地鐵供電系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)應(yīng)用的探討

緱雅偉

摘要：地鐵供電節(jié)能降耗技術(shù)應(yīng)用的意義重大，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求，同時(shí)也是城市地鐵運(yùn)行系統(tǒng)長(zhǎng)足穩(wěn)定發(fā)展的需要。因此，必須從多方面入手，充分運(yùn)用現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)設(shè)備，提升地鐵設(shè)備運(yùn)行的整體效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，保障地鐵的運(yùn)行更加安全可靠、綠色環(huán)保。基于此，以下對(duì)地鐵供電系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)應(yīng)用的探討進(jìn)行了探討，以供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵;低壓;供電系統(tǒng);節(jié)能降耗;技術(shù)應(yīng)用

城市軌道交通供電系統(tǒng)的節(jié)能降耗一直以來(lái)受到業(yè)界人士的高度關(guān)注，提出了各類(lèi)節(jié)能降耗實(shí)施方案，但其思路大都重點(diǎn)放在了設(shè)計(jì)和建設(shè)階段。在滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)要求的前提下重點(diǎn)考慮節(jié)能指標(biāo)。由于不同的地區(qū)氣候條件不同，運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路客流量不同，商業(yè)及辦公模式也有所不同，因此，分析運(yùn)營(yíng)階段能源需求，采用相應(yīng)的管理手段也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的重要措施。

1地鐵供電系統(tǒng)的影響因素

結(jié)合目前我國(guó)地鐵所擁有的供電系統(tǒng)來(lái)分析，其供電方式主要分為兩種，分別是分散供電方式以及集中供電方式，并將二者相互協(xié)調(diào)，共同運(yùn)行的混合供電方式運(yùn)用到地鐵供電系統(tǒng)中。二者結(jié)合的混合式供電不僅能夠在一定程度上極大的縮減了外界環(huán)境對(duì)其影響的作用，同時(shí)也使得效率最大化，資源使用最優(yōu)化。但是外環(huán)境對(duì)于地鐵供電系統(tǒng)的影響依舊不容忽視。對(duì)于地鐵供電系統(tǒng)的影響主要分為內(nèi)部因素以及外界因素。其中內(nèi)部因素主要以設(shè)備的安全隱患、運(yùn)行效率為主，這些都在日益發(fā)展的科技的完善下，逐漸降低其損壞率以及使用風(fēng)險(xiǎn)率。除了內(nèi)部因素，便是外界因素的影響，外界因素主要分為外界的環(huán)境因素以及外部使用電源因素，對(duì)于環(huán)境，無(wú)法進(jìn)行強(qiáng)行徹底的更改，只能在最大程度上對(duì)其加強(qiáng)防范措施，對(duì)其要保證提前的預(yù)估評(píng)判以及實(shí)時(shí)的解決處理。

2地鐵供電系統(tǒng)電能消耗分析

2.1地鐵通風(fēng)制冷、給排水系統(tǒng)能量消耗

通風(fēng)制冷、給排水系統(tǒng)能耗僅次于牽引供電系統(tǒng)的能耗，這2個(gè)系統(tǒng)含有冷水機(jī)組、冷卻泵、冷凍泵、各大風(fēng)機(jī)、消防水泵、污水泵，需要消耗較多能量，而且地鐵在運(yùn)營(yíng)期間，空調(diào)通風(fēng)制冷系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間處于固定運(yùn)行模式，能量消耗巨大，且單一運(yùn)行模式還會(huì)縮短空調(diào)的使用壽命，導(dǎo)致地鐵空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的能量消耗增加。

2.2地鐵照明系統(tǒng)能量消耗

地鐵照明系統(tǒng)對(duì)于地鐵運(yùn)營(yíng)非常重要，其能量消耗較大，照明裝置類(lèi)型繁多。由于地鐵車(chē)站基本設(shè)置在地下，照明設(shè)備不僅在站臺(tái)和站廳需要設(shè)置，在設(shè)備房、辦公區(qū)、隧道區(qū)間、電纜通道等區(qū)域均需設(shè)置，且基本保持全天24h不間斷照明，因此整條地鐵線(xiàn)路的照明電能消耗量也較大。

3地鐵供電系統(tǒng)節(jié)能降耗管理及應(yīng)用

3.1智能化能源管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

根據(jù)地鐵供電系統(tǒng)的實(shí)際情況，將能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)為由計(jì)量終端、能源管理系統(tǒng)子站、能源管理系統(tǒng)主站3大部分構(gòu)成。計(jì)量終端主要由智能電度計(jì)量表、通信設(shè)備和用電設(shè)備構(gòu)成，智能電度計(jì)量表按照不同供電設(shè)備的電壓等級(jí)、每個(gè)車(chē)站的不同區(qū)域、不同用電設(shè)備和不同用戶(hù)進(jìn)行安裝，實(shí)行分類(lèi)、分項(xiàng)和分戶(hù)計(jì)量，重點(diǎn)計(jì)量末端設(shè)備的能耗，并通過(guò)通信設(shè)備將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸給能源管理子站。能源管理系統(tǒng)子站設(shè)于各車(chē)站內(nèi)，主要由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成，負(fù)責(zé)將計(jì)量終端智能計(jì)量表采集的開(kāi)關(guān)柜、配電箱、環(huán)控電控柜、配電控制箱等設(shè)備電能參數(shù)集中處理后上傳給能源管理系統(tǒng)主站。能源管理系統(tǒng)主站為中央級(jí)，設(shè)于車(chē)輛段，主要包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析服務(wù)器、數(shù)據(jù)查詢(xún)服務(wù)器、線(xiàn)路級(jí)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、工作站、打印機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。主站通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與各子站系統(tǒng)進(jìn)行通信，采集全線(xiàn)路的能耗參數(shù)及主要設(shè)備的狀態(tài)信息，完成數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)管理、統(tǒng)計(jì)分析，建立設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)和分析系統(tǒng)，建立設(shè)備評(píng)價(jià)、服務(wù)評(píng)價(jià)及用能效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，指導(dǎo)能耗管理工作的開(kāi)展。

3.2?AI技術(shù)在通風(fēng)空調(diào)領(lǐng)域應(yīng)用分析

由于地鐵系統(tǒng)非常復(fù)雜，各個(gè)環(huán)節(jié)之間相互聯(lián)系，現(xiàn)在大多數(shù)地鐵公司使用的系統(tǒng)幾乎不能對(duì)預(yù)期情況做合理的分析，很難給乘客帶來(lái)良好舒適的乘車(chē)感受。我們考慮線(xiàn)路的實(shí)際問(wèn)題后發(fā)現(xiàn)，可以充分利用現(xiàn)有的傳感器，以他們的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)方法逐漸理解有利于調(diào)控空調(diào)系統(tǒng)的參數(shù)和能效比關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型。作用這個(gè)系統(tǒng)可以參與到復(fù)雜參數(shù)的調(diào)試，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)器學(xué)習(xí)法能通過(guò)目前掌握的傳感器詳細(xì)數(shù)據(jù)模擬出整個(gè)體統(tǒng)的能源利用比，還會(huì)有相關(guān)的改進(jìn)方案?jìng)鬏斀o運(yùn)營(yíng)單位，它能模擬得到的數(shù)據(jù)有能效值、具體參數(shù)配置、優(yōu)化方案等，會(huì)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)傳輸給維護(hù)人員。

3.3提高再生制動(dòng)能量吸收裝置的應(yīng)用

車(chē)輛制動(dòng)分為電制動(dòng)和空氣制動(dòng)，電制動(dòng)又分為再生電制動(dòng)和電阻制動(dòng)，當(dāng)再生制動(dòng)失效時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)為電阻制動(dòng)。車(chē)輛再生制動(dòng)產(chǎn)生的反饋能量一般約為牽引能量的30%，而這些再生能量被列車(chē)自用電消耗一部分，并按比例（一般為20%～80%，取決于列車(chē)運(yùn)行密度和區(qū)間距離）被其他相鄰取流列車(chē)吸收和利用，剩余部分將主要被車(chē)輛的吸收電阻以發(fā)熱的方式消耗。當(dāng)線(xiàn)路行車(chē)間隔較大時(shí)，再生制動(dòng)能量由車(chē)輛吸收的幾率較小，由于車(chē)輛的制動(dòng)主要發(fā)生在運(yùn)行過(guò)程中，如果再生能量由車(chē)輛吸收電阻吸收，必將帶來(lái)隧道和地下車(chē)站的溫升問(wèn)題，同時(shí)也增加了地下車(chē)站內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷，造成大量的能源消耗，增加運(yùn)營(yíng)成本。因此濟(jì)南地鐵牽引供電系統(tǒng)配置了再生能量吸收裝置以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量的回收和再利用，并在運(yùn)營(yíng)期間加強(qiáng)運(yùn)營(yíng)輔助設(shè)備的管理，提高再生能量回饋裝置的利用率，降低電能消耗。

3.4優(yōu)化空調(diào)水系統(tǒng)

空調(diào)水系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)中的冷量提供源頭，它負(fù)責(zé)的部分室內(nèi)冷負(fù)荷和外界空氣之間的相互交換。它調(diào)控的是制冷量、送冷量、散熱量三者之間的能量收支平衡，它的操作難度非常大，它需要調(diào)控自身系統(tǒng)內(nèi)部和空調(diào)末端冷量的相互匹配。在線(xiàn)路的前期設(shè)計(jì)中會(huì)預(yù)判后期的載客量上升，所以會(huì)預(yù)留一部分負(fù)荷。這就造成前期運(yùn)營(yíng)中供大于求，有一定的浪費(fèi)。常規(guī)的水系統(tǒng)由三個(gè)控制環(huán)節(jié)組成，分別是冷水機(jī)組，冷凍水側(cè)和冷卻水側(cè)。冷凍水側(cè)采用供回水恒溫差PID調(diào)節(jié)冷凍泵頻率來(lái)調(diào)控管道里面的水量;冷機(jī)在負(fù)荷變化下進(jìn)行加減調(diào)控;冷卻水側(cè)通常根據(jù)冷卻塔變化或者冷卻泵的變化對(duì)水溫進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。這三個(gè)部分不能保證整個(gè)系統(tǒng)的冷量平衡，所以整個(gè)系統(tǒng)在自變量變化后反應(yīng)速度較慢，大大降低了性能。比如我們調(diào)低了冷卻泵的工作頻率，它的耗能隨之減少，會(huì)造成冷卻水溫的不斷升高，冷水機(jī)組低效運(yùn)轉(zhuǎn)。

4結(jié)束語(yǔ)

地鐵工程中的供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，是保障地鐵正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，供電系統(tǒng)能為地鐵各設(shè)備提供源動(dòng)力。傳統(tǒng)的系統(tǒng)無(wú)法精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)各種因素影響下系統(tǒng)的變化，隨著智能化的推進(jìn)，人工智能在這方面運(yùn)用。最新研究出的節(jié)能系統(tǒng)將會(huì)大大提高能源的利用比，最大程度上做到節(jié)能環(huán)保。

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[1]朱龍佳.地鐵供電系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)應(yīng)用的探討[J].電氣化鐵道，2019，30（03）：75-78.

[2]李磊.基于直流牽引供電計(jì)算的地鐵列車(chē)節(jié)能運(yùn)行優(yōu)化研究[D].北京交通大學(xué)，2018.

（作者單位：濟(jì)南軌道交通集團(tuán)第一運(yùn)營(yíng)有限公司）