陳正文

摘 要:目前地鐵設(shè)計(jì)中的節(jié)能減耗越來越受到設(shè)計(jì)人員的重視。本文結(jié)合目前地鐵的運(yùn)營狀況,對電氣產(chǎn)品的優(yōu)化節(jié)能進(jìn)行了介紹,并且對電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能方案進(jìn)行了討論和對比。

關(guān)鍵詞：地鐵 節(jié)能 負(fù)荷 優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號:U224.3+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)10(c)-0097-02

隨著科技發(fā)展的日新月異,越來越多的城市開始發(fā)展地鐵作為其主要交通工具。地鐵雖然在一定程度上可以緩解交通壓力,但其消耗的能源也是相當(dāng)可觀的。由于客運(yùn)量的逐漸增加導(dǎo)致地鐵內(nèi)部空調(diào)和自動扶梯等設(shè)備的增加;由于運(yùn)營的線路的不斷擴(kuò)展導(dǎo)致照明和檢修等設(shè)備的增加,這樣對地鐵的能耗需求不斷上升,節(jié)能減耗就變得尤為重要。本文主要討論地鐵中低壓配電節(jié)能的效應(yīng)與應(yīng)用。

1 同類電氣產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.1 LED照明的應(yīng)用

LED是Light Emitting Diode(發(fā)光二極管)的縮寫,是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)半導(dǎo)體器件,它具有節(jié)能、環(huán)保、光效高、壽命長、熱度較低等特點(diǎn),目前,大部分城市地鐵使用的燈具為普通白熾燈或熒光燈,其在節(jié)約電力、使用壽命和減少污染等方面均不如LED燈具,隨著LED燈具的不斷發(fā)展,越來越多的城市(如北京、廣州、上海)開始將燈具替換為LED燈,以北京為例,2010年實(shí)施3站1區(qū)間LED照明節(jié)電試點(diǎn)工程,共計(jì)更換LED燈具近2500支,通過1年的系統(tǒng)檢測,年節(jié)電18.7萬度,節(jié)電率在30%以上,節(jié)電效果良好。2012年北京地鐵公司通過合同能源管理,又進(jìn)行了7站2區(qū)間LED照明改造,共計(jì)更換不同規(guī)格型號燈具8000余支,預(yù)計(jì)每年可節(jié)電110萬度,節(jié)電率達(dá)到40%。所以,LED照明的改造已成為必然趨勢。

1.2 雙速風(fēng)機(jī)的使用

地鐵中,區(qū)間隧道活塞風(fēng)與機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)(TVF系統(tǒng))對區(qū)間火災(zāi)疏散和日常通風(fēng)都起到重要的作用,早期的TVF風(fēng)機(jī)從啟動到正常運(yùn)轉(zhuǎn)后一直保持一定的轉(zhuǎn)速,不能因?yàn)樘囟ǖ男枨蟾淖冝D(zhuǎn)速,很大程度上浪費(fèi)了電力能源,隨著科技的不斷進(jìn)步,出現(xiàn)了雙速風(fēng)機(jī)。

雙速風(fēng)機(jī)是有兩個(gè)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速擋位,配置有雙速電機(jī)。在兩種不同的轉(zhuǎn)速下,會產(chǎn)生不同的流量和壓力,一般用于消防排煙系統(tǒng),平時(shí)低速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的小流量低壓力用于正常通風(fēng),火災(zāi)時(shí)轉(zhuǎn)到高速大流量高壓力強(qiáng)行排煙。對于一般的排煙排風(fēng)需求,雙速風(fēng)機(jī)都可以滿足。

1.3 變頻自動扶梯的應(yīng)用

隨著越來越多的地鐵站內(nèi)增加自動扶梯,扶梯的節(jié)能也變得越發(fā)重要,目前,大多數(shù)扶梯采用變頻技術(shù),實(shí)行分時(shí)管理、自動變速,在客流高峰時(shí)段,為了方便旅客的通行與疏導(dǎo),扶梯采用高頻率運(yùn)轉(zhuǎn),在非高峰時(shí)段流量降低時(shí),扶梯轉(zhuǎn)為低頻率運(yùn)轉(zhuǎn),在無人乘坐時(shí),扶梯的供電頻率可降為幾赫茲,速度變得十分緩慢,這樣,可以大大降低能源的損耗,在節(jié)約了客流通行時(shí)間的同時(shí)也可以達(dá)到節(jié)能的目的。

2 低壓配電設(shè)計(jì)方法優(yōu)化

2.1 小功率消防負(fù)荷的優(yōu)化設(shè)計(jì)

地鐵設(shè)計(jì)中,根據(jù)對供電可靠性的要求及中斷供電對經(jīng)濟(jì)上所造成的損失或影響的程度,電力負(fù)荷分為三級。地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50157-2003)規(guī)定“一級負(fù)荷應(yīng)由雙電源雙回線路供電,當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí),另一個(gè)電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞”。按此規(guī)定,一級負(fù)荷用電都要從低壓配電柜的兩路回路供電(如圖1所示),然而有些一級負(fù)荷如氣體滅火、站臺板下潛水泵、安檢儀用電等雖然也是一級負(fù)荷,但由于其功率很小,所以由低壓配電柜單獨(dú)供電是不合理的,這樣相當(dāng)于增加了低壓配電柜的回路數(shù)量,從而增加了柜子的成本,而且這樣會使車站內(nèi)的低壓電纜使用量非常大,導(dǎo)致投資的上漲。現(xiàn)在許多城市的地鐵設(shè)計(jì)中,都改用直接從照明配電室內(nèi)的兩個(gè)一級負(fù)荷動力箱交叉供電(如圖2所示),這樣不僅減少了由低壓柜到雙切箱的電纜數(shù)量,也減輕了低壓柜的負(fù)荷,從而達(dá)到節(jié)能的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.2 同類設(shè)備供電的設(shè)計(jì)優(yōu)化

空調(diào)設(shè)備一直是車站內(nèi)用電負(fù)荷較大的,所以節(jié)能也是最為重要的。由于南北方差異,南方的地鐵沒有加裝采暖設(shè)備,夏天時(shí),冷水機(jī)組進(jìn)行制冷,然后由環(huán)控大系統(tǒng)對站內(nèi)公共區(qū)排出冷風(fēng),其余季節(jié)則由隧道通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行通風(fēng)換氣,車站內(nèi)部的風(fēng)機(jī)采用變頻控制,由BAS系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配,在不同時(shí)段流量不同時(shí),風(fēng)量也可作出相應(yīng)的改變,從而達(dá)到節(jié)能的目的。然而北方冬天寒冷,需要加裝采暖設(shè)備,由于采暖設(shè)備和空調(diào)設(shè)備均為三級負(fù)荷,且使用的季節(jié)不同,所以,我們在設(shè)計(jì)的時(shí)候盡量使其從同一個(gè)回路供電,這樣不僅可以減少低壓配電柜的饋出回路數(shù)量,也可以減少動力配電箱和電纜的數(shù)量,從而達(dá)到節(jié)能的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

以沈陽地鐵9號線為例,在車站的空調(diào)機(jī)房設(shè)置了風(fēng)冷機(jī)組作為空調(diào)設(shè)備,供夏天使用,而在冬天則在公共區(qū)設(shè)置了熱風(fēng)幕作為供暖設(shè)備,兩種設(shè)備因季節(jié)不同使用的時(shí)間也不同,所以可以使用同一供電回路,在負(fù)荷計(jì)算和電纜選型時(shí)也只考慮功率大的設(shè)備進(jìn)行計(jì)算(如圖3所示)。

此設(shè)計(jì)方案可延長季節(jié)性負(fù)荷配電電纜的帶電時(shí)間,并且可以節(jié)省單獨(dú)給熱風(fēng)幕供電的設(shè)備和材料,此外,設(shè)備房間的室內(nèi)機(jī)插座也可以和電暖氣插座使用同一配電系統(tǒng)。

2.3 照明控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

地鐵車站照明功率大、供電時(shí)間長,按照通常的照明模式,典型的地下2層車站年耗電量可達(dá)數(shù)十萬kW·h以上。因此,照明配電對于地鐵節(jié)能的意義更為重要,作為設(shè)計(jì)人員,需要在傳統(tǒng)的照明控制和模式上做出優(yōu)化,這樣,不僅可以節(jié)約電力能源,更可以方便運(yùn)營人員對車站照明的管理和維護(hù)。

傳統(tǒng)的照明控制方式為BAS監(jiān)控,首先照明系統(tǒng)通過監(jiān)控點(diǎn)表把照明模式發(fā)送給BAS,然后在需要控制的照明回路進(jìn)線端串聯(lián)交流接觸器,通過在車站控制室內(nèi)的IBP盤發(fā)布指令,交流接觸器的觸點(diǎn)動作后可以實(shí)現(xiàn)照明的定時(shí)啟停、區(qū)域控制和中央控制等。然而這種控制方式在運(yùn)營過程中曝露出了一些弊端。

（1)BAS在IBP盤上進(jìn)行集中控制,現(xiàn)場由于沒開關(guān),所以不能進(jìn)行緊急開啟和關(guān)閉,對出現(xiàn)緊急情況時(shí)不方便控制。

（2)所有控制電纜和接觸器都比較多,接線較復(fù)雜,需要控制的回路多,各種照明的模式切換十分復(fù)雜。

（3)照明系統(tǒng)的啟停和模式是基于BAS的控制基礎(chǔ)上的,所以一旦BAS系統(tǒng)出現(xiàn)問題,則照明系統(tǒng)會受到相應(yīng)的影響。

智能照明系統(tǒng)是一種由數(shù)據(jù)總線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的照明控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)上每一個(gè)照明配電回路都有一個(gè)地址,通過總線將所有部件連接而組成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)。它具有獨(dú)立的控制協(xié)議,系統(tǒng)也相對簡單,目前地鐵中運(yùn)用智能照明控制系統(tǒng)就是為了達(dá)到節(jié)能減排和高效自動化管理的目的。

對比以下兩種系統(tǒng),相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)如（表1）所示。

3 結(jié)語

通過以上的設(shè)備優(yōu)化和設(shè)計(jì)優(yōu)化,或多或少對地鐵的節(jié)能做出了一定的貢獻(xiàn)。目前,地鐵的建設(shè)還不夠完善,在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營等方面還存在著許多能源的浪費(fèi),但隨著科技的不斷進(jìn)步,設(shè)計(jì)的逐步提高,相信在未來的地鐵建設(shè)和既有的地鐵改造中會出現(xiàn)更多的節(jié)能措施,以達(dá)到節(jié)能優(yōu)化的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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