地鐵低壓動力照明系統(tǒng)調(diào)試優(yōu)化研究

張金松

（中鐵十一局集團電務工程有限公司，湖北 武漢 430061）

0 引言

地鐵的低壓動力照明系統(tǒng)，主要是在公共區(qū)、設備區(qū)、軌行區(qū)進行低壓電力照明配電與控制，具體包含：低壓智能配電、動力照明配電、動力照明控制、電力照明控制、防雷、接地與安全等相關領域。但由于地鐵是一個大型而又十分繁雜的系統(tǒng)工程，所以必須對其進行細致的規(guī)劃與設計。針對軌道交通運行模式與習慣，并結(jié)合工程設計中所列的材料、器材等特殊的設計指標，進行大量的試驗與分析，找出問題，并針對這些問題進行針對性的改善，從而最大限度達到照明系統(tǒng)優(yōu)化效果。

1 工程概況

本文選用某地鐵站為例，它是一座明挖島型的地下3 層站臺，設有3 個出入口、兩個通風亭子和一個安全出口，其中一個短軸末端是A，大軸末端是B，裝置層B 是一個低壓變電站，配電所承擔的是整個站臺和鄰近半段的電力供應。該裝置的電力裝置層分在A、B 的兩端，并設有一臺通風口，該控制臺為兩頭的通氣空調(diào)器提供電源。在站廳層、站臺層和設備層的末端各設有一套燈具，并將燈具安裝在該區(qū)域。根據(jù)車站內(nèi)實際情況，對其照明系統(tǒng)進行了設計與施工研究。首先分析了隧道照明用電需求及電氣參數(shù)，其次確定照明方式、控制方法及照明燈具類型，最后對電氣設計過程中遇到的問題提出解決方案，包括變壓器選擇、電纜敷設、線路計算等方面，并采用專業(yè)軟件完成了詳細設計，實現(xiàn)了照明節(jié)能目的[1]。

2 地鐵低壓動力照明系統(tǒng)的優(yōu)化

2.1 接口優(yōu)化

地鐵低電壓電力照明系統(tǒng)接口的優(yōu)化對于整個供電系統(tǒng)而言是非常重要的，因為其不僅關系到了乘客的生命安全問題，同時也會影響人們?nèi)粘９ぷ魃钯|(zhì)量的提升。所以說，需要從整體上出發(fā)，采取合理有效的措施將各個模塊之間的連接進行協(xié)調(diào)，這樣才能夠保證整個地鐵電力系統(tǒng)運行起來更加穩(wěn)定安全。在對地鐵站點的低電壓電力照明系統(tǒng)進行改造的時候，還必須對全功能進行改進，在每個站臺的配電室中，分別安裝了一個電源插座，然后通過對每個單元的電源插座和電源開關進行詳細的研究后，再對這些開關進行相應的調(diào)整。例如，在本項目中，就要對車站EPS 面板下的電源進行詳細的分析，然后再根據(jù)不同的界面位置采用不同的處理方式，再通過不同的處理方式來進行相應的調(diào)整，從而對電力照明系統(tǒng)達到更好的控制效果。而這種設計思路主要是基于目前我國大多數(shù)城市軌道交通系統(tǒng)都存在著一些比較大的問題，如供電設備多、線路復雜等因素導致的一系列問題。所以在實際的情況中，為了使軌道交通系統(tǒng)得到良好的發(fā)展與完善，一定要針對出現(xiàn)的相關問題采取相應的解決措施。

2.2 線纜優(yōu)化

線纜設備的優(yōu)化，一方面為了適應電纜的整體結(jié)構(gòu)而進行的，另一方面為了適應電纜的整體空間布局。就前者而言，必須結(jié)合特定的設計方案和特定的系統(tǒng)操作方式來進行整體的設計，特別是電纜長度、絕緣層的分析、電纜的工作品質(zhì)和長度等因素的綜合分析，并且要經(jīng)過專家的分析，確保電纜的使用不會出現(xiàn)任何的問題。在空間結(jié)構(gòu)方面，要根據(jù)各種線纜的功能、線纜的實際匹配、線纜的工作性能來調(diào)節(jié)各種不同的數(shù)據(jù)，然后再根據(jù)不同線纜的不同加工方式來進行相應的測試。另外，這些電纜在整體造價和處理方式上都得到了很好的應用效果，這也為線纜的后期維護提供了一定的參考依據(jù)。地鐵低電壓電力照明系統(tǒng)線纜的優(yōu)化還可以通過對其相關參數(shù)的確定來實現(xiàn)，如電纜數(shù)量、線間距、線徑以及絕緣厚度等。其中對于電纜尺寸的選擇需要考慮電纜本身所具有的電氣特性；電纜導體材料的選擇則應該考慮電纜自身所具備的絕緣性能和導熱性能，這樣才能保證電纜能夠安全有效地運行[2]。

2.3 配電箱柜優(yōu)化

地鐵低電壓電力照明系統(tǒng)中的配電箱結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，但存在散熱性能差等問題。為解決這些問題，采用模塊化設計思想，通過對低壓配電箱及低壓開關柜進行優(yōu)化改進，提出了一種新型的軌道交通供電方式——一體化高壓直流供電系統(tǒng)（HVDC），并將其應用于城市地鐵低電壓電力照明用電器。首先，了解了HVDC 的工作原理；其次，針對不同類型和功能的用電設備建立數(shù)學模型，根據(jù)電網(wǎng)實際運行狀態(tài)選取合適參數(shù)，以實現(xiàn)智能控制和節(jié)能增效。對地鐵低電壓電力照明系統(tǒng)中配電箱柜的改造，提出了一種新型低壓側(cè)供電方式。該方式通過在箱體內(nèi)加裝高壓隔離開關來實現(xiàn)高壓電線和低壓電器間的連接與保護功能，并采用三相橋式全控整流電路作為變壓器延邊輸出回路，從而將低壓側(cè)電源引入配電箱內(nèi)。對配電箱柜的優(yōu)化，主要是根據(jù)不同的操作方式和配電箱的不同作用而進行的，并在此基礎上提出了一種新的低壓供電方案。該方案采用可編程控制器（PLC）作為控制單元，通過對開關量輸入/輸出信號進行采集處理后，完成對開關設備狀態(tài)、線路電流等信息的實時監(jiān)測，以實現(xiàn)對電網(wǎng)參數(shù)的實時控制。同時還設計了基于工控機的監(jiān)控軟件，用于遠程監(jiān)視與控制現(xiàn)場用電情況。為了保證控制系統(tǒng)的可靠性，利用PLC 強大的數(shù)據(jù)處理能力以及人機界面友好的特點，開發(fā)出一套針對低壓電器保護及故障檢測的專用測控裝置。

2.4 其他系統(tǒng)優(yōu)化

在其他系統(tǒng)的優(yōu)化設計中，應結(jié)合軌道交通低壓電力系統(tǒng)的運行原理、運行方法及運行處理的工作機制，以達到對各子系統(tǒng)的最優(yōu)設計。因此，在實際操作中，必須對各種設備的工作情況進行全面的分析，以確定其是否可以滿足安全、可靠的工作需求，若不能實現(xiàn)，必須對其進行相應的調(diào)節(jié)，并對其在現(xiàn)行的操作方式和現(xiàn)行的控制方式下，進行有效、平穩(wěn)的操作。當無法實現(xiàn)這個目標時，就必須對這個目標進行特殊的設置。在此基礎上，通過對地鐵列車的整體運營性能的追蹤，在目前的運營方式下，當列車的運行狀態(tài)不能適應列車的后期運營要求時，需要進行進一步的改進。對地鐵低電壓電力照明系統(tǒng)的優(yōu)化與研究也是一個重要的課題，因為其能夠提高整個地鐵供電系統(tǒng)的效率，保證行車安全[3]。

3 地鐵低壓動力照明系統(tǒng)的優(yōu)化應用方法

3.1 優(yōu)化方案分析

在地鐵低電壓電力照明系統(tǒng)優(yōu)化方案的設計中，不管是對現(xiàn)有的硬件設備，還是對項目的實際應用，都經(jīng)過了專家的驗證，這也就意味著，在進行相應的優(yōu)化設計時，需要按照目前的工作方式來合理地利用這些數(shù)據(jù)。這樣做不僅能夠提高整個系統(tǒng)運行過程中的效率和質(zhì)量，而且還能減少不必要的資源浪費。本文通過對我國城市軌道交通供電系統(tǒng)供電現(xiàn)狀以及存在問題進行分析后，提出了一種基于智能電網(wǎng)技術的地鐵低電壓電力照明設計方法，該設計方法將傳統(tǒng)的低壓電力照明系統(tǒng)與新型節(jié)能環(huán)保的智能電網(wǎng)相結(jié)合，并根據(jù)所要實現(xiàn)的目標，從以下幾個方面入手：首先，對整個系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)進行詳細的闡述；其次，結(jié)合具體的案例，對系統(tǒng)中的各個組成部分進行計算，得出最終的設計方案，并依據(jù)此方案設計出一套完整的地鐵低電壓照明系統(tǒng)，包括高壓部分的主電路、低壓配電板、控制器等；最后，對系統(tǒng)的整體性能進行分析。另外，在施工和相應的制度設計中，要嚴格按照整個工作思路和工作質(zhì)量來進行優(yōu)化。地鐵低電壓電力照明系統(tǒng)優(yōu)化方案的分析與實現(xiàn)研究是一個復雜的系統(tǒng)工程，涉及許多方面的內(nèi)容。在具體的實施過程當中，還要結(jié)合現(xiàn)場的具體情況以及相關人員的經(jīng)驗，綜合考慮各方面因素的影響，并將其貫穿于其中。這樣才能確保整個系統(tǒng)達到預期的效果，同時還可以最大限度提高經(jīng)濟效益。

3.2 優(yōu)化成果分析

在對地鐵低電壓電力照明系統(tǒng)最終優(yōu)化結(jié)果進行分析時，為了避免傳統(tǒng)方法中存在的缺陷和不足，將模糊層次分析法引入地鐵低電壓電力照明設備選型過程中。通過建立數(shù)學模型，利用MATLAB 軟件對不同情況下各因素權(quán)重值進行計算和比較，得出各個方案的綜合評價值并排序，從而為專家提供更為全面、客觀的依據(jù)。整個過程必須有專家參加，以便了解當前的工程進度、預期作用、成本等方面的問題，從而綜合處理這些問題。另外，還可以根據(jù)專家給出的意見，來修改設計參數(shù)或重新調(diào)整設計方案，以使工程達到最優(yōu)。若從所獲得的成效和問題的表現(xiàn)層次來判斷，未能實現(xiàn)對問題的高效解決，則須對此方法進行后續(xù)的梳理。對于一些影響供電質(zhì)量及安全運行的不確定因素，應采用改進措施加以消除。例如，針對高低壓配電線路連接方式與接線形式選擇不當造成故障點漏入變壓器繞組而產(chǎn)生短路現(xiàn)象；由于高壓配變負荷過大，導致部分用戶用電過載而發(fā)生火災等事故。

在對地鐵低電壓電力照明系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果進行分析時，要對系統(tǒng)優(yōu)化后所獲得的實際效果進行深入的研究，當使用效果、使用效率等方面存在問題時，必須對現(xiàn)有的最優(yōu)機制進行改進，從而保證最優(yōu)解的操作水準。對于高低壓開關柜配電系統(tǒng)而言，其運行過程中會產(chǎn)生大量諧波電流，這些諧波電流通過變壓器后又會被線路損耗和無功補償裝置吸收掉，因此需要將電能轉(zhuǎn)化為直流電能，以滿足用電需求。目前，采用直流輸電技術已成為解決這一難題的重要手段之一。然而，由于該電網(wǎng)具有頻率高、功率因數(shù)低以及無功功率大等特點，傳統(tǒng)的交流供電方式難以有效地實現(xiàn)節(jié)能減排目標，因而迫切需要一種高效實用的解決方案。隨著智能變電站建設水平的不斷提高，新型智能化輸變電設備也逐漸應用于城市配網(wǎng)自動化之中。其中，基于智能變電站的交/直交變壓開關控制是現(xiàn)代配電網(wǎng)最基本的一次電氣設備，可使電力系統(tǒng)更加安全、可靠、經(jīng)濟，并可以減少因故障帶來的損失[4]。

3.3 優(yōu)化技術使用

在對優(yōu)化后的地鐵低電壓電力照明系統(tǒng)進行應用時，應從各技術的專業(yè)需求原理和工作機制出發(fā)，對其進行綜合研究。針對傳統(tǒng)的地鐵低電壓照明系統(tǒng)存在的問題，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能節(jié)能LED燈控制系統(tǒng)，并詳細闡述了該系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及軟件設計過程。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動調(diào)光、聲光報警以及遠程控制等功能，有效提高了軌道交通供電的安全性與可靠性，同時也為人們提供一個安全舒適的生活環(huán)境。首先，通過分析地鐵低電壓照明系統(tǒng)配置方案中所涉及的相關內(nèi)容，確定了以單片機作為核心處理器，設計了一套完整的系統(tǒng)總體方案；其次，從軟件方面入手，介紹了各個模塊的具體實現(xiàn)方法；最后，對系統(tǒng)運行情況做了全面測試。結(jié)果表明，該系統(tǒng)不僅具有較高的穩(wěn)定性和準確性，而且還能滿足實際工程要求。

在當前的工程中，針對低壓電力照明的現(xiàn)狀進行分析，在此基礎上，對現(xiàn)有的技術進行改進，但如果在實際應用中，這些技術是不可能按照技術的規(guī)律來調(diào)整的，這就說明了該技術的應用效率很低，而同時，也要充分考慮到該技術的未來發(fā)展規(guī)律和趨勢，將這些問題重新整理出來。為了進一步提升地鐵低壓電力照明的技術水平，需要結(jié)合不同類型的設備特點以及功能需求，選擇最適合的方案，并加強管理與維護，以確保其可以穩(wěn)定運行，發(fā)揮出最大價值。

3.4 優(yōu)化方案調(diào)整

對地鐵低電壓電力照明系統(tǒng)優(yōu)化方案的調(diào)整研究，就是以節(jié)能為主要目標，通過建立合理有效的模型，并利用MATLAB 軟件中的Simulink 工具對該系統(tǒng)進行建模與仿真計算，從而確定了在滿足各項要求的情況下，如何使整個系統(tǒng)達到最小能耗；然后再根據(jù)實際運行過程中出現(xiàn)的問題提出一些改進措施，如降低變壓器容量，提高功率因數(shù)，減少諧波含量。首先，從相關的數(shù)據(jù)表現(xiàn)和數(shù)據(jù)的含義來分析，這個流程必須確保最優(yōu)解的設計是正確的，而且從機制、效果等各方面來考慮，都要更加科學和完善。要按照相應的最佳方案進行具體的協(xié)調(diào)和處理，將各有關參數(shù)進行科學的集成，這樣的話，在專家的指導下，制定的最佳方案，會更加具有科學性、完整性和合理性。其次，探究電力照明系統(tǒng)的分類及其特點，分別對高壓直流供電系統(tǒng)、低壓交流供電系統(tǒng)以及城市軌道交通供電方式的原理及各自優(yōu)缺點進行分析。針對目前我國地鐵低電壓電力照明設備的現(xiàn)狀，結(jié)合其工作環(huán)境和使用狀況，對其存在的一系列不足做詳細的分析。根據(jù)實際需求及相關技術要求，設計并開發(fā)了適用于城市軌道交通供電系統(tǒng)的低照度供電電源系統(tǒng)。最后，基于上述理論基礎，結(jié)合實際需求，運用專業(yè)工具對系統(tǒng)進行建模仿真模擬。通過搭建實驗平臺，實現(xiàn)對各種不同電路拓撲結(jié)構(gòu)的比較和選擇。最終得出一套較為完整的適合于當前應用條件的低電壓電力照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計方案[5]。

4 結(jié)語

在地鐵低壓電力照明系統(tǒng)的優(yōu)化工作中，要綜合分析整個方案的設定、故障的解決、有關信息的處理等，要在方案的應用和分析中充分利用現(xiàn)有的工作機制和方法，以期達到最優(yōu)的效果。另外，在利用該方案的過程中，還需要對整個信息系統(tǒng)進行相應的調(diào)整，以便在現(xiàn)有的資源利用和積累的基礎上，進行相應的調(diào)整。為地鐵低電壓電力照明系統(tǒng)運行提供了一個良好的保障，使其能夠更好地為人們服務，同時也可以降低企業(yè)的運營成本。