鐵路站臺照明系統(tǒng)的自動控制

孫建軍

（北京鐵路局天津能源管理監(jiān)測站 天津 300140）

隨著我國高鐵時代的來臨，鐵路客運車站已由單一站房轉變?yōu)橛刹煌煌ǚ绞接袡C結合的換乘中心，更加注重為旅客提供良好的綜合服務和舒適的站內空間。鐵路站房建筑標準的提升、站內設施的增加以及旅客對乘車體驗要求的提高，使得鐵路站房的能耗水平大幅攀升，但是在用能設備的管理、維護和操作上，在節(jié)能管理的體系和制度建設上沒有得到相應的改進和發(fā)展，基本上還停留在粗放型的管理水平，與節(jié)能型可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟的要求相距甚遠。

本文以北京北站為例，針對鐵路客站站臺照明的管理現(xiàn)狀，分析存在的節(jié)能潛力，制訂自動控制的改造方案，并對實施改造后的節(jié)能效益進行測試和總結。

1 北京北站站臺照明的管理現(xiàn)狀

1.1 北京北站的基本概況

北京北站改造工程于2005年動工，2009年主站房正式投入使用。車站呈南北縱向，共有地上六層和地下兩層。設有旅客候車、售票、安檢等功能設施，并與地鐵、公交直接換乘。北京北站建筑面積21467m2，年發(fā)送旅客250萬人次，日到發(fā)列車26對。車站24h內客流量密度不同，其中6:00～24:00間客流量較大，其余時間沒有到發(fā)車次，僅有少量晚點或其他原因暫時滯留的待發(fā)旅客。

北京北站作為北京“四主鐵路樞紐”之一，是高鐵時代火車站設計理念、建筑結構和客站體量等風格的代表之作。新北京北站已經(jīng)正式運行多年，各種耗能設備運行狀況和數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集已經(jīng)進入平穩(wěn)期，因此選擇北京北站作為本文的研究對象。

1.2 站臺照明的基本情況

北京北站共有11個站臺，站臺照明由12列燈提供(其中第1站臺為兩路照明），每列82盞，合計984盞。燈具為金屬鹵化物燈，單盞功率為150W，總功率為147.6kW。兩盞燈縱向間距為8米左右，燈具距地面高12m～15m。

站臺照明燈具分布圖

1.3 站臺照明的控制原理

站臺照明分為3個控制箱，分別是AL1、AL2、ALE。其中AL1、AL2為照明配電箱，ALE為應急照明箱。站臺照明燈控制原理如下。

1.3.1 下圖第一組燈由AL1配電箱的“I1”號斷路器的3相和AL2的配電箱“I1”號斷路器的3相供電；第二組燈由AL1配電箱的“I2”號斷路器的3相和AL2的配電箱“I2”號斷路器的3相供電，以此類推，AL1、AL2配電箱中各12組3P斷路器分別控制11個站臺的12路照明。

配電箱出線圖

1.3.2 每個站臺的照明燈具分別由AL1、AL2中各1組斷路器（共6組單相）供電；柜號、相數(shù)間隔開（如下圖,圖中以11站臺和12站臺照明為例）。

控制原理圖

1.4 站臺照明的使用現(xiàn)狀

1.4.1 根據(jù)列車到達的時間和停靠的站臺由人工控制照明燈具的啟停，晚上24點后燈具全部關閉，5點開始啟動照明。

1.4.2 列車進站前值班員按下配電箱箱體上的按鈕；每個按鈕啟動1個接觸器，通過2個斷路器引出3相6出線至站臺照明燈，使對應兩列的照明燈以間隔方式亮起（每列的半數(shù)燈點亮）。列車進站時值班員一般會同時啟動兩個接觸器，將相鄰站臺2列燈全部開啟。

2 現(xiàn)有站臺照明管理模式存在的問題

2.1 浪費電能

按照GBJ133-90《民用建筑照明設計標準》中鐵路照明照度標準的規(guī)定，鐵路有棚站臺的照度標準最低為15Lx。列車進站時兩路照明燈全部開啟后產(chǎn)生的照度供給是完全超出需求標準的，因此超標部分的電力消耗就是浪費，這一現(xiàn)象在其他高鐵車站同樣存在。

2.2 影響旅客乘降質量和人身安全

隨著鐵路客運車站規(guī)模的擴大和候車環(huán)境的不斷提升，能源消耗尤其是電力消耗越來越大，車站的成本壓力劇增。有時候車站為了降低成本支出、完成節(jié)能任務會采取一些非常規(guī)的管理手段，例如晚開、早關站臺照明燈，減少使用時間；列車到達時只開一組照明燈；照明器具損壞時不及時更換等等。這些方式雖然能夠減少電力消耗，但是降低了旅客的乘降質量，甚至會影響旅客的人身安全。

2.3 增大人工的勞動強度

現(xiàn)有照明系統(tǒng)的控制方式落后，基本上為值班人員的手動操作，勞動強度大，許多值班員工作任務較多，操作時間上不能達到精細化控制。盡管目前有些鐵路客站配備了BAS系統(tǒng)（樓宇自動化系統(tǒng)）對設備進行集中管理，但是站臺照明只能按照提前設定好的時間表操控，無法根據(jù)實時的環(huán)境參數(shù)和設施功能需求優(yōu)化運行，缺乏靈活性。

2.4 沒有科學的監(jiān)測手段

旅客流量、站臺環(huán)境和天氣變化等不確定因素都能影響站臺照明的電力能耗，由于車站缺少科學的監(jiān)測手段，不能通過監(jiān)測設備采集實時數(shù)據(jù)，無法調整和優(yōu)化控制方式，因此在目前的管理模式下，很難實現(xiàn)旅客舒適安全出行和車站節(jié)能降耗雙贏的局面。

3 站臺照明自動控制的實施方案

3.1 設計思路

通過照度傳感器實時監(jiān)測站臺照度，以國標規(guī)定的照度標準為依據(jù)調整照明燈具的開啟，實現(xiàn)精細化控制，從而達到節(jié)能降耗的目的。將站臺照明分為有車進站場景和無車進站場景。有車進站時，增開站臺燈，保證照度等級到達規(guī)范要求；在無車進站場景時，減開或關閉站臺燈，照度等級調整為最低保證照度。

3.2 站臺照明自動控制的實施方案

3.2.1 對原有的照明配電箱進行改造，將配電箱內控制站臺照明的每一相線路上加裝繼電器，通過通訊線與自動控制系統(tǒng)后臺連接，作為遠程控制通訊鏈路。系統(tǒng)后臺通過PLC編程邏輯控制，綜合分析上述監(jiān)測數(shù)據(jù)，控制照明輸出。

3.2.2 站臺雨棚裝設照度傳感器，實時監(jiān)測雨棚下的自然光照度。傳感器安裝數(shù)量根據(jù)照度傳感器的監(jiān)測范圍和站臺雨棚大小確定。照度傳感器通過通訊線與自動控制系統(tǒng)后臺連接，為站臺照明的精細控制提供信息。

3.2.3 在每個站臺端設置紅外傳感器，用于檢測是否有列車進站。紅外傳感器通過通訊線連接到自動控制系統(tǒng)后臺，提供列車進站情況，系統(tǒng)后臺依據(jù)照度傳感器提供的照度信息，對當前站臺照明控制組件發(fā)出自動管理命令。

3.2.4 將每個站臺的照明燈具按照間隔分布平均分為6組，每一組均能單獨控制燈具的啟閉。以站臺自然光照度15LX為站臺照明的啟閉標準。當自然光照度＞15LX時，站臺6組照明燈具全部關閉；當自然光照度≤15LX時，隨著自然光照度變小分別開啟1、2、3、4、5組照明；當自然光照度≤5LX時，6組照明全部開啟。

站臺照明自動控制系統(tǒng)的操作界面

3.2.5 站臺照明自動控制系統(tǒng)包括手動和自動兩種模式，自動模式是通過系統(tǒng)后臺發(fā)出指令，相應的智能操動機構自動完成。在自動模式出現(xiàn)異常時可以切換為手動模式進行控制，手動模式可通過控制柜上原有的控制按鈕完成。

4 站臺照明自動控制的效益分析及應用展望

4.1 現(xiàn)場測試結果

4.1.1 第一次現(xiàn)場測試。2012年8月17日8:00～8月18日8:00，測試時間為24h，站臺照明采用原有的手動控制模式，消耗電力468.2 kW·h。8月19日8:00～8月20日8:00，測試時間為24小時，站臺照明采用自動控制模式，消耗電力394.1kW·h。兩種控制模式相比較，自動控制比手動控制節(jié)約用電74.1kW·h，節(jié)電率為15.8%。

4.1.2 第二次現(xiàn)場測試。2012年10月15日10:00～10月16日10:00，測試時間為24h，站臺照明采用原有的手動控制模式，消耗電力634.9kW·h。10月16日10:00～10月17日10:00，測試時間為24h，站臺照明采用自動控制模式，消耗電力452.9kW·h。兩種控制模式相比較，自動控制比手動控制節(jié)約用電182kW·h，節(jié)電率為28.7%。

4.2 效益分析

4.2.1 第一次測試期日節(jié)電74.1kW·h，第二次測試期日節(jié)電182 kW·h，綜合兩次現(xiàn)場測試結果，采用站臺照明自動控制后平均日節(jié)電128kW·h，節(jié)電率為23.2%。全年可節(jié)電46720kW·h，以北京地區(qū)鐵路用電單價0.955元/kW·h計算，節(jié)約電力成本支出44618元。兩次測試分別處在夏、秋兩個季節(jié)，從數(shù)據(jù)上明顯看出秋季的節(jié)電效果較夏季高出一倍以上，可以預計在冬季照明時間加長的情況下節(jié)電效果會更加明顯。

4.2.2 北京北站站臺照明燈具采用的是金屬鹵化物燈，單盞功率為150W。盡管金屬鹵化物燈已經(jīng)屬于技術性能先進、品質優(yōu)秀的電光源，但是其也有自身的缺陷，如俗稱“冷光源”，視覺舒適度欠佳；紫外線放射高；產(chǎn)生頻閃效應；單體功率較大等等。如能以LED燈或高效節(jié)能燈替代，節(jié)電效果更佳。例如青島法蘭克（Frank）微電子有限公司以50W 和60W 的高頻率節(jié)能燈替代400W的金屬鹵化物燈，分別用于室內羽毛球場和企業(yè)的生產(chǎn)車間，替代后的節(jié)電率達到了87%和81%。

4.2.3 站臺照明自動化控制屬于后期的節(jié)能改造項目，需要安裝電能監(jiān)測裝置、紅外線傳感器、照度傳感器等設備，還要與鐵路的其他行車軟件無縫連接，實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)共享，除正常施工成本外會還有一些重復性投資，若能將站臺照明自動控制納入車站的前期設計規(guī)劃中，與車站同步建成使用，必將減少建設成本，投資回報期會更短。

4.3 應用展望

站臺照明自動化控制只是北京北站能源管控系統(tǒng)中的一部分。北京北站能源管控系統(tǒng)針對車站冷熱源、空調、通風系統(tǒng)、電梯、照明系統(tǒng)、引導顯示和其他系統(tǒng)等七類重點耗能設備，通過對“監(jiān)測-分析-管控”這一不斷循環(huán)過程的優(yōu)化，從技術上和管理上最大程度的實現(xiàn)鐵路客站的節(jié)能降耗。當前，我國鐵路客站正處在大規(guī)模建設時期，到2012年底已經(jīng)建成800多座現(xiàn)代化鐵路客站，站臺照明自動化控制將會對這些新車站的能源管理與測控提供寶貴的經(jīng)驗。