智能照明系統在濟南地鐵1 號線的應用

孫二杰

濟南軌道交通集團建設投資有限公司，山東 濟南 250000

0 引言

與地面交通工具相比，地鐵噪聲污染較小，節省城市用地，可大大緩解城市交通壓力。地鐵是能耗大戶，其中牽引系統能耗約占50%，照明系統能耗約占10%，節能空間巨大[1]。隨著科技的發展及國家對節能重視程度的增加，智能照明系統在地鐵中的應用越來越廣泛。實現地鐵照明智能化管理及多種模式的控制，不僅有利于節約電能，還能提高運營維護效率[2]。

濟南地鐵1 號線大致呈南北走向，共設車站11 座，其中高架車站7 座，高架車站屋頂中間設置采光帶，高架車站剖面圖如圖1 所示。光伏與軌道交通車站結合在山東省甚至全國都是一個新的嘗試，同時車站內部設計了智能照明系統，該設計完全符合濟南“安全地鐵、綠色地鐵、智慧地鐵、品質地鐵”的理念，完全符合國家節能降耗的號召，也為其他城市后續建設軌道交通提供了參考。車站效果圖如圖2 所示。

圖1 高架車站剖面圖

圖2 高架車站效果圖

1 地鐵照明系統概述

1.1 地鐵照明照度要求

地鐵車站可分為公共區區域、出入口區域、設備區區域三個功能區域，每個區域包含并相互連接。不同區域功能不同，具體照度要求也不同，其中，車站公共區域的照度標準值如表1 所示。

表1 車站公共區域照度標準值

1.2 地鐵照明系統設計

車站公共區照明一般以車站中心線為界，分成A、B 兩端，由兩端照明配電室各負責一半站廳、設備管理用房及出入口照明。

車站照明分為正常照明、應急照明（疏散照明和備用照明）、廣告照明、安全特低電壓照明、區間照明等[3]。

1.2.1 正常照明

照明配電采用放射式和樹干式相結合、以放射式為主的配電方式。

車站每個照明配電室內各設2 個照明總配電箱，負責站廳、站臺公共區、出入口的照明，以及站臺板下照明的配電和控制。照明配電箱內三相照明回路負荷應基本平衡，回路的最大電流差不宜大于30%。

1.2.2 安全特低電壓照明

變電所電纜夾層、電纜溝和折返線檢查坑內的照明電源應采用24 V 安全電壓等級。

1.2.3 消防應急照明和疏散指示系統

車站設置集中電源式集中控制型消應急照明和疏散指示系統，系統由應急照明控制器、應急照明集中電源、集中電源式集中控制型燈具組成，系統后備時間不低于90 min。

1.2.4 備用照明

備用照明電源系統設置EPS 電源柜，在車站兩端配電室內各設一組EPS，負責車站備用照明的配電。EPS 電源柜由變電所0.4 kV 開關柜兩段低壓負荷母排上各引來一路電源供電，在柜內自動切換。正常時采用交流旁路220/380 V 供電，在兩路交流電源都失壓的情況下，由220 V 轉380 V 逆變電源向備用照明供電。蓄電池的持續供電時間不小于90 min。

備用照明設置于車站控制室、綜合監控室、變電所、配電室、環控電控室、消防泵房等房間。變電所、配電室、車站控制室等應急指揮和應急設備設置場所的備用照明照度不應低于正常照明照度的100%，其他場所的備用照明照度不應低于正常照明照度的10%。

1.2.5 區間照明

區間照明分為正常照明及疏散照明，區間每隔100 m 設置正常照明分箱給正常照明燈具提供電源，疏散照明由消防應急照明和疏散指示系統提供電源。

區間每隔10 m 設置一盞正常照明燈，每隔10 m設置一盞疏散照明燈，正常照明燈與疏散照明燈數量按1 ∶1 間隔布置。在地下區間的岔線、折返線等處應設置加強照明，以滿足檢修維護要求。

2 智能照明系統概述

智能照明系統按照控制方式一般分為開關控制和調光控制兩大類。其中調光控制模式又分為回路調光控制和DALI 調光控制。

2.1 回路調光控制

回路調光控制目前應用較廣泛的為0～10 V 調光。0～10 V 調光裝置有兩條電路，一條為普通相線，通過調光裝置連接燈具驅動電源；另一條是調光參考電路（0～10 V），為燈具的驅動電源提供參考電壓，進而實現燈具的調光。0～10 V 調光的原理如圖3 所示。在照明配電箱內增設開關控制模塊，一般為4 路、6 路、8 路，通過模塊可實現對每個回路的開關控制，該控制方式布線簡單，調試方便[4]。

圖3 0～10 V 調光原理圖

2.2 DALI 調光控制

數字可尋址照明接口（Digital Addressable Lighting Interface,DALI）協議是開放式異步串行數字通信協議，用于照明系統控制具有不可替代的優勢。DALI 調光是數字調光，抗干擾能力強，傳輸距離遠，不會受其他信號的干擾而出現失真或誤碼的情況。DALI 調光為雙向通信，系統可以向燈具下發指令，燈具也可以向系統反饋狀態，無需重新布線即可實現重新分組控制[5]。

每個燈具都有一個獨特的編碼，因此可以對單燈進行控制，控制方式更加靈活。但其電源價格高、系統調試較復雜，限制了其在地鐵中的應用。

3 智能照明系統在濟南地鐵中的應用

濟南地鐵1 號線是濟南市第一條建成運營的地鐵線路，線路起于工研院站，途經長清區、市中區、槐蔭區，止于方特站，大致呈南北走向，其中地下站4 座、高架站7 座。

針對1 號線既有高架車站也有地下車站的特點，對比幾種控制方式，最終確定7 座高架站公共區全部采用0～10 V 調光控制模式。在公共區、出入口等位置布置照度傳感器，感知室外亮度，根據室外亮度,通過調光模塊實現對燈具亮度的調節，充分利用太陽光，達到節能目的。4 座地下車站僅鋼結構雨棚照明采用0～10 V 調光控制，地下車站公共區及出入口通道采用開關控制模式。在鋼結構雨棚沒有遮擋的地方安裝照度傳感器，公共區及出入口通道由于無法接收到外部陽光，車站內照度不會發生變化，沒有調光的必要，因此采用開關控制。

3.1 系統構成

智能照明系統由服務器、總線耦合器、時鐘控制器、開關控制器、照度傳感器、可編程控制面板、彩色觸摸屏、監控軟件等構成。智能照明系統在車控室墻面設置彩色觸摸屏，并安裝智能照明系統監控主機，監控主機上安裝人機界面軟件。

3.2 系統控制

控制面板為總線智能型，無須改變接線方式，通過軟件調整、設定即可實現其功能和控制。通過車站車控室安裝控制面板，可對照明進行多種方式的控制，界面如圖4 所示。

圖4 站臺觸摸屏交互界面

3.2.1 場景控制

根據地鐵運營需要，可針對所控區域的燈光或其他電器設備等預先設定各種場景，需要時可通過車控室觸摸屏、BAS 或者根據照度控制。運營公司根據營運特點，設置每個場景的時間。例如，正式運營前一個小時開啟準運場景；客流高峰期為7：00—9：00，17：00—19：00，此時間段設置為運營場景。所有模式可隨時根據地鐵運營公司實際運營時間表確定，時間可調，如表2 所示。

表2 地鐵車站照明模式表

3.2.2 照度控制

高架車站的照明控制還應具有照度控制模式，通過感知室內外環境照度值來決定燈光亮度。照度模式可以根據照度值實現平滑無極調光。例如，出入口地面鋼結構雨棚照明、出入口綜合資訊、出入口導向、出入口地鐵徽標應設置單獨回路配電，并由照度傳感器控制。

3.3 系統功能

（1）壞燈檢測。調光控制模塊、開關控制模塊內置電流互感器，通過實時檢測各回路的電流值，實時監測電流是否有突變。如發生突變，說明該回路中燈具存在故障，可以將故障信息上傳至上位機報警。

（2）電量統計。通過統計各模塊的用電量，可計算出各站用電量，方便了解現場運營狀況。

（3）過零斷開。自鎖繼電器應用了零點斷開技術，該技術的應用大大降低繼電器閉合時的熱量及電弧，經過大量實驗驗證，應用該技術后繼電器壽命大大延長。

4 結論

在地鐵車站站廳層、站臺層、出入口通道的公共照明，采用高效、靈活、節能的智能照明控制系統，通過多種控制方式，并結合后臺可視化軟件的集中管理，可以實現簡潔、經濟、高效的照明控制。車站智能照明控制系統不但可以為地鐵的車站管理節省人力，而且通過能源管理也為地鐵項目減少了電費支出，并產生良好的社會經濟效益。