地鐵車站的照明配電與控制設計探討

摘要：依據(jù)地鐵建設及運營的經(jīng)驗而言，車站的照明系統(tǒng)在車站的總體負荷占比15%左右，并且具有長期性及持續(xù)性的特點。車站照明系統(tǒng)需求為有效管理，提升能源的利用效率，在滿足照明需求條件之下給人們帶來美的享受，還需要滿足操作便捷及管理靈活，減少維護成本的支出。本文分析了我國地鐵車站的照明工程現(xiàn)況及照明設計中的重點問題，對地鐵車站中照明配電及照明控制的優(yōu)化思路和方法進行了闡述。

關鍵詞：地鐵車站;照明;配電;控制;優(yōu)化

地鐵車站照明設計范疇指的是車站照明配電及控制設計，地鐵車站的照明系統(tǒng)功率較大而且供電的時間長，按常規(guī)的照明模式，一個標準的地下2層車站在一年中耗電量能夠達到數(shù)十萬千瓦時以上，地鐵車站的用電量屬于用電大戶的范疇。因此，應結合技術的發(fā)展，不斷優(yōu)化地鐵車站照明系統(tǒng)配電及控制設計。

一、我國地鐵站的能耗情況

2016年我國新修建的城市軌道交通線路將達到89條，其建設里程能夠達到2500千米。我國軌道交通事業(yè)發(fā)展的迅猛之勢凸顯了能耗問題，地鐵車站照明系統(tǒng)的節(jié)能工作也變得極為緊迫。

地鐵系統(tǒng)能耗的特征

（一）能耗特點

地鐵對比其他城市交通運輸工具有低能耗的優(yōu)點，但是地鐵車站的設立、電能的消耗使其成為城市電能源的使用大戶。有關資料表明，在一年之中深圳地鐵一號線運營耗電達到1億千瓦時以上，其中運營耗電能夠到達36%左右，成為地鐵營運成本中的第三位。

（二）能耗分布

電負荷為地鐵營運的重要能耗。近幾年隨著科技的不斷進步，節(jié)能系統(tǒng)的完善及管理能力的提升，諸多設備均運用節(jié)能控制模式。例如空調及通風系統(tǒng)，只要在溫度及空氣質量達到相應的指定條件之下才運行。地鐵站中的自動扶梯基本上已經(jīng)使用了節(jié)能控制的模式，無乘客使用電梯時，其理論上只有12.5%的能耗在正常運行。雖然照明系統(tǒng)目前已采用節(jié)能燈具，但負荷比較大，占整個車站中設備負荷14.2%至16.1%，達到200千瓦左右，而且還有長期持續(xù)運行的特性。

二、目前地鐵車站中照明配電和控制狀況

（一）照明分類

地鐵車站照明分為正常照明（包括公共區(qū)正常照明、附屬房間照明等）、應急照明（包括備用照明和疏散照明）、安全電壓照明（包括變電所電纜夾層照明、扶梯下檢修通道照明和站臺板下照明）、廣告照明等。公共區(qū)正常照明又分為一般工作照明和節(jié)電照明。

（二）照明配電狀況

照明配電照明配電采用放射式和樹干式相結合、以放射式供電為主的配電方式。"車站內(nèi)正常照明采用交流220V電壓，由變電所的0.4kV開關柜配電，應急照明由應急照明電源系統(tǒng)供電。"車站公共區(qū)照明配電箱分別設在車站站廳、站臺兩端的照明配電室內(nèi)，配電箱控制的公共區(qū)照明范圍以車站中心線為界。"車站每個照明配電室內(nèi)設兩個照明總配電箱，電源應分別由降壓變電所不同低壓母線供電，兩個照明總配電箱交叉向站廳、站臺工作照明和節(jié)電照明供電，每個照明總配電箱各帶50%的公共區(qū)工作照明和節(jié)電照明負荷，同時兩照明總配電箱需為附屬用房照明配電箱提供電源。廣告照明電源由變電所三級負荷母線單回路供電。

（三）照明控制狀況

目前，地鐵車站照明控制主要為：站廳、站臺、出入口公共區(qū)的正常照明、標志照明、廣告照明等可在照明配電室控制，也可在車站綜控室由BAS控制。附屬用房的正常照明采用就地控制。公共區(qū)的應急照明為常明燈，不設控制。附屬房間區(qū)的應急照明平時就地控制，火災或緊急情況時FAS集中控制。其中，當車站發(fā)生火災時，按照發(fā)生火災的局部區(qū)域由FAS通過配電回路斷路器的分勵脫扣切除照明配電電源。在運營的高峰時段，站臺、站廳公共區(qū)的所有照明全部開啟。高峰過后，關掉工作照明。停運后，將公共區(qū)的工作照明和節(jié)電照明全部關掉，僅保留應急照明。

地鐵車站照明控制主要由回路上設置接觸器，并通過接觸器完成控制工作，各個回路采用控制電纜及設置在照明配電室里的綜合監(jiān)控控制箱來連接，總線同主控制器進行連接完成綜合監(jiān)控作業(yè)，監(jiān)控主站設立在車站的控制室，構成照明系統(tǒng)的控制。

三、照明配電及控制的優(yōu)化

（一）照明配電系統(tǒng)

地鐵照明配電系統(tǒng)優(yōu)化應從設計中經(jīng)常出現(xiàn)的問題進行入手，同時結合地鐵照明系統(tǒng)的智能化控制進行完善，做到安全、可靠、經(jīng)濟、靈活、實用。

1、地鐵照明配電中關于電壓偏差的控制計算中經(jīng)常出現(xiàn)偏差現(xiàn)象。相關規(guī)范中對于照明配電電壓要求為正常運行情況下用電設備端子處電壓偏差允許值±5%。但在車站照明配電設計中，經(jīng)常出現(xiàn)在對電壓偏差的控制中出現(xiàn)模糊現(xiàn)象，比如以照明配電室照明總箱處計算或以照明總箱下一級照明配電箱處計算，這都造成配電線路電壓損失計算誤差。因此，在設計中要嚴格遵循電壓偏差的控制要以變電所至照明回路最遠一盞燈具的距離和負荷計算壓損，做到計算準確，從而合理選擇各級配電回路電纜和電線規(guī)格。

2、地鐵照明配電中關于配電級數(shù)的問題也經(jīng)常出現(xiàn)，存在誤區(qū)。相關規(guī)范規(guī)定，自變壓器二次側至用電設備之間的低壓配電級數(shù)不宜超過三級，但對非重要負荷供電時，可超過三級。但由于沒有將配電級數(shù)和保護級數(shù)加以區(qū)別，加以解釋。實際上，有許多人認為保護級數(shù)就是配電級數(shù)。在工程設計實踐中，保護級數(shù)多于三級或四級的情況比較多，如果把保護級數(shù)當作配電級數(shù)，就無法滿足重要負荷的配電級數(shù)不超過三級的規(guī)定。如果為了減少保護級數(shù)（有人稱之為配電級數(shù)）而將斷路器改用隔離開關，甚至將所有配電箱（柜）的進線開關均采用隔離開關，這樣做，雖然減少了保護級數(shù)，但不見得一定有好處，或許是弊大于利。"因此，在設計中不應將保護級數(shù)當作配電級數(shù)，要將保護級數(shù)與配電級數(shù)分開理解，分別加以限制。并且具體情況具體分析，使配電系統(tǒng)設計更合理。

3、地鐵照明采用照明智能化控制系統(tǒng)后，有必要對現(xiàn)有的車站照明配電方式“車站每個照明配電室內(nèi)設兩個照明總配電箱，電源應分別由降壓變電所不同低壓母線供電，兩個照明總配電箱交叉向站廳、站臺工作照明和節(jié)電照明供電，每個照明總配電箱各帶50%的公共區(qū)工作和節(jié)電照明負荷”重新研究和思考。由于照明智能化控制系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)單純以交流接觸器控制配電回路的控制模式，取而代之以數(shù)據(jù)總線利用網(wǎng)絡來進行控制的照明系統(tǒng)，以實現(xiàn)多功能控制，因此，車站照明配電室內(nèi)照明總配電箱，"分別由降壓變電所不同低壓母線引雙回路電源，采用雙電源切換箱配電形式，消除必須兩箱交叉供電的限制，從而更靈活的適用于照明智能化控制系統(tǒng)。

（二）、照明控制系統(tǒng)

從地鐵照明控制現(xiàn)狀來看，在照明配電箱的進線或出線回路加裝接觸器，通過繼電器、接觸器實現(xiàn)車站照明控制。但此種模式中應用的的電纜、綜合監(jiān)控器及接觸器比較多，接線也相對復雜，系統(tǒng)抗干擾能力差，且由于只能對照明配電回路進行控制，還需對回路問題加以掌控，并且進行照明模式切換的內(nèi)容也相對復雜。

隨著電子技術的應用和發(fā)展，利用PLC來實現(xiàn)對照明系統(tǒng)的智能化控制顯現(xiàn)了巨大的優(yōu)勢，這種智能照明的控制系統(tǒng)是種通過數(shù)據(jù)總線組成，利用網(wǎng)絡來進行控制的照明系統(tǒng)。在網(wǎng)絡中每個照明配電回路均有一個地址，利用總線將全部部件連接構成控制網(wǎng)絡。其組成部分有回路控制開關、總線、網(wǎng)絡設備、監(jiān)視主機、網(wǎng)關及軟件，可實現(xiàn)靈活的分布式控制、場景控制、調光控制、定時控制等多功能控制和管理功能。智能照明控制系統(tǒng)能夠提供友好的人機界面，利用觸摸式方式來進行操作，方便快捷，能夠很直觀地觀察到各區(qū)的照明系統(tǒng)工作情況，確認故障位置等，有利于故障維修，能夠方便地實現(xiàn)多種照明控制模式的切換，為各區(qū)提供不同的照度要求，滿足不同時期不同要求的照明需要，并且可以利用PLC所提供的外部通訊接口，通過總線形式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，這樣在地鐵控制中心就可以監(jiān)控各車站照明系統(tǒng)，統(tǒng)一對車站照明系統(tǒng)進行控制，實現(xiàn)各種照明控制模式。

結語：

我國軌道交通已經(jīng)進入了發(fā)展的全新時期，照明系統(tǒng)作為地鐵站中成本支出的主要部分，通過地鐵車站照明配電的合理的設計和優(yōu)化、智能照明的控制系統(tǒng)的應用，最大程度地降低能耗，節(jié)省能源，突出其節(jié)約性、綜合性及整體性，為地鐵項目節(jié)省可觀的電力費用，并產(chǎn)生良好的社會效益。

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