地铁工程电气设计节能

摘 要：城市中地铁是一个用电大户,其照明、空调、通风、电梯等设备用电量非常大,而且这些设备必须长时间运行和使用,所以地铁工程的电气设计节能非常有必要.本文即详细阐述了地铁工程电气节能设计的途径.

关 键 词：地铁工程；电气；节能；照明；变压器

一、节能设计的原则

(一)满足地铁的功能

即满足照明的照度、色温、显色指数；满足舒适性空调的温度及新风量,也就是舒适卫生；满足上下、左右的运输通道畅通无阻.

(二)考虑实际经济效益

节能设计应平衡初始投资与节能收益的关系,不能因为追求更节能而过高地增加建设资金,而是应该让增加的部分投资,能够在几年或较短的时间内通过节能减少下来的运行费用进行回收.

(三)节省无谓消耗的能量

节能的着眼点,应是节省无谓消耗的能量.首先找出哪些地方的能量消耗是与发挥地铁功能无关的,再考虑采取什么措施节能.如变压器的功率损耗,传输电能线路上的有功损耗都是无用的能量损耗,又如量大面广的照明容量,宜采用先进技术使能耗降低.因此,地铁节能设计应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则.

二、地铁工程电气设计节能的途径

（一）照明节能由于城市轨道交通沿线车站的照明种类很多,是能耗的重点方面.例如某城市地铁1号线一期工程试运营以来,其2014年全年全线牵引用电累计为3075.38万度,占全线用电量的39.73%.环控与照明累计为4664.57万度,占全线用电量的60.27%.因此,正确选择节能灯具,会减少照明系统的能耗.

1、照明光源选择现在地铁照明设计中,普遍采用的照明光源为三基色细管径（t8或t5）直管荧光灯和LED灯具.其中荧光灯的光效比较好,而且配套的灯具都比较成熟,目前市场上出现的LED灯具和常规的荧光灯相比较,其寿命比较长、发热量比较小、维护成本比较低,随着技术的进步,其光衰问题有了较好的改善,成本也会有所下降.在不远的将来,LED灯具的普及程度就会超过荧光灯,其带来的节能效果会越来越好.LED作为一种绿色环保节能光源主要体现在以下几个方面：

（1）LED实际上是二极管发光光源,在材料上不会使用到汞；

（2）LED光源的发光效率比较高,实验室发光效率已经达到161lm/w,目前国内大功率工厂生产LED光效也应达到110lm/w,且LED光源的技术目前还处于高速发展时期,未来发光效率将越来越高；

（3）LED光源的寿命长,是荧光灯等一般光源无法比拟的,LED灯在5万个小时时的光衰不超过20%,理论寿命在10万个小时,制约LED灯寿命的因素主要在于LED灯散热问题,随着LED灯驱动电路效率的提高,以及散热方式的改进,LED灯的寿命会越来越长.

2、智能照明控制系统

（1）调光控制智能照明控制系统调光控制采用数字式调光,同时调光时间长短也可作任意设定.调光模块种类多,调光功率有多种选择.

（2）模式控制根据地铁运营需要可将所控区域的灯光预先设定为各种模式,如正常模式、节电模式、火灾模式、停运模式等.需要时可通过就地面板控制、时间自动控制、照明终端监控控制等.

（3）定时控制智能照明控制系统时间控制器可将所控区内照明回路进行预编程.根据实际景观需要定时开关一组、多组或区域的照明灯具,可使灯具在设定的时间内以设定的间隔逐次点亮和关闭,并可设置循环.

1、应选用电阻率较小的材质做导线地铁用电线材质均采用铜芯,但同时也要贯彻节约用铜的原则.

2、减小导线长度

首先,线路尽可能走直线,少走弯路,以减少导线长度；

其次,低压线路应不走或少走回头线,以减少来回线路上的电能损失；对于比较长的线路,除满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面外,适当加大一级导线截面.

3、配电应深入负荷中心

某城市地铁1号线一期工程中,在某站配线上方设置有物业开发区,物业开发区宽度18米,长度约150米.在这个狭长区域布置有几十平、上百平不等的经营铺位,在为这些铺位提供可靠配电的同时,必须考虑减小线路损耗.因此,需将配电柜设置在整个物业开发区居中部位,这样,既可以缩短从正线变电所引出的干线电缆长度,又可以减少从配电柜到各铺位的电缆长度,从而有效降低线路损耗.

（三）合理选择变压器目前国内各个地铁在运营时均存在了变压器容量过大问题,有些地铁车站在运营低峰期时,变压器的负荷率竟不足10%,在高峰期时大部分也都低于50%,这不仅增加了项目投资,而且造成电能的浪费,增加了运营成本.下面对变压器损耗做一下分析：变压器的有功损耗按下式计算：δp等于p0+β2pk式中：δp--变压器的有功损耗；p0---变压器的空载损耗；pk---变压器的短路损耗；β---变压器的负载率.p0作为变压器的空载损耗,是由铁芯涡流损耗及漏磁损耗组成,其值与铁芯材料及制造工艺有关,与负荷大小无关,所以选用变压器时应选择节能型变压器.pk是变压器额定负载传输的损耗,它取决于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小,并与负荷率平方成正比.考虑综合初装费,变压器、高低压柜、土建投资及运行费用,又要使变压器在使用期内预留适当的余量,变压器最经济节能运行的负载率一般在75%--85%之间.所以在选择变压器容量时,应根据负荷情况,综合考虑投资和年运行费用,选取容量与电力负荷相适应的变压器,使其工作在高效低耗区内.因此,变压器选择时首先通过合理的负荷计算,选择合理的变压器容量及类别,达到节能环保的效果.

(四)电动机在运行过程中的节能

1、采用变频控制

地铁车站中通风空调系统、电梯/扶梯系统及低压配电系统占整个机电系统用电量的90%以上.在以上系统中的绝大部分属于电动机负荷,因此,其节能措施只能贯彻在运行过程中,还应减少电机轻载和空载运行.因为在这种情况下,电机的效率是很低的,消耗的电能并不与负载的下降成正比.采用变频调速

器,使其在负载下降时,自动调节转速,使其与负载的变化相适应.采用这种方式,可提高电机在轻载时的效率,达到节能的目的.

2、电动机采用软启动方式

另一种节能方式是采用软起动器,软起动器设备是按起动时间逐步调节可控硅的导通角,以控制电压的变化.由于电压可连续调节,因此起动平稳,起动完毕,则全压投入运行.此种设备也可采用测速反馈、电压负反馈或电流正反馈,利用反馈信息控制可控硅导通角,以达到速度随负载的变化而变化.它可用在电动机容量较大,又需要频繁起动的设备,以及附近用电设备对电压的稳定要求较高的场合.因为它从起动到运行,其电流变化不超过三倍,可保证电网电压的波动在所要求的范围内.但它是采用可控硅调压,正弦波未导通部分的电能全部消耗在可控硅上,不会返回电网.因此,它要求散热、通风措施完善.其比变频器便宜,在通风空调系统中的U/O风机、TVF风机大容量电动机的控制设备中得到广泛应用.

结语

综上,地铁工程的电气节能潜力很大,应在工程设计过程中精心筹划和计算.在选用节能设备方面,应详细了解其原理、性能和实际应用效果,从技术、经济角度进行比较后,再加以选择,从而真正实现有效节能的目的.