱柜的优化，主要是根据不同的操作方式和配电箱的不同作用而进行的，并在此基础上提出了一种新的低压供电方案。该方案采用可编程控制器（PLC）作为控制单元，通过对开关量输入/输出信号进行采集处理后，完成对开关设备状态、线路电流等信息的实时监测，以实现对电网参数的实时控制。同时还设计了基于工控机的监控软件，用于远程监视与控制现场用电情况。为了保证控制系统的可靠性，利用PLC 强大的数据处理能力以及人机界面友好的特点，开发出一套针对低压电器保护及故障检测的专用测控装置。

2.4 其他系统优化

在其他系统的优化设计中，应结合轨道交通低压电力系统的运行原理、运行方法及运行处理的工作机制，以达到对各子系统的最优设计。因此，在实际操作中，必须对各种设备的工作情况进行全面的分析，以确定其是否可以满足安全、可靠的工作需求，若不能实现，必须对其进行相应的调节，并对其在现行的操作方式和现行的控制方式下，进行有效、平稳的操作。当无法实现这个目标时，就必须对这个目标进行特殊的设置。在此基础上，通过对地铁列车的整体运营性能的追踪，在目前的运营方式下，当列车的运行状态不能适应列车的后期运营要求时，需要进行进一步的改进。对地铁低电压电力照明系统的优化与研究也是一个重要的课题，因为其能够提高整个地铁供电系统的效率，保证行车安全[3]。

3 地铁低压动力照明系统的优化应用方法

3.1 优化方案分析

在地铁低电压电力照明系统优化方案的设计中，不管是对现有的硬件设备，还是对项目的实际应用，都经过了专家的验证，这也就意味着，在进行相应的优化设计时，需要按照目前的工作方式来合理地利用这些数据。这样做不仅能够提高整个系统运行过程中的效率和质量，而且还能减少不必要的资源浪费。本文通过对我国城市轨道交通供电系统供电现状以及存在问题进行分析后，提出了一种基于智能电网技术的地铁低电压电力照明设计方法，该设计方法将传统的低压电力照明系统与新型节能环保的智能电网相结合，并根据所要实现的目标，从以下几个方面入手：首先，对整个系统的拓扑结构进行详细的阐述；其次，结合具体的案例，对系统中的各个组成部分进行计算，得出最终的设计方案，并依据此方案设计出一套完整的地铁低电压照明系统，包括高压部分的主电路、低压配电板、控制器等；最后，对系统的整体性能进行分析。另外，在施工和相应的制度设计中，要严格按照整个工作思路和工作质量来进行优化。地铁低电压电力照明系统优化方案的分析与实现研究是一个复杂的系统工程，涉及许多方面的内容。在具体的实施过程当中，还要结合现场的具体情况以及相关人员的经验，综合考虑各方面因素的影响，并将其贯穿于其中。这样才能确保整个系统达到预期的效果，同时还可以最大限度提高经济效益。

3.2 优化成果分析

在对地铁低电压电力照明系统最终优化结果进行分析时，为了避免传统方法中存在的缺陷和不足，将模糊层次分析法引入地铁低电压电力照明设备选型过程中。通过建立数学模型，利用MATLAB 软件对不同情况下各因素权重值进行计算和比较，得出各个方案的综合评价值并排序，从而为专家提供更为全面、客观的依据。整个过程必须有专家参加，以便了解当前的工程进度、预期作用、成本等方面的问题，从而综合处理这些问题。另外，还可以根据专家给出的意见，来修改设计参数或重新调整设计方案，以使工程达到最优。若从所获得的成效和问题的表现层次来判断，未能实现对问题的高效解决，则须对此方法进行后续的梳理。对于一些影响供电质量及安全运行的不确定因素，应采用改进措施加以消除。例如，针对高低压配电线路连接方式与接线形式选择不当造成故障点漏入变压器绕组而产生短路现象；由于高压配变负荷过大，导致部分用户用电过载而发生火灾等事故。

在对地铁低电压电力照明系统优化结果进行分析时，要对系统优化后所获得的实际效果进行深入的研究，当使用效果、使用效率等方面存在问题时，必须对现有的最优机制进行改进，从而保证最优解的操作水准。对于高低压开关柜配电系统而言，其运行过程中会产生大量谐波电流，这些谐波电流通过变压器后又会被线路损耗和无功补偿装置吸收掉，因此需要将电能转化为直流电能，以满足用电需求。目前，采用直流输电技术已成为解决这一难题的重要手段之一。然而，由于该电网具有频率高、功率因数低以及无功功率大等特点，传统的交流供电方式难以有效地实现节能减排目标，因而迫切需要一种高效实用的解决方案。随着智能变电站建设水平的不断提高，新型智能化输变电设备也逐渐应用于城市配网自动化之中。其中，基于智能变电站的交/直交变压开关控制是现代配电网最基本的一次电气设备，可使电力系统更加安全、可靠、经济，并可以减少因故障带来的损失[4]。

3.3 优化技术使用

在对优化后的地铁低电压电力照明系统进行应用时，应从各技术的专业需求原理和工作机制出发，对其进行综合研究。针对传统的地铁低电压照明系统存在的问题，提出了一种基于物联网技术的智能节能LED灯控制系统，并详细阐述了该系统的硬件构成及软件设计过程。该系统能够实现自动调光、声光报警以及远程控制等功能，有效提高了轨道交通供电的安全性与可靠性，同时也为人们提供一个安全舒适的生活环境。首先，通过分析地铁低电压照明系统配置方案中所涉及的相关内容，确定了以单片机作为核心处理器，设计了一套完整的系统总体方案；其次，从软件方面入手，介绍了各个模块的具体实现方法；最后，对系统运行情况做了全面测试。结果表明，该系统不仅具有较高的稳定性和准确性，而且还能满足实际工程要求。

在当前的工程中，针对低压电力照明的现状进行分析，在此基础上，对现有的技术进行改进，但如果在实际应用中，这些技术是不可能按照技术的规律来调整的，这就说明了该技术的应用效率很低，而同时，也要充分考虑到该技术的未来发展规律和趋势，将这些问题重新整理出来。为了进一步提升地铁低压电力照明的技术水平，需要结合不同类型的设备特点以及功能需求，选择最适合的方案，并加强管理与维护，以确保其可以稳定运行，发挥出最大价值。

3.4 优化方案调整

对地铁低电压电力照明系统优化方案的调整研究，就是以节能为主要目标，通过建立合理有效的模型，并利用MATLAB 软件中的Simulink 工具对该系统进行建模与仿真计算，从而确定了在满足各项要求的情况下，如何使整个系统达到最小能耗；然后再根据实际运行过程中出现的问题提出一些改进措施，如降低变压器容量，提高功率因数，减少谐波含量。首先，从相关的数据表现和数据的含义来分析，这个流程必须确保最优解的设计是正确的，而且从机制、效果等各方面来考虑，都要更加科学和完善。要按照相应的最佳方案进行具体的协调和处理，将各有关参数进行科学的集成，这样的话，在专家的指导下，制定的最佳方案，会更加具有科学性、完整性和合理性。其次，探究电力照明系统的分类及其特点，分别对高压直流供电系统、低压交流供电系统以及城市轨道交通供电方式的原理及各自优缺点进行分析。针对目前我国地铁低电压电力照明设备的现状，结合其工作环境和使用状况，对其存在的一系列不足做详细的分析。根据实际需求及相关技术要求，设计并开发了适用于城市轨道交通供电系统的低照度供电电源系统。最后，基于上述理论基础，结合实际需求，运用专业工具对系统进行建模仿真模拟。通过搭建实验平台，实现对各种不同电路拓扑结构的比较和选择。最终得出一套较为完整的适合于当前应用条件的低电压电力照明系统结构设计方案[5]。

4 结语

在地铁低压电力照明系统的优化工作中，要综合分析整个方案的设定、故障的解决、有关信息的处理等，要在方案的应用和分析中充分利用现有的工作机制和方法，以期达到最优的效果。另外，在利用该方案的过程中，还需要对整个信息系统进行相应的调整，以便在现有的资源利用和积累的基础上，进行相应的调整。为地铁低电压电力照明系统运行提供了一个良好的保障，使其能够更好地为人们服务，同时也可以降低企业的运营成本。