關(guān)于地鐵低壓配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的探究

【摘要】經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展在給我國(guó)帶來(lái)了GDP增長(zhǎng)的同時(shí)，也為城市帶來(lái)了交通擁堵的問(wèn)題。交通擁堵嚴(yán)重影響著人們的工作和生活，也影響到我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。地鐵的出現(xiàn)為解決交通的擁堵帶來(lái)了曙光。地鐵的設(shè)計(jì)從簡(jiǎn)單粗糙到逐步完善，經(jīng)歷了好幾個(gè)發(fā)展階段。但無(wú)論怎樣地鐵的運(yùn)行都是要消耗很大的能量的。在如今這個(gè)積極倡導(dǎo)低碳環(huán)保、綠色出行的時(shí)期，降低地鐵的能耗，成了地鐵設(shè)計(jì)師們努力的方向。

【關(guān)鍵詞】地鐵；節(jié)能；低壓配電；智能照明；環(huán)控節(jié)能

地鐵的出現(xiàn)不是偶然的，它的出現(xiàn)是為了緩解日益嚴(yán)峻的城市交通擁擠問(wèn)題。從二十世紀(jì)六十年代末北京建成我國(guó)第一條地鐵以來(lái)，地鐵設(shè)計(jì)師們陸續(xù)為全國(guó)很多城市設(shè)計(jì)了地鐵。幾十年來(lái)，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)師們不斷地研究，地鐵無(wú)論從安全性、服務(wù)性、方便性等方面都有了很大的提升。在地鐵的功能不斷完善后，怎樣實(shí)現(xiàn)地鐵的節(jié)能環(huán)保就成了地鐵設(shè)計(jì)師們要解決的另一大技術(shù)問(wèn)題。

一、地鐵的必要性分析及我國(guó)地鐵發(fā)展的現(xiàn)狀

1.1建地鐵的必要性 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等各個(gè)行業(yè)都有了飛速的發(fā)展。近些年來(lái)，我國(guó)的城市化水平不斷提高，進(jìn)城務(wù)工的人員不斷增多。像北京、上海、廣州這三個(gè)一線(xiàn)城市的人口已經(jīng)達(dá)到了一千多萬(wàn)，這里邊流動(dòng)人口就占很大的一部分，比如廣州，廣州的流動(dòng)人口就達(dá)到總?cè)丝诘囊话?。這么多的人每天要出行，想想會(huì)給這些城市的交通帶來(lái)多大的壓力。如果僅僅依靠地上交通設(shè)施是很難滿(mǎn)足這些人的出行需要的。因此，我們的設(shè)計(jì)師們就想到了利用地下空間。其實(shí)，利用地下空間建地鐵并不是我國(guó)的首創(chuàng)。最早的地鐵是1863年英國(guó)的“大都會(huì)鐵路”。北京在1965年開(kāi)始建第一條地鐵，1969年通車(chē)。接下來(lái)，在北京、上海、廣州、天津等地陸續(xù)建起地鐵。進(jìn)入21世紀(jì)以后，像沈陽(yáng)、成都、南京等省會(huì)城市也建起了地鐵，現(xiàn)在甚至于一些二線(xiàn)城市也都有了自己的地鐵?？梢哉f(shuō)，地鐵成了緩解城市交通擁擠的一項(xiàng)最有效的措施。在城市中，地鐵也是上班族、打工族等出行的主要交通工具。

1.2我國(guó)地鐵發(fā)展的現(xiàn)狀及展望 我國(guó)自1965年在北京建成第一條地鐵后，相繼在全國(guó)的其他城市比如上海、廣州、天津、深圳、大連等城市也建設(shè)了地鐵。地鐵產(chǎn)業(yè)在中國(guó)已經(jīng)成為了一個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的城市化進(jìn)程不斷加快，城市人口越來(lái)越多。因人口增加帶來(lái)的交通堵塞問(wèn)題已經(jīng)成為了影響我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一大阻礙。據(jù)有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)交通堵塞每年給國(guó)家?guī)?lái)的經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)了上千億元。交通擁堵已經(jīng)成了政府亟待解決的問(wèn)題。地鐵的出現(xiàn)為解決這個(gè)問(wèn)題帶來(lái)了希望。地鐵有效地利用了地下空間，并且相對(duì)于其他的交通方式具有運(yùn)行速度快，承載量大，保護(hù)環(huán)境等優(yōu)勢(shì)。地鐵有這么好的發(fā)展前景，同時(shí)地鐵的發(fā)展存在也存在一些技術(shù)問(wèn)題，比如地鐵的建成需要消耗很多的材料并且地鐵的運(yùn)行也會(huì)損耗很大的能量。如何降低地鐵的能耗成了地鐵設(shè)計(jì)師們急需解決的問(wèn)題。

二、地鐵低壓配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

如今，我們國(guó)家正在倡導(dǎo)低碳環(huán)保，節(jié)能減排。節(jié)能也成為了評(píng)定地鐵優(yōu)劣的一項(xiàng)新的指標(biāo)被寫(xiě)了出來(lái)。我們現(xiàn)在對(duì)于地鐵的低壓配電系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的節(jié)能措施主要有以下這幾項(xiàng)：電房的設(shè)計(jì)和電纜的截面的選擇、變頻啟動(dòng)在電梯設(shè)計(jì)上的應(yīng)用、照明節(jié)能、用電的智能管理等等。

2.1電房的設(shè)計(jì)和電纜的選擇

x如果我們?cè)谥挥?jì)算有功損耗的情況下，則通過(guò)公式，我們可以看到地鐵的有功損耗與R成正比，進(jìn)一步可以看出與電纜的長(zhǎng)度成正比關(guān)系但與電纜的橫截面積成反比關(guān)系。通過(guò)上面的分析可以看出在選擇電纜時(shí)盡量選擇較粗的，這樣雖然會(huì)增加經(jīng)濟(jì)投入，但粗的電纜的壽命相比細(xì)的電纜要長(zhǎng)，所以，從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，選擇粗的電纜更合適。再說(shuō)電房的設(shè)計(jì)，基于電纜的長(zhǎng)度越短有功損耗越小考慮，電房應(yīng)盡量設(shè)在照明動(dòng)力負(fù)荷的中心位置。環(huán)控電控室應(yīng)設(shè)在距離冷水機(jī)房和環(huán)控機(jī)房最近的位置。而對(duì)于地鐵的變電室的選擇，則應(yīng)考慮把它設(shè)置在弱電壓區(qū)。區(qū)間的風(fēng)機(jī)房則要根據(jù)實(shí)際情況選擇配備相應(yīng)的低壓配電室。

2.2地鐵的環(huán)控節(jié)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)環(huán)控空調(diào)系統(tǒng)時(shí)首先應(yīng)該滿(mǎn)足實(shí)際的需要，在滿(mǎn)足實(shí)際的需要的同時(shí)，要盡量地降低環(huán)控空調(diào)負(fù)荷。怎樣降低環(huán)控空調(diào)的負(fù)荷，降低環(huán)控空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗，針對(duì)這些問(wèn)題，我們提出下面的措施。

2.2.1新風(fēng)部分的節(jié)能 為了達(dá)到節(jié)能的目的，控制和能夠正確地使用新風(fēng)很關(guān)鍵。室內(nèi)通入新風(fēng)的目的是為了保持室內(nèi)空氣的質(zhì)量。評(píng)價(jià)室內(nèi)空氣質(zhì)量的一項(xiàng)重要的指標(biāo)就是空氣中二氧化碳的濃度。正常情況下，二氧化碳的濃度應(yīng)控制在1000ppm。為了減少新風(fēng)的進(jìn)入量，可以從減少室內(nèi)污染物的數(shù)量和提高新風(fēng)的質(zhì)量上做文章。除此之外，還可以通過(guò)室內(nèi)二氧化碳的濃度來(lái)掌控新風(fēng)、排風(fēng)以及回風(fēng)的相關(guān)控制閥門(mén)。使得這些新風(fēng)控制閥門(mén)從固定控制變?yōu)樽詣?dòng)控制形式。據(jù)數(shù)據(jù)顯示新風(fēng)的自動(dòng)控制形式比固定控制形式的冷負(fù)荷要降低25%。

2.2.2正確使用能量回收裝置 在回收排風(fēng)中的部分冷風(fēng)時(shí)，主要用到了一種全熱交換裝置。采用這種系統(tǒng)要求室內(nèi)的排風(fēng)的焓值要低于室外空氣的焓值。基于這個(gè)考慮，我們就要求這個(gè)系統(tǒng)在室內(nèi)的空調(diào)取得最小的新風(fēng)量時(shí)才能啟動(dòng)。在其他的季節(jié)無(wú)論是室內(nèi)進(jìn)入新風(fēng)還是室內(nèi)回風(fēng)的排除都必須繞過(guò)交換器。

2.2.3選用高效、調(diào)控性能好的動(dòng)力設(shè)備 風(fēng)機(jī)和水泵是空調(diào)系統(tǒng)中主要的動(dòng)力設(shè)備。風(fēng)機(jī)和水泵的工作效率除了受自身?xiàng)l件的影響，也受管路系統(tǒng)阻力的影響。選擇時(shí)應(yīng)把管路的阻性考慮在內(nèi)?；诳照{(diào)系統(tǒng)大部分是在部分的負(fù)荷的條件下運(yùn)行的。所以，應(yīng)該把設(shè)備的最高工作點(diǎn)設(shè)計(jì)在峰值負(fù)荷的80%左右。在非峰值時(shí)，要通過(guò)改變?cè)O(shè)備的流量的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。具體的做法是改變管路性能曲線(xiàn)已達(dá)到是設(shè)備滿(mǎn)足調(diào)控的目的；改變?cè)O(shè)備的轉(zhuǎn)速達(dá)到滿(mǎn)足變流量的要求。

2.2.4變頻器在地鐵環(huán)控節(jié)能上的應(yīng)用 基于一年四季溫度高低不同以及地鐵的運(yùn)行具有高低峰期的差別，如果在任何條件下都讓風(fēng)機(jī)在工頻下運(yùn)行會(huì)浪費(fèi)很大的能量而且也影響舒適度。變頻器的出現(xiàn)就很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。在車(chē)站的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)以及大功率組合式空調(diào)柜中采用變頻器能夠在不大范圍改變?cè)瓉?lái)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的前提下，有效地調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的速度以及空調(diào)機(jī)的頻率，并且還節(jié)省了很大一部分能源。

2.2.5電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)在地鐵環(huán)控節(jié)能上的應(yīng)用 軟啟動(dòng)是集電機(jī)軟啟動(dòng)，輕載節(jié)能，軟停車(chē)以及多重保護(hù)功能于一身的新的電機(jī)控制裝置。它能使得電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)能夠達(dá)到無(wú)沖擊平滑地啟動(dòng)。并且能夠根據(jù)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際負(fù)荷調(diào)節(jié)啟動(dòng)過(guò)程中的相應(yīng)參數(shù)比如啟動(dòng)的時(shí)間以及限流值。它的工作原理是通過(guò)不同的途徑控制導(dǎo)通角，進(jìn)而達(dá)到使得電機(jī)的輸入電壓隨著不同的用電需要而改變的目的。軟起動(dòng)裝置的配備可以使得設(shè)備在啟動(dòng)時(shí)線(xiàn)路中電壓的波動(dòng)小，并且電流的變化也小。它的這個(gè)特點(diǎn)使得軟起動(dòng)裝置適合用在配有大容量的電動(dòng)機(jī)以及需要頻繁地進(jìn)行啟動(dòng)的設(shè)備上。地鐵的環(huán)控系統(tǒng)比如通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)中電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)就需要安裝這種軟起動(dòng)裝置。

2.2.6空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行中的節(jié)能 空調(diào)室內(nèi)的計(jì)算參數(shù)在夏季溫度為26℃左右，濕度為40%-65%。在冬季溫度為20℃左右，濕度為40%-60%。為了節(jié)能，我們可以讓夏季的溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)稍高一些，冬季的溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)稍低一些。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，如果在夏季，溫度從24℃升到28℃，空調(diào)調(diào)控系統(tǒng)的冷負(fù)荷可以降低37%。

2.3變頻啟動(dòng)在電梯設(shè)計(jì)上的應(yīng)用 在自動(dòng)扶梯的設(shè)計(jì)上我們可以配備變頻啟動(dòng)裝置。變頻啟動(dòng)裝置可以根據(jù)扶梯上的乘客量自動(dòng)調(diào)節(jié)扶梯的運(yùn)行速度。當(dāng)扶梯空載時(shí)，扶梯的光電啟動(dòng)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到?jīng)]有乘客，扶梯就自動(dòng)減慢運(yùn)行的速度。相反地，當(dāng)光電啟動(dòng)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到有乘客時(shí)，就自動(dòng)增大扶梯的速度，直到達(dá)到某已設(shè)定的速度為止。據(jù)統(tǒng)計(jì)，扶梯在空載運(yùn)行時(shí)的電流只為有乘客運(yùn)行時(shí)電流的三分之一。這樣就節(jié)省了很大一部分能量。除此之外，變頻啟動(dòng)裝置的使用大大降低了扶梯啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，從而降低了能耗。

2.4照明節(jié)能措施

照明耗能占整個(gè)地鐵耗能的很大一部分。如果我們能有辦法降低照明耗能就能為地鐵的節(jié)能貢獻(xiàn)很大的力量。下面我們從幾個(gè)方面介紹一下怎樣能夠讓照明節(jié)能。在照明所用的光源和附件的選擇上我們可以做到節(jié)能。在各地鐵站我們拋棄以前的粗管徑照明光源而選擇細(xì)管徑光源，比如T5還有T8。用這種方法既不影響照度又能有效地節(jié)能。對(duì)于每種直管熒光燈必須配置鎮(zhèn)流器。在以前，我們配備的都是普通的電感鎮(zhèn)流器?，F(xiàn)在，為了節(jié)能我們選用節(jié)能型電感鎮(zhèn)路器或電子鎮(zhèn)流器。相對(duì)于普通電感鎮(zhèn)流器，電子鎮(zhèn)流器的功耗大大降低了，甚至可以達(dá)到原來(lái)普通電感鎮(zhèn)流器的一半。除此之外，用電子鎮(zhèn)流器還能使得照明燈在打開(kāi)時(shí)，通過(guò)它的電流是逐步增大的，進(jìn)而起到保護(hù)照明設(shè)施的作用，延長(zhǎng)了照明燈的使用壽命。

針對(duì)公共區(qū)的照明，我們可以把它分為正常照明、廣告照明、導(dǎo)向照明、應(yīng)急照明、節(jié)能照明、停運(yùn)照明等情況。然后針對(duì)于不同的情況設(shè)計(jì)不同的回路，并在每個(gè)回路中設(shè)置接觸器，并將環(huán)境情況和監(jiān)控措施與接觸器產(chǎn)生的接觸信號(hào)連接在一起。根據(jù)環(huán)境的變化來(lái)控制采用那個(gè)回路進(jìn)行照明。在具體的設(shè)計(jì)上可以采用下面表格中的控制模式，實(shí)現(xiàn)照明的智能化。

地鐵車(chē)站照明模式控制表

除了上面提到的照明節(jié)能方法之外，我們?cè)谠O(shè)計(jì)廣告照明燈、指示燈、導(dǎo)向照明燈時(shí)選用LED照明。LED照明燈相對(duì)于白熾燈、熒光燈，它更環(huán)保、更省電、使用的壽命也更長(zhǎng)。隧道里的照明燈和應(yīng)急燈可以按照1：1的比例進(jìn)行安裝。按照公式（區(qū)間照明×50%×6h）/（區(qū)間照明×24h）×100%，可以計(jì)算出照明燈和應(yīng)急燈按照1：1設(shè)計(jì)可以節(jié)約照明用電的12.5%。

2.5在設(shè)計(jì)中采用低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置

在上面的設(shè)計(jì)中采用了變頻啟動(dòng)裝置，在照明中用到了鎮(zhèn)流器，這些會(huì)造成系統(tǒng)的諧波畸變較為嚴(yán)重。但是如果采用低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置，就會(huì)降低有用和無(wú)用的損耗。下面以廣州某地鐵段采用無(wú)功補(bǔ)償六天前后為例做簡(jiǎn)單介紹。采用低壓無(wú)功補(bǔ)償有功電量降低了2000左右，無(wú)功電量降低25000左右?；üβ室驍?shù)的最小值和平均值都有提高。可見(jiàn)，在設(shè)計(jì)中采用低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置很有必要。

2.6用電的智能管理

有了這么多的節(jié)能措施，比如電房的設(shè)計(jì)和電纜的截面的選擇、變頻啟動(dòng)在電梯設(shè)計(jì)上的應(yīng)用、照明節(jié)能等等。到底哪一項(xiàng)對(duì)于地鐵的節(jié)能貢獻(xiàn)最大呢，我們很難判斷得清。基于這個(gè)考慮，我們有必要加上智能的計(jì)量系統(tǒng)。這套智能系統(tǒng)能夠計(jì)量出在照明、扶梯以及其他的主要耗能方面分別對(duì)于能量的消耗，并還能看出采用哪種節(jié)能措施是最有效的。

總結(jié)

通過(guò)上面的介紹，我們可以看出針對(duì)于地鐵低壓配電系統(tǒng)節(jié)能措施有：照明節(jié)能、環(huán)控節(jié)能、電房的設(shè)計(jì)和電纜的截面的選擇、變頻啟動(dòng)在電梯設(shè)計(jì)上的應(yīng)用以及用電的智能管理這幾項(xiàng)。這些是我能想到的。但對(duì)于地鐵的節(jié)能措施還有很多，這么多的措施有待于我們的設(shè)計(jì)師們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。

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