淺談低壓配電在地鐵中的節能效應與應用

陳正文

摘 要:目前地鐵設計中的節能減耗越來越受到設計人員的重視。本文結合目前地鐵的運營狀況,對電氣產品的優化節能進行了介紹,并且對電氣設計中的節能方案進行了討論和對比。

關鍵詞：地鐵 節能 負荷 優化設計

中圖分類號:U224.3+1 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)10(c)-0097-02

隨著科技發展的日新月異,越來越多的城市開始發展地鐵作為其主要交通工具。地鐵雖然在一定程度上可以緩解交通壓力,但其消耗的能源也是相當可觀的。由于客運量的逐漸增加導致地鐵內部空調和自動扶梯等設備的增加;由于運營的線路的不斷擴展導致照明和檢修等設備的增加,這樣對地鐵的能耗需求不斷上升,節能減耗就變得尤為重要。本文主要討論地鐵中低壓配電節能的效應與應用。

1 同類電氣產品優化設計

1.1 LED照明的應用

LED是Light Emitting Diode(發光二極管)的縮寫,是一種能夠將電能轉化為可見光的固態半導體器件,它具有節能、環保、光效高、壽命長、熱度較低等特點,目前,大部分城市地鐵使用的燈具為普通白熾燈或熒光燈,其在節約電力、使用壽命和減少污染等方面均不如LED燈具,隨著LED燈具的不斷發展,越來越多的城市(如北京、廣州、上海)開始將燈具替換為LED燈,以北京為例,2010年實施3站1區間LED照明節電試點工程,共計更換LED燈具近2500支,通過1年的系統檢測,年節電18.7萬度,節電率在30%以上,節電效果良好。2012年北京地鐵公司通過合同能源管理,又進行了7站2區間LED照明改造,共計更換不同規格型號燈具8000余支,預計每年可節電110萬度,節電率達到40%。所以,LED照明的改造已成為必然趨勢。

1.2 雙速風機的使用

地鐵中,區間隧道活塞風與機械通風系統(TVF系統)對區間火災疏散和日常通風都起到重要的作用,早期的TVF風機從啟動到正常運轉后一直保持一定的轉速,不能因為特定的需求改變轉速,很大程度上浪費了電力能源,隨著科技的不斷進步,出現了雙速風機。

雙速風機是有兩個風機轉速擋位,配置有雙速電機。在兩種不同的轉速下,會產生不同的流量和壓力,一般用于消防排煙系統,平時低速旋轉產生的小流量低壓力用于正常通風,火災時轉到高速大流量高壓力強行排煙。對于一般的排煙排風需求,雙速風機都可以滿足。

1.3 變頻自動扶梯的應用

隨著越來越多的地鐵站內增加自動扶梯,扶梯的節能也變得越發重要,目前,大多數扶梯采用變頻技術,實行分時管理、自動變速,在客流高峰時段,為了方便旅客的通行與疏導,扶梯采用高頻率運轉,在非高峰時段流量降低時,扶梯轉為低頻率運轉,在無人乘坐時,扶梯的供電頻率可降為幾赫茲,速度變得十分緩慢,這樣,可以大大降低能源的損耗,在節約了客流通行時間的同時也可以達到節能的目的。

2 低壓配電設計方法優化

2.1 小功率消防負荷的優化設計

地鐵設計中,根據對供電可靠性的要求及中斷供電對經濟上所造成的損失或影響的程度,電力負荷分為三級。地鐵設計規范(GB50157-2003)規定“一級負荷應由雙電源雙回線路供電,當一個電源發生故障時,另一個電源不應同時受到損壞”。按此規定,一級負荷用電都要從低壓配電柜的兩路回路供電(如圖1所示),然而有些一級負荷如氣體滅火、站臺板下潛水泵、安檢儀用電等雖然也是一級負荷,但由于其功率很小,所以由低壓配電柜單獨供電是不合理的,這樣相當于增加了低壓配電柜的回路數量,從而增加了柜子的成本,而且這樣會使車站內的低壓電纜使用量非常大,導致投資的上漲。現在許多城市的地鐵設計中,都改用直接從照明配電室內的兩個一級負荷動力箱交叉供電(如圖2所示),這樣不僅減少了由低壓柜到雙切箱的電纜數量,也減輕了低壓柜的負荷,從而達到節能的優化設計。

2.2 同類設備供電的設計優化

空調設備一直是車站內用電負荷較大的,所以節能也是最為重要的。由于南北方差異,南方的地鐵沒有加裝采暖設備,夏天時,冷水機組進行制冷,然后由環控大系統對站內公共區排出冷風,其余季節則由隧道通風系統進行通風換氣,車站內部的風機采用變頻控制,由BAS系統進行統一調配,在不同時段流量不同時,風量也可作出相應的改變,從而達到節能的目的。然而北方冬天寒冷,需要加裝采暖設備,由于采暖設備和空調設備均為三級負荷,且使用的季節不同,所以,我們在設計的時候盡量使其從同一個回路供電,這樣不僅可以減少低壓配電柜的饋出回路數量,也可以減少動力配電箱和電纜的數量,從而達到節能的優化設計。

以沈陽地鐵9號線為例,在車站的空調機房設置了風冷機組作為空調設備,供夏天使用,而在冬天則在公共區設置了熱風幕作為供暖設備,兩種設備因季節不同使用的時間也不同,所以可以使用同一供電回路,在負荷計算和電纜選型時也只考慮功率大的設備進行計算(如圖3所示)。

此設計方案可延長季節性負荷配電電纜的帶電時間,并且可以節省單獨給熱風幕供電的設備和材料,此外,設備房間的室內機插座也可以和電暖氣插座使用同一配電系統。

2.3 照明控制系統的優化設計

地鐵車站照明功率大、供電時間長,按照通常的照明模式,典型的地下2層車站年耗電量可達數十萬kW·h以上。因此,照明配電對于地鐵節能的意義更為重要,作為設計人員,需要在傳統的照明控制和模式上做出優化,這樣,不僅可以節約電力能源,更可以方便運營人員對車站照明的管理和維護。

傳統的照明控制方式為BAS監控,首先照明系統通過監控點表把照明模式發送給BAS,然后在需要控制的照明回路進線端串聯交流接觸器,通過在車站控制室內的IBP盤發布指令,交流接觸器的觸點動作后可以實現照明的定時啟停、區域控制和中央控制等。然而這種控制方式在運營過程中曝露出了一些弊端。

（1)BAS在IBP盤上進行集中控制,現場由于沒開關,所以不能進行緊急開啟和關閉,對出現緊急情況時不方便控制。

（2)所有控制電纜和接觸器都比較多,接線較復雜,需要控制的回路多,各種照明的模式切換十分復雜。

（3)照明系統的啟停和模式是基于BAS的控制基礎上的,所以一旦BAS系統出現問題,則照明系統會受到相應的影響。

智能照明系統是一種由數據總線構成網絡的照明控制系統。網絡上每一個照明配電回路都有一個地址,通過總線將所有部件連接而組成一個控制網絡。它具有獨立的控制協議,系統也相對簡單,目前地鐵中運用智能照明控制系統就是為了達到節能減排和高效自動化管理的目的。

對比以下兩種系統,相應的優缺點如（表1）所示。

3 結語

通過以上的設備優化和設計優化,或多或少對地鐵的節能做出了一定的貢獻。目前,地鐵的建設還不夠完善,在設計、施工、運營等方面還存在著許多能源的浪費,但隨著科技的不斷進步,設計的逐步提高,相信在未來的地鐵建設和既有的地鐵改造中會出現更多的節能措施,以達到節能優化的目標。

參考文獻

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