軌道交通機電設備系統節能技術研究

馬棟

中鐵十六局集團電氣化工程有限公司

1 前言

軌道交通機電設備有給排水設備、中央空調、車輛空調、自動門、屏蔽門以及消防噴淋系統、AFC系統、電源控制等系統中的設備，針對上述設備的管理主要有集中式、分散式兩種，依托管理系統加強調度落實軌道交通運營目標。在信息時代軌道交通機電設備可經由服務器獲取動態的文本及圖像等資料，為軌道交通運輸部門科學使用機電設備提供依據。然而，當前有些機電設備系統存在能耗較高的問題，與軌道交通運輸系統節能環保發展趨勢背道而馳，阻滯軌道交通機電設備更新迭代。基于此，為使軌道交通運輸系統良性發展研究軌道交通機電設備系統節能技術顯得尤為重要。

2 軌道交通機電設備發展現況

軌道交通機電設備是城市軌道及鐵路交通運輸所需裝備的統稱，主要包括牽引供電、通信信號、機車車輛、安全保障、養路機械、運營管理等方面相關的機電裝備。當前我國屬于軌道交通建設世界最大市場之一，未來將致力于實現機電設備國產化發展目標，在自主知識產權助力下研發更新技術，助力軌道交通機電設備生產。軌道交通機電設備制造業是提供優質裝備的“主力軍”，該市場進入壁壘較高，相較于一般的機電設備制造業該市場競爭激烈，同時具有較高的資金壁壘及技術壁壘。為避免惡性競爭及資源浪費，當前我國針對軌道交通機電設備生產制造市場加強監管，嚴格審查機電設備設計、生產、質檢等各個環節并針對市場準入制度予以完善，根據市場需求助推軌道交通機電設備革新。新時代對軌道交通機電設備綠色、節能、環保的要求更高，然而相關設備在設計制造及系統性運用進程中卻存在設計低效、節能方法欠佳、綜合管理滯后、人才不足的問題，影響軌道交通機電設備系統節能成效。

3 軌道交通機電設備系統節能要點

3.1 標準為基

在軌道交通建設進程中專職機構不斷積累經驗并設定標準，旨在引導該運輸系統良性發展，亦針對軌道交通機電設備節能提出要求，為有關設備系統能效評定給予支持。這就需要軌道交通機電設備系統節能做到標準為基，以《城市軌道交通機電設備節能要求》（GB∕T 35553—2017）為例，采用三相異步電動機試驗法、標準化風道進行性能試驗法、容積式壓縮機驗收試驗等方法對電力變壓器、工業通風機、不間斷電源設備等進行能效評定，確保對有關設備系統節能成效的評價科學高效，旨在“以評促改”，為軌道交通機電設備系統節能規劃設計提供依據，保障該系統節能達標，滿足新時代軌道交通可持續發展需要。

3.2 循序漸進

軌道交通機電設備系統節能技術的有效應用重點在于循序漸進，主要源于設備需與系統相匹配，亦在軌道交通綜合管理能力的范疇，基于此相關設備需與其所在系統齊頭并進，在具備節能環保優勢的同時還需通過檢修、規范操作、故障處理達到節能的目的。這就需要用動態眼光看待軌道交通機電設備系統節能問題，持續引入新理念、新設備、新技術。例如，可在軌道交通機電設備系統中引入傳感器，負責全天候監控機電設備，將系統中的信息通過傳感器顯示在中央處理器中，使軌道交通機電設備系統管理部門能時刻了解節能情況，在此基礎上調適系統及設備參數，還可為有關設備檢修、運維、養護、更換提供條件，繼而從實際出發循序漸進的改善機電設備系統使軌道交通更具節能優勢。

3.3 創新爭優

創新是助推軌道交通機電設備系統節能及可持續發展的內驅動力，使軌道交通能與時俱進，以BAS（EMCS）系統為例，依托計算機程序在特定條件下針對局域環路進行控制并達到節省能耗的目的，與以往的控制系統相比此系統平臺更為安全穩定、組態軟件靈活多樣、控制網絡合一、系統功能模塊化、人機界面友好、可接入各類設備，在此基礎上實現軌道交通機電設備安全監測、管理、檢修目標，還可應用測量、統計、預測等功能為軌道交通機電設備系統節能效果優化提供依據。以軌道交通機電設備系統診斷為例，可在BAS（EMCS）系統獲取測量值的同時分析需求，整合跳閘電流、設備維護、操作時間等數據為系統診斷及節能參數優化提供一手資料，加之告警管理、事件管理、趨勢曲線等功能模塊，為軌道交通機電設備系統節能技術創新給予幫助[1]。

4 軌道交通機電設備系統節能主要技術

4.1 照明節能技術

軌道交通機電設備系統在應用照明節能技術之初需依據用電負荷分布規律合理設置配電室，達到減少線路損耗的目的，照明供電回路需合理劃分，根據客流設計投切照明回路，在此基礎上選擇節能照明設備，例如在公共區設置節能型熒光燈，將金屬鹵化物及其他照明光源安裝在車輛段大空間內，氣體放電燈還需配備無功補償裝置，在站廳或進出口通道處安裝廣告燈箱，計算照度時需考慮到廣告燈箱對公共區照明帶來的影響，盡量減少照明燈具，列車停運后關閉廣告燈箱減少能耗。在使用照明裝置的同時安裝電子鎮流器，解決傳統照明裝置功率因數低、功率損耗大、維系較為困難等問題。在軌道交通機電設備系統中使用LED照明裝置，發揮該照明設備能耗低、高效光、免維護、易控制、壽命長等優勢，同時還可利用LED燈美化環境。

4.2 復合屏蔽門技術

屏蔽門在軌道交通運輸中屬于重要的組成部分，具有自動、安全、穩定等特點，可降低軌道交通機電設備系統用電負荷，例如在復合屏蔽門的上端設置控風閥通風口，能在軌道交通運輸系統中引入自然風，有效控制空調負荷并減少通風能耗，在設計通風口時需考慮結構荷載、密封效果等因素。復合屏蔽門的突出特點是功能性強，在軌道交通機電設備系統節能技術水平不斷提升的背景下將凸顯其復合性，與照明能耗、人流量等數據的整合關聯在一起，為該系統能耗控制提供復合型信息，使軌道交通機電設備系統節能管控更具綜合性及實效性。

4.3 環控系統節能技術

首先，軌道交通機電設備運輸系統可配置多聯機，依據節能需要靈活匹配電容量，具有系統設計簡單、無技術壁壘等特點，可解決系統季節性能耗超標的問題，可優化系統能源調配效果，聯合運用冷卻塔供冷技術實現節能目標；其次，改進環控系統運行模式，利用水系統完成能源調節任務，通過冷卻水、冷凍水流量雙變解決水體運輸能耗問題，用變水溫調節模式取代單一的水系統，使機組整體可以節約能耗；最后，加大環控系統能耗監控力度，在局部監控的同時增強能耗監控關聯性，從一體化的角度切入根據監控結果改進系統，推行針對性、整體性兼具的節能策略，提升環控系統節能水平。

4.4 “互聯網+”節能技術

信息時代軌道交通機電設備系統節能技術發展離不開軟硬件及網絡系統，旨在共享節能數據，賦予各系統聯動性，打造集成化的節能技術應用體系，這就需要軌道交通機電設備系統節能有效運用“互聯網+”技術，例如在將傳感器敷設在機電設備所處系統的前提下利用大數據技術，搜集、存儲、挖掘有關系統節能數據的內在價值，總結以往的節能技術應用經驗，關注有關設備實際的能耗，預測系統能耗趨勢，使軌道交通機電設備系統節能技術的應用有據可依，以免技術與現實不符。新時代節能數據屬于軌道交通機電設備系統優化升級的寶貴資源，除通過挖掘數據價值加強管控外，還可利用數據創設節能評價模型及能耗風控模型，旨在利用計算機技術分析現階段軌道交通機電設備系統節能優劣，在此基礎上改進該系統，從能耗管理、設備運維、線路設計等方面著手完善該系統節能技術應用體系[2]。

5 軌道交通機電設備系統節能技術應用的路徑

5.1 提高節能系統設計質量

為使軌道交通機電設備系統節能技術得以發揮作用需加大設計力度：第一，架構設計。新時代軌道交通機電設備系統節能技術的應用離不開硬件及軟件，前者包括Web服務器、應用服務器、數據庫服務器等，后者包括高級應用層、技術支撐層、數據采集層等；第二，實施設計方案。在架構設計完畢后要規設節能數據采集系統，敷設網絡并連接終端設備獲取各類信息，在軟件分析基礎上用狀態圖、報表等方式顯示節能情況并分析電能質量，研究電流電壓諧波、電壓偏壓、諧波潮流等，創設節能模型，從定量角度切入挖掘數據，研究能源流轉、平衡狀態、綜合利用等情況，采用因素分析、統計分析、平衡分析、結構分析等方法并形成OLAP模型；第三，生成節能策略。利用數字系統預測機電設備能耗，從歷史數據中采樣為參數設計奠定基礎，建立非線性能源消耗數字模型，對軌道交通機電設備系統能耗予以控制，有效降低該系統運營成本。

5.2 改進機電設備系統節能的方法

在軌道交通機電設備系統創新爭優的背景下該系統節能的方法不斷豐富，需立足實際改進節能方法，提高機電設備系統節能質量。以車輛節能為例，可選用交流牽引系統，發揮變頻調速優勢，解決附加電阻發熱通風制冷設備能耗上漲的問題，該系統具有再生制動功能，利用車輛制動工況概率高、不同車輛牽引力存在差異及車輛行駛密度大的特點回收制動能量，加之選用輕體不銹鋼車輛節約運輸能量，還可減輕軌道磨耗，降低維修頻率，達到機電設備系統節能的目的。

5.3 加強機電設備系統綜合管理

軌道交通機電設備種類較多，環境控制系統、車站機電設備監控等系統的運行要求各異，加之相關系統節能標準的約束，需加強機電設備系統綜合管理。首先，管理人員要充分的了解軌道交通機電設備系統及節能需要，在此基礎上做好頂層設計，緊抓節能要點，整合節能所需資源，如技術、設備、制度等；其次，關注系統運行動態，立足節能管控要點加強干預，及時解決機電設備能耗大于預期的問題，使機電設備系統節能技術的應用更具實時性；最后，反觀軌道交通機電設備系統節能技術應用實況，發現節能短板，調整管理對策，改進設備系統，使該系統可以與時俱進，繼而提升軌道交通機電設備系統的節能水平。

5.4 培養機電設備系統節能人才

軌道交通機電設備系統節能技術的有效應用離不開人才，只有相關系統的管理者、檢修人員、設計者均能樹立節能意識并遵循國家標準、實事求是、重視創新才能助推該系統持續發展并提升節能水平。這就需要針對軌道交通機電設備系統節能人才加強培訓，助其掌握新理念、了解新標準、懂得新技術，能將培訓所學內容應用到日常工作中，旨在為該系統節能降耗夯實人才基石。

6 結束語

綜上所述，軌道交通機電設備系統節能技術的高效運用具有助推該系統可持續發展的價值，這就需要該系統能將標準為基、循序漸進及創新爭優視為節能技術應用的要點，結合實際妥善運用照明節能技術、“互聯網+”節能技術、環控系統節能等技術，在此基礎上提高節能系統設計質量，改進機電設備系統節能方法，加強機電設備系統綜合管理，還需培養機電設備系統節能人才，繼而助推軌道交通機電設備系統良性發展。