地鐵供電系統節能降耗技術應用分析

盧浩然

【摘要】隨著國內經濟高速發展及城市化進程不斷推進，城市軌道交通逐漸取代了以公交車為主的地面交通，地鐵成為了人們出行的主要方式，占據城市的交通主導地位。地鐵系統中最重要的組成部分之一就是環境控制系統，該系統具備長時間運行和高能耗的特點。當前，全球能源問題日益凸顯，國內能源緊張，形勢嚴峻，在此背景下，優化地鐵環控系統，節能降耗，降低地鐵運營成本對節約能源資源意義重大。本文以地鐵運營和建設情況為切入點，分析了地鐵主要能耗因素，并據此提出節約能耗的相關措施，促進地鐵運營節能減排。

【關鍵詞】地鐵;供電系統;節能降耗;技術

隨著國內經濟不斷發展，城市軌道交通建設步伐不斷加快，逐漸成為大型城市形象建設的重要工程之一。城市軌道交通是城市發展重要基礎設施，對減少人們出行時間、為群眾提供良好運輸環境的意義重大。地鐵的運營依靠供電系統提供電能，因此城市地鐵供電系統的建設極為重要[1]。地鐵通常會配備兩個低壓配電系統，包括環控配電部分以及低壓部分。環控配電控制系統主要控制空調通風設備，低壓部分控制設備主要包含信號設備、照明設備與綜合監控設備等。地鐵供電系統涉及設備眾多，故加強地鐵供電系統節能降耗對實現地鐵運營可持續化發展有重大意義，筆者現結合相關文獻及工作經驗，對地鐵供電系統節能降耗措施的分析作以下綜述。

1 實現地鐵供電系統供電系統節能降耗的重要性

地鐵低壓供電系統主要采取400V供配電系統，以用電性質為劃分依據，可將其簡單劃分為兩個部分，一是動力照明系統，該系統主要由降壓變電所構成。二是牽引供電系統，其主要由牽引變電所構成[2]。降壓變電所為地鐵照明和動力提供電力來源，牽引變電所為地鐵列車提供電能，兩個系統的劃分界限就是400V開關柜。隨著國內經濟、科技的不斷發展，大城市地鐵基礎建設規模不斷增大，占城市電能消耗的比重也不斷上升。同公交等地面交通不同的是，地鐵的運行完全依賴于電力系統，研究地鐵供電系統節能降耗技術對建設環保、可持續發展社會有重要意義，這主要體現在：①經濟效益：在市場經濟體制下，地鐵建設、運營以及維護成本高，減少供電系統電能消耗，能夠節約地鐵運營成本，提升企業經濟效益，增強運營企業市場競爭力。②環境效益。國內電力生產依靠火力發電，增加煤炭、石油等不可再生資源的用量，破壞自然生態。實現地鐵供電系統節能降耗，能夠減少資源消耗，對保護自然生態有重要意義。③社會效益。地鐵供電系統有賴于城市電力系統的支持，降低地鐵的電能消耗，能夠節約社會資源，為城市其他公共建設服務，避免電力供應不足[3]。

2地鐵供電系統能耗分析

2.1 低壓配電系統在地鐵運營過程中產生的電能消耗

低壓配電系統主要由動力照明配電線路和降壓變電所組成，為車輛段、車站、照明、辦公、電扶梯、水泵以及風機空調等信號、自動化以及通信設備提供電源。低壓配電能耗主要組成部分有：①地鐵門梯系統能量消耗，如雜物梯、客梯、貨梯、自動扶梯等設備，這些設備在地鐵運行期間隨時保持啟動狀態，消耗大量電能。②通風制冷、給排水系統，如冷水機組、消防水泵、污水泵、風機等。③照明系統：地鐵站基本設置在地下，在站臺、站廳、設備房、隧道區間、辦公區等均需設置照明設備，能量消耗極大[4]。④其他，包括自動售檢票、地鐵信號、綜合自動化等系統，盡管這些系統屬于弱電設備，但為保障各個系統穩定運行，需要24h不間斷供電，對弱電設備的儲蓄電池進行充電。地鐵中弱電設備眾多，集中用電仍然消耗較多電能。此外，辦公用電、物業開發用電等也是地鐵電能消耗的重要組成部分，辦公用電包括車站辦公環境中的辦公設備、照明設備及電梯設備等。商業電能消耗如商鋪開發、物業開發、地鐵商業建設施工等用電[5]。

3 地鐵供電系統節能降耗措施

3.1 結合地區氣候特點，控制通風空調啟動用量

通風空調系統是地鐵電力消耗的重要構成部分，通風設備、排氣系統需長期連續性運轉。地鐵空間相對封閉，客流量較大，必須通過空調與通風系統來保持氣流運動和調節溫度，確保舒適度。對于通風空調設備的節能降耗措施可從以下方面入手：春季和秋季兩個季節的天氣相對涼爽，日間與晚間溫差不大，可以降低通風空調啟動量，一般啟動1/3～2/3的空調數量即可，節約電能消耗。地面站臺則可用自然通風，啟動小系統確保設備房通風即可。冬季氣溫低，地下站臺可僅開啟通風功能，夏季溫度高，可在空調系統中安裝自動溫控啟動裝置，根據氣溫決定空調開啟數量。

3.2控制照明

對于室外區域，如車輛段、車站室外廣場、停車場、高架區間等，投入使用太陽能照明設備，日常照明開啟太陽能燈即可，滿足室外照明，降低照明能耗。對于地下和室內照明區域，可以在站臺、站廳以及站口等照明設備中安裝光照控制器，控制照明燈啟停;由于不同區域客流量不同，可根據客流量合理調節照明設備的啟動和停止，夜間停運后自動關閉大部分照明設備，減少能耗。在設備房、辦公房以及巡視通道等照明不常用區域，可安裝聲控開關，實現聲控啟停照明設備。在非運營時段，將車站指示類照明設備全部關閉。

3.3充分利用變頻技術

風機系統、電扶梯等是地鐵運營中電能消耗較大的系統，均需長時間不間斷地運行。采用變頻電扶梯，進行分時段管理，在高峰期采取高頻率運轉，其余客流量較少的時刻，采取低頻率運轉。當無人乘坐電梯時，供電頻率設置為最低，既能確保客流通行順暢，又能實現節能環保。此外，以變頻通風空調系統取代傳統風機風量的控制功能，可以極大降低電能消耗[6]。

3.4 牽引動力系統節能措施

牽引變流系統和復變流系統是整個車輛能量轉換的重要構成，節能降耗可以從這兩大系統入手。近年來碳化硅功率器件逐漸投入市場，其具備耐高壓、工作頻率高、耐高溫等特點，能夠提升車輛牽引變流器、輔助變流器的效率，實現減輕整車質量與節能的目的，因此在變流器設計中可采取碳化硅功率器件。另外，永磁同步牽引傳動技術近年來在國內外受到了廣泛關注，其具有過載能力強、效率高、功率因數高以及噪聲低等特點，若在軌道牽引傳動系統中加入永磁同步電機，能降低電機自身發熱，尤其是降低轉子發熱量，因此能依據系統需求，實現全封閉設計，減少了清掃維護工作的同時，降低了噪聲，相關研究報道，采用永磁同步牽引系統的列車每年節省電能可達14萬KW·h。

結語

地鐵是人們出行的重要交通工具，對城市形象建設有重要意義。隨著地鐵基礎建設規模擴大，地鐵能源消耗問題引起了相關部門和人員的重視，地鐵供電系統中應用節能降耗技術對城市地鐵運行系統的穩定和可持續發展有重要意義。因此，需要從多方面入手，利用現代化技術，提升地鐵設備運行效率，實現節能減排。

【參考文獻】

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