城市軌道交通電氣節能設計

摘要： 隨著社會的不斷發展進步，城市軌道交通也逐漸發展起來，給人們的出行帶來了很大的便利。但在此過程中，城市軌道交通運行中也存在很大的能源消耗問題，急需通過節能手段進行控制。基于此，本文對軌道交通電氣節能設計相關內容進行了分析。

關鍵詞：城市軌道交通；電氣；節能設計

西安地鐵三號線大雁塔站為三號線和四號線“T型”換乘站，土建同步實施，總建筑面積37402平方米，是西安地鐵目前為止面積最大的車站，站臺寬度16米，共設有6個出入口，5組風亭，在電氣設計中充分考慮了節能環保的措施，節能效果顯著，下面對大雁塔站的電氣節能設計進行了分析。

1 牽引供電節能設計

1.1牽引供電設計的主要內容

大雁塔站牽引供電系統主要是由外部電源、軌道交通主變電所或電源開閉所、電力網、站內牽引降壓變電所（高壓開關柜、整流變壓器、直流開關柜、牽引網、動力降壓變壓器等）、雜散電流腐蝕防護系統、電力監控系統等部分構成。

牽引供電系統是通過主變電站從地方電力系統引入110kV高壓交流電源并降壓成軌道交通供電系統使用的35kV交流電，送至站內35kV高壓開關柜后再由：1）35kV高壓開關柜出線進入整流變壓器，通過整流變壓器將高壓交流電源降壓整流為直流1500V電源，再將1500V直流電通過沿線敷設的牽引網不間斷地供給運行中的車輛； 2）35kV高壓開關柜出線進入動力降壓變壓器將35kV交流電降壓成220/380V交流電，供給低壓配電系統使用。

1.2 牽引供電的節能設計方案

1.2.1 牽引變電所。結合西安地鐵三號線的實際情況，對大雁塔站的牽引變電所與前后站變電所的數量、間距等進行了科學設置。牽引供電系統優先選用雙邊供電，降低牽引系統損耗。需要注意的是，牽引變電所容量應該根據近期負荷來配置[1] ，但預留遠期容量擴充的條件。

1.2.2 線路方案。在大雁塔站牽引系統節能設計時，通過和線路專業的不斷溝通協調，科學地設置坡度，各站點間選用最短路徑進行連接，使得線路的選擇較為合理，減少了列車的牽引能。

1.2.3 車站選址方案。大雁塔站選址接軌條件好，便于行車組織，使運營效率得到有效提升，以此縮短列車空走距離，降低能耗。另外，選址也同時綜合考慮了市政規劃、節能環保等因素。

1.2.4 行車交路。行車節能也從配線、客流、運營情況等多個方面進行綜合考慮，從而選擇了最佳的設計方案，在滿足客流需求的情況下，分時段進行運行交路的設計，以此增強裂成的承載率，以避免空車或者是乘客比較少的情況下，車輛在運行時牽引用電量[2]。

2 低壓配電節能設計

大雁塔站由于是換乘站，其站內各系統設備非常多，三號線各系統設備配合、三四號線設備系統資源共享的要求非常高，對低壓配電的安全可靠性提出了更高的要求。

2.1低壓配電設計的主要內容

地鐵動力負荷中設置有很多的通風空調設備，如隧道風機、車站排熱風機、孔田與冷水機組、各類水泵設備等等，這些設備都由相應的控制系統進行控制。

照明系統種類繁多，可以分成正常、應急及值班照明幾種。其中，正常照明包含：工作照明、區間、導向照明等等；應急照明包含：疏散及備用照明等等。除掉就地控制以外，站臺、標志照明等都應必須要在照明配電室進行控制。

2.2 低壓配電設計的節能方案

2.2.1 低壓電動機保護裝置

電動機可以使用低壓電動機綜合保護裝置。該裝置主要是對軟件進行更新升級，從而能夠完成很多通過軟件實現的功能，簡化裝置硬件設計，擴大了裝置的適用范圍，緩解了工作人員現場調試、維護的壓力。并且，該裝置的硬件部分使用單片機完成數據的收集、計算等。面板數值的顯示及輸出都由單片機來完成。

2.2.2設備系統配電的控制設計

在對設備系統配電的同時，應結合其具體的設備工況特點，制定出最科學有效的控制模式，對控制系統進行設計。

1）大雁塔站通風空調系統：根據時間、季節、溫度、濕度、熱敏數據等變化，其自動控制系統能夠進行合理調節，達到節能運行的效果。

2）大雁塔站照明系統：根據時間、客流強度（工作日早、晚高峰、節假日）、情景模式等變化，其自動控制系統能夠進行合理調節，達到節能運行的效果。

3）大雁塔站自動扶梯系統：根據使用人數和需求采用變頻智能控制，即乘客較少或者是無人乘坐時，可以自動調節運營速度，節約能耗。

2.2.3 低壓智能化和BAS須協調配合

大雁塔站要將低壓智能化系統和BAS將的關系協調好，必然離不開各項設備的完美配合，其接口關系是由通風空調電控柜、照明電源裝置等構成。表1為通風空調電控柜的物理接口。

在本站低壓電氣設備中，現場總線技術發揮著非常重要的作用，其在電動機控制、開關保護等智能化設備運用中得到了廣泛運用。要將其優勢全面發揮出來，就需要與BAS系統界面進行劃分，以此保證各系統間的協調配合。為此，提出了以下方案，如圖1所示。

3 設備產品的選用

在大雁塔站電氣節能設計時，高效節能設備的使用是非常重要的。在設備選用時應該嚴格按照標準規則來選型，禁止使用不合格的產品。

3.1 車輛。在軌道交通運行中，車輛是牽引能耗的使用者，選用科學的車輛，對牽引節能的作用是很大的。車輛的型號、材料會對其自重產生影響，如果車體選用的是鋁合金輕型材料，車輛的自重也會減少，牽引能耗也會隨之降低。在達到動力要求的情況下，對牽引電機進行科學選擇，讓牽引動機保持在最佳的運行狀態，也能達到降低牽引能耗的作用[4]。

3.2 供電設備。本站供電設備（變壓器、電纜線等）的合理選擇，應該嚴格依據經濟電流密度要求進行科學選型，也能達到了節能降耗的作用。

3.3 照明。本站科學選擇光源，選用環保節能光源，如，將高效節能光源運用到設備區、公共區、出入口的照明設計中。選用壽命長、性能好、耗電小節能型電感鎮流器。站內照明設備的選擇，按照各功能區的具體要求來設置，從而達到更好地節能降耗效果。

4 新技術的使用

4.1 逆變—再生制動裝置的使用。從現在的情況看，城市軌道交通系統主要使用的是電制動方式包含再生自動、電阻制動兩種。前一種制動裝置最大的優勢在于節能，當列車進站時，借助這一裝置，使動能轉化成電能，返回于接觸網被列車吸收，大大提升了能量的利用率，但通過該裝置轉化的電能不能完全被吸收，剩余的電能會使接觸網網的壓力增高，不利于其順利運行。而后一種制動方式，可以將剩余的電能轉化成熱能，有效避免接觸網的電壓不斷升高。而逆變-再生制動也就是利用逆變裝置取代制動電阻，能夠讓接觸網上剩余的電能直接回饋給低壓配電系統，讓能量可以得到有效利用，減少能源消耗[5]。

5 節能管理

為達到最理想的節能效果，大雁塔站從節能產品的運用、系統方案設計及節能管控體制等方面均做了充分的考慮。節能管理工作要具體化，可操作性強[7]。

5.1 計量配備。本站計量配備合理，能夠實現對運營車輛設備維護和管理，并能實現成本管控與核算。能源計量器嚴格按照國家有關標準來分類計量，尤其是對于那些大型的用電設備設置單獨的計量實施監控，從而實現節能降耗的目標。

5.2 管理措施。本站通過科學的節能管控措施來保障節能工作全面落實，這樣，才能將系統與設備的節能作用發揮出來。管理措施主要有節能管理制度、能源管控制度等，相關人員重視節能管控工作，將各項措施落實到實處，起到了事半功倍的效果[8]。

6結語

大雁塔站軌道交通電氣節能設計，不僅采用了智能化配電及控制電氣產品等先進的控制保護系統，而且在設計過程、實施階段、節能管理三個階段進行了科學的規劃考慮，在設計中充分考慮了節能環保的措施，節能效果顯著，大大減少運營維護成本。該工程已于2018年12月一次通過驗收，并按期交付運營，工程設計質量優秀。

參考文獻：

[1]李建華，范越.關于城市軌道交通車輛段電氣節能設計的研究分析[J].工程技術：文摘版，2015，12（08）：129-132.

[2]李政，劉藝熒，趙金明，等.城市軌道交通建筑的節能設計研究[J].城市建筑，2016，16（20）：332-346.

[3]王曉偉，胡麗敏，等.城市軌道交通供電系統的節能設計分析 [J].城市軌道交通研究，2017，6（13）：108-116.

[4]葉太華，馮亞偉，趙中明.推進軌道交通節能減排，建設節約型綜合交通系統[J].北京規劃建設，2018，10（22）：321-320.

[5]李強，丁悅，張鶴鳴，等.城市軌道交通照明設計節能措施探討[J].鐵道勘測與設計，2018，9（10）：219-220.

[6]王軍強，王文功，吳多勝.關于城市交通變電所綜合自動化系統接口協議分析[J].城市軌道交通研究，2017，12（32）：108-115.

[7]趙惠祥，余世昌.城市軌道交通系統的安全性與可靠性[J].城市軌道交通研究，2016，20（10）：127—129.

[8]譚永東，錢清泉，對城市軌道交通自動化系統的再認識——概念、體系結構與技術[J]都市快軌交通，2016，17（21）：121-127.

（作者單位：中交鐵道設計研究總院有限公司）

作者簡介：佘軍峰（1987.8-），男，陜西西安人，電氣工程師。