浅谈地铁低压配电节能措施

【关键词】地铁；低压配电；节能措施 

　　一、前言 

　　文章对地铁低压配电系统的模式进行了介绍，对地铁低压配电节能措施进行了重点阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对地铁车站低压配电设计中的节能措施进行了深入浅出的探讨。 

　　二、地铁低压配电系统的模式 

　　低压配电系统向小型化、多功能方向发展，低压配电系统模式以地铁运行状态来归纳，可分为低压配电电源分线路供电与母线电源分开运行，各自承担电源、电压负载的安全运行模式；低压配电电源出现故障，两路电源以断开或闭合来负载运行及手动指令控制的故障模式。地铁低压配电系统根据用电性质的不同，分为以降压变电所为主组成的动力照明供电系统和由牵引变电所为主组成的牵引供电系统。低压配电系统中的主变电所是轨道交通系统的能源，降压变电所是地铁动力照明的电源来源，而牵引变电所是为地铁机车运行提供合适的电源。根据一般设计分界规定，降压变电所与车站动力、照明供电分界点为0.4kV开关柜引入端。 

　　三、地铁低压配电节能措施 

　　1.变电所设置有源滤波器 

　　首先介绍下电力系统谐波主要危害，大致有以下几点： 

　　1）增加电力设施负荷，降低系统功率因数，造成设备浪费、线路浪费和电能损失。 

　　2）引起无功补偿电容器谐振和谐波电流放大，导致电容器组因过电流或过电压而损坏或无法投入运行。 

　　3）产生脉动转矩致使电动机振动，影响产品质量和电机寿命。 

　　4）由于涡流和集肤效应，使电机、变压器、输电线路等产生附加功率损耗而过热，浪费电能并加速绝缘老化； 

　　有源电力滤波器（APF）是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，所以称之为有源。地铁的各类负荷具有波动性，如早晚高峰时段负荷大，系统参数变化也大；地铁大量采用电缆线路，系统的整体功率因数较高；地铁内各类专业设备种类繁多，用电负荷构成复杂，如UPS直流电源、变频器、计算机、空调、电梯和扶梯等设施，故谐波成分也杂。地铁各类用电设备均为运营服务，一旦出现问题，将直接影响到地铁的行车安全和乘客的人身安全，因此各类用电系统对电网的供电质量要求较高。传统的无源补偿装置容易与谐波发生谐振，进而将谐波放大；已运营的地铁变电所常常出现无功补偿电容器因超标的高次谐波造成鼓肚或烧毁，严重时还会发生爆炸。另外由于谐波电流的超标，加大了电能损耗，制约了节电设备的应用，不利于节电和地铁建设的可持续发展。通过对有源滤波和无源滤波的性能对比，可见采用有源滤波是消除地铁供电系统谐波危害的优选措施。 

　　2. 地铁照明工程中广泛应用LED灯具 

　　LED是Light Emitting Diode（发光二极管）的缩写，是一种能够将电能转化为可见光的固态半导体器件，它具有以下优点： 

　　1）LED光源发光效率高 

　　发光效率比较：白炽灯光效在10-15lm、卤钨灯光效为12-24流明/瓦、荧光灯50-90流明/瓦，钠灯90-140流明/瓦、大部分的耗电变成热量损耗。 

　　LED光效：可发到50-200流明/瓦，而且发光的单色性好，光谱窄，无需过滤，可直接发出有色可见光。 

　　2）LED光源耗电量少 

　　在同样照明效果的情况下，耗电量是白炽灯的万分之一，荧光管的二分之一。 

　　3）LED光源使用寿命长 

　　白炽灯、荧光灯、卤钨灯采用的是电子光场辐射发光，有灯丝发光易烧，热沉积、光衰减等缺点，而采用LED灯体积小，重量轻，环氧树脂封装，可承受高强机械冲击和震动，不易破碎，平均寿命达3-5万小时，LED灯具使用寿命可达3-5年，可以大大降低灯具的维护费用避免经常换灯之苦。 

　　4）安全可靠性强 

　　发热量低、无热辐射性、冷光源、可以安全抵摸，能精确控制光型、发光角度、光色和色温，无眩光、不含汞，钠元素等可能危害健康的物质。 

　　5）LED光源有利环保 

　　LED为全固体发光体、耐冲击不易破碎、废弃物可回收、没有污染，还可减少大量二氧化硫及氮化物等有害气体以及二氧化碳等温室气体的产生，改善人们生活居住环境，可称“绿色照明光源。” 

　　6）LED光源更节能 

　　当然，节能是我们考虑使用LED的最主要原因，也许LED要比传统光源昂贵，但是用一年时间的节能即可收回光源的投资，从而获得4-9年中每年几倍的节能净收盖期。 

　　目前，一些城市地铁使用的灯具为普通白炽灯或荧光灯，其在节约电力、使用寿命和减少污染等方面均不如LED灯具，随着LED灯具的不断发展，越来越多的城市地铁建设部门响应国家节能减排的号召，逐步将普通灯具替换为LED灯，例如在地铁区间照明、设备走道内照明、广告照明等均要求采用LED灯具作为优选，以顺应地铁工程节能环保的趋势。 

　　3.变频技术的应用 

　　随着科学的发展，变频器的使用也越来越广泛，不管是工业设备上还是家用电器上都会使用到变频器，可以说，只要有三相异步电动机的地方，就有变频器的存在。现在越来越多的地铁站内设置多部自动电扶梯，扶梯属于大功率且长时间运行的设备，因此电扶梯的节电也变得越发重要，目前，大多数扶梯采用变频技术，实行分时管理、自动变速，在客流高峰时段，为了方便旅客的通行与疏导，扶梯采用高频率运转，在非高峰时段流量降低时，扶梯转为低频率运转，在无人乘坐时，扶梯的供电频率可降为几赫兹，速度变得十分缓慢，这样可以大大降低能源的损耗，在节约了客流通行时间的同时也可以达到节能的目的。 

　　早期风机设备传统的调节方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量或给水量，其输出功率大量地消耗在挡板、阀门的截流过程中。由于风机设备大多为平方转矩负载，轴功率与转速成立方关系，所以当风机转速下降时，消耗的功率也大大下降，因此节能潜力非常大，近些年，随着地铁工程的快速发展，风机设备大量采用，最有效的节能措施就是采用变频调速器来调节流量，应用变频器节电率一般为20%～50%，而且通常在设计中，风机设计的容量比实际需要高出很多，存在“大马拉小车”的现象，效率低下，造成电能的大量浪费。因此风机采用变频控制技术对于节能效益显著。 

　　4. 根据气候条件优化空调设备的配电 

　　空调设备一直是车站内用电负荷较大的，所以节能也是最为重要的。由于中国南北方气候差异，南方的地铁没有加装采暖设备，夏天时，冷水机组进行制冷，然后由环控大系统对站内公共区排出冷风，车站内部的风机采用变频控制，由BAS系统进行统一调配，在不同时段流量不同时，风量也可作出相应的改变，从而达到节能的目的。然而北方冬天寒冷，需要加装采暖设备，由于采暖设备和空调设备均为三级负荷，且使用的季节不同，所以，我们在设计的时候尽量使其从同一个回路供电，这样不仅可以减少低压配电柜的馈出回路数量，也可以减少动力配电箱和电缆的数量，从而达到节能的优化设计。 

　　结束语 

　　国内越来越多的城市都在逐步进入并加快地铁建设的进程。地铁作为城市非常重要的交通工程，总体的能耗是非常大的，有效的节能手段可以使用电能耗显著下降，节约了大量能源，从而减少了地铁对于自然环境的影响。这对于建设绿色地铁有重要的意义，也符合当前建设节能型社会、和谐社会的趋势，具有良好的社会效益。 

　　参考文献： 

　　[1]瞿刚、刘林、刘进.低压配电系统的安全.云南水力发电[J].2005.（04）：1-3 

　　[2]徐士勇.智能化低压配电系统的设计.低压电器[J].2011.（01）：2-3 

　　[3]赵狄飚.浅析低压配电系统的方式.广东建设报[M].2010：17-21