基于南京地铁的照明配电节能设计

汪橙紫

(中交第二公路勘察设计研究院有限公司)

0 引言

地铁是一种运能大, 同时兼具安全舒适、便利快捷、耗能少等优点的交通工具, 它以电能为动力运行, 相较传统交通工具减少了对石油的消耗。随着我国提出建设资源节约型和环境友好型社会的发展战略, 地铁已经成为市民出行的首选交通工具。然而地铁运能大的特点也使得其在运营过程中需要消耗大量电能, 地铁用电成本占总运营成本的30%至48%。截止至2022 年12 月, 我国开通并投入运行的地铁线路达290 条, 涉及53 个城市, 共计里程59584 公里,车站5609 座。根据地铁规划, 全国将有80 个城市开通地铁, 预计每年将耗电400 亿度, 占全国未来总耗电量的5‰左右[1]。

除了供电、通信、信号、给排水及消防、通风系统等, 车站照明系统是地铁中必不可少的一部分, 照明系统需要同时兼顾功能性、装饰性和舒适性, 照明系统的长时间工作和性能要求高的性质决定了其电能消耗大的特性。据统计, 仅照明系统就占车站设备总负荷的30%左右[2]。因此在满足车站正常运营工作的前提下, 如何在地铁车站照明系统的设计过程中,通过采取合理的节能措施, 达到降低能耗的效果, 对于照明系统应用价值的提升至关重要。

1 地铁站照明配电节能措施

1.1 合理选择配电与控制方式

车站照明一般分为正常照明、应急照明、安全特低电压照明、广告照明、标志照明、导向照明等。其中正常照明包含公共区正常照明、设备区附属房间正常照明; 应急照明包含包含备用照明和疏散照明, 疏散照明采用36V 安全电压等级配电; 安全特低电压照明包含变电所电缆夹层照明和站台板下照明。

照明系统负荷分级如表1 所示。

表1 车站照明负荷分级表

本项目照明配电采用放射式为主和树干式为辅的配电方式。在公共区设置两套公共区正常照明配电箱(配电箱编号为ZM1、ZM2), 每个配电箱约占公共区总照明的一半。为满足照明双路电源的要求, 正常照明配电箱ZM1、ZM2 的电源分别引自变电所的两段低压母线, 且照明灯具采用交叉配线, 在满足照明双回电源的同时达到降低能耗的效果[3]。

广告照明分别在车站的站台、站厅公共区、出入口通道等区域设置, 为减少配电距离, 分别在站厅层和站台层照明配电室内设置广告照明配电箱, 并在配电箱内设单独计量和控制。广告照明用电为三级负荷, 其配电箱采用单电源进线即可满足配电要求。

站厅、站台、出入口的公共区照明、导向照明全部采用智能照明控制系统, 不仅在车控室可以进行控制, 也可在配电室内进行现场控制。相对传统照明的手动控制、时序控制等, 智能照明系统可以根据车站的客流量、照度对车站灯具进行自动控制。在运营的高峰时段, 控制站台层、站厅层公共区开启全部照明灯具。在非运营高峰期, 可自动进入节电模式, 此时只需开启20% ～30%的照明灯具, 即自动关掉ZM1或ZM2, 在能达到车站内照明要求的同时, 实现照明用电的节约。列车正常停运后, 将关闭公共区所有正常电照明灯具, 只保留公共区的疏散照明, 此时疏散照明兼做值班照明, 确保停运后工作人员能正常通行和巡视。

本项目根据照明需求, 在车站公共区正常照明配电箱(配电箱编号为正常照明1、正常照明2) 内设置8 路智能照明开关控制模块, 同一个配电箱内的智能照明控制间采用手拉手的连接方式设计。照明配电箱系统图如图1 所示。

广告照明由BAS 系统进行控制, 也可在配电室就地控制。通常公共区和出入口通道的广告照明都保持开启状态, 可根据广告照明照度和现场实际情况,关闭或减少广告照明附近一般照明灯具的开启数量,降低亮度, 以达到节能的效果[4]。

站内附属及设备用房普通照明均采用就地开关控制。地铁工作人员可根据情况自行开关设备用房照明灯具。

区间照明也分为两种, 一种为区间正常工作照明, 一种为区间应急照明。区间正常工作照明及区间应急照明分箱每间隔200m 设置一处。每间隔10m 设置一盏照明灯具, 两种照明灯具交叉布置。首个区间正常工作照明和区间应急照明的配电箱均设置在相邻车站站台端部上、下行洞口处。其中区间应急照明为常明灯, 可不设控制。未达到照度要求, 可在道岔区应适当增加照明灯具数量。

1.2 合理选择节能灯具

地铁站内使用较多的灯具类型为荧光灯和LED 灯。

荧光灯具有结构简单、发光效率高、显色指数高、使用寿命长、维护成本低等显著优点, 尤其适用于换灯困难维护成本高的场所。荧光灯比普通白炽灯的光效高4 ～5 倍, 寿命比一般白炽灯高10 ～15 倍,属高效节能光源。

近几十年来, LED 灯技术不断发展, 随着其光效的提高、质量的改进、价格的下降, 在地铁的照明系统中已普遍采用LED 灯具替代传统照明灯具。LED灯具与传统荧光灯相比, 具有高效节电的特点, 在同等照度水平下, 可比传统荧光灯节电约30% ～50%。同时, LED 灯具的寿命较长, 约比传统荧光灯具的5至6 倍, 大大降低了后期维护费用[5]。LED 灯具安全可靠, 是一种全固体发光体, 不含汞, 不含热辐射,对环境保护有更高的要求。在照明控制方面, LED 灯具调光较为方便, 可与控制及通信技术相结合, 实现自动调光, 从而满足节能和调节照度的功能。

经过比较, 本工程车站及区间灯具光源主要选用LED 灯具, 显色指数Ra≥80, 色温Tcp≈4100K。正常照明和备用照明灯具选用带有接地端子的I 类灯具, 功率因数要求达到0.95 以上。应急疏散照明灯具及疏散指示照明灯具选用A 型应急照明灯, 工作电压36V, 能实现巡检、常亮、频闪、灭灯等功能。其中地面标志灯内部构件均做防腐处理, 防护等级IP67, 区间应急疏散照明灯具及疏散指示照明灯具外壳防护等级不低于IP65。区间水泵房内的照明灯具选用防水型。其他要求根据应技术规范标准严格执行。

1.3 合理优化照明设备布置

公共区照明可依据地铁站客流量、乘客乘车动线及地铁运营特点的观测和分析, 在站台车门处、站台两端乘客较为集中的照明重点区域增设照明灯具。

设备区照明的普遍通过人员控制达到节能的效果, 对于设备区走道、楼梯间、风道等区域的一般照明, 可考虑采用声控或红外感应控制灯具的开关; 在设备房出入口设置手动就地控制开关, 在有两个及以上房门的设备房间设置双控或多控开关, 方便人员从任一房门进出, 以达到人走灯灭的要求。

同时灯具的布置应满足相关规范的照度要求, 本工程照度值如下表2 所示。

表2 本工程照度值

本项目车站站厅、站台照明设备布置如图2、图3 所示。

图3 南京某地铁站台层照明设备布置图

1.4 合理选择配电线路

电缆的选择适配性与电能损耗密切相关, 电缆电阻与电能损耗成正比, 选用低电阻电缆能较好的达到节能要求[6]。由于地铁车站站内照明灯具较多, 在用电可靠性的得到充分保障的前提下, 需要根据车站实际情况合理选择配电电缆和导线。根据配电回路功率选择合适电缆和导线截面, 当功率过大或配电距离较远时, 可适当按大一级标准选定电缆截面, 避免过大造成不必要的浪费。

据统计, 照明线路的损耗约占输入电量的4%,主要影响因素是供电方式和导线截面积的选择。照明电压通常为220V, 为保证负载均匀、达到三相平衡,本工程照明系统采用三线四线制供电, 车站内导线采用低烟无卤铜芯导线, 电缆选用低烟无卤阻燃型B 级铠装电缆, 在保证用配电安全稳定的同时, 兼顾了降低能耗的作用。

2 结束语

本文以南京市某地铁站为例, 针对当前对车站电量消耗较大的问题, 对照明配电系统进行分析, 探讨照明配电的节能措施, 对地铁站内照明配电的设计具有理论意义和应用价值。

在设计中, 通过优先选择环保节能的照明设备,合理拟定照度标准, 完善节能管理制度, 优化照明布局, 采取合理灯具控制方式等措施, 来降低地铁车站照明的能耗, 对于降低地铁运营成本、提高节能减排有着积极的意义。