城市軌道交通電氣節(jié)能設(shè)計(jì)解析范文

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《電工技術(shù)雜志》2016年第7期

摘要：

針對(duì)軌道交通電氣節(jié)能設(shè)計(jì)，主要從各專業(yè)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、新型節(jié)能設(shè)備的應(yīng)用、新能源的利用以及有效的能源管理入手，對(duì)比各種方案的利、弊，并結(jié)合注意事項(xiàng)，提出合理、新型的設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：

軌道交通；電氣設(shè)計(jì)；節(jié)能管理；新技術(shù)

0引言

節(jié)能設(shè)計(jì)需符合國(guó)家有關(guān)法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定的要求，對(duì)于軌道交通工程項(xiàng)目，從線路規(guī)劃、車(chē)站及車(chē)輛段選址、客流運(yùn)營(yíng)組織、車(chē)輛及各系統(tǒng)設(shè)備選型及維護(hù)、系統(tǒng)供電等方面進(jìn)行合理、節(jié)能設(shè)計(jì)，以避免盲目投資和低水平重復(fù)建設(shè)。軌道交通是個(gè)多專業(yè)設(shè)計(jì)的復(fù)雜工程，因此應(yīng)從各專業(yè)多方面全方位系統(tǒng)化地貫徹節(jié)能設(shè)計(jì)。

1軌道交通能耗情況簡(jiǎn)介

軌道交通能耗主要是電能，還有部分是水、柴油、天然氣，折算為標(biāo)準(zhǔn)煤后，各種能耗計(jì)入總量并算其占比。柴油以線路巡檢車(chē)使用為主，量很少，在軌道交通總能耗中可忽略不計(jì)；生產(chǎn)生活用水與食堂使用天然氣兩項(xiàng)一起約占總能耗的1％；剩余99％左右都是電能。根據(jù)使用類(lèi)別，電能又可分為列車(chē)牽引用電與動(dòng)力照明等低壓設(shè)備用電，其中列車(chē)牽引用電約占50％～60％。動(dòng)力照明等低壓設(shè)備主要有通風(fēng)空調(diào)設(shè)備、給排水設(shè)備、照明設(shè)備、電扶梯屏蔽門(mén)等車(chē)站設(shè)備、通信監(jiān)控弱電設(shè)備、車(chē)輛段工藝維修設(shè)備等，其中通風(fēng)空調(diào)設(shè)備用電量約占低壓設(shè)備用電量的40％，車(chē)站設(shè)備約占20％，其余各專業(yè)均約占5％～10％。軌道交通地下車(chē)站居多，因此通風(fēng)空調(diào)設(shè)備與電扶梯設(shè)備較多造成其能耗比重較大。了解軌道交通用能情況后，便可針對(duì)需要重點(diǎn)節(jié)能設(shè)計(jì)的專業(yè)，提出行之有效的設(shè)計(jì)方案并在后期重點(diǎn)監(jiān)管。

2項(xiàng)目方案節(jié)能設(shè)計(jì)

2．1牽引節(jié)能設(shè)計(jì)

列車(chē)牽引能耗是軌道交通中最主要的能耗，且受到很多專業(yè)方案設(shè)計(jì)的影響，因此在牽引用電節(jié)能上需主要注意以下幾個(gè)方面。

（1）合理的線路方案有助于降低列車(chē)的牽引能耗，如盡可能減小長(zhǎng)大坡道的提升高度，合理設(shè)置節(jié)能坡度，站與站間盡量采用最短連接路徑。

（2）行車(chē)交路應(yīng)從配線、客流、交路長(zhǎng)度及運(yùn)營(yíng)角度等方面進(jìn)行多方案比選，在滿足客流需求的前提下，合理分時(shí)段設(shè)計(jì)運(yùn)行交路與列車(chē)對(duì)數(shù)，盡量提高列車(chē)載乘率，少跑空車(chē)，以減少對(duì)空車(chē)和少乘客車(chē)輛的牽引用電量。

（3）應(yīng)通過(guò)模擬仿真計(jì)算，合理布置牽引所，合理選擇牽引變壓器容量。

2．2低壓節(jié)能設(shè)計(jì)

軌道交通也因含有相當(dāng)數(shù)量的車(chē)站與車(chē)輛段而產(chǎn)生大量的低壓能耗，特別是地下車(chē)站更是用能較大的單體建筑，因此在低壓用電節(jié)能上需注意以下幾個(gè)方面。

（1）線路的選擇應(yīng)盡量避免地下車(chē)站埋深過(guò)大，否則通風(fēng)空調(diào)與電扶梯這類(lèi)主要耗電專業(yè)設(shè)備數(shù)量較多，功率加大，會(huì)使整個(gè)車(chē)站的用電大幅增加。

（2）車(chē)站建筑設(shè)計(jì)應(yīng)考慮城市規(guī)劃與周邊環(huán)境，合理利用資源，根據(jù)周邊自然環(huán)境，結(jié)合各專業(yè)設(shè)計(jì)，建立綜合節(jié)能觀念。

（3）車(chē)輛段／場(chǎng)選址應(yīng)有良好的接軌條件，方便行車(chē)組織，提高運(yùn)營(yíng)效率，減少列車(chē)空走距離、空走能耗。選址應(yīng)結(jié)合市政規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)等綜合考慮。總平面也應(yīng)根據(jù)工藝流程合理布局，以減少不必要的調(diào)車(chē)與設(shè)備運(yùn)輸。

（4）通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)及車(chē)站設(shè)備等應(yīng)根據(jù)其工況合理提出控制模式，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。全日車(chē)站此類(lèi)負(fù)荷變化較大，存在明顯的早、晚客流高峰等特征，其自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的季節(jié)性與時(shí)間性調(diào)節(jié)，以達(dá)到節(jié)能運(yùn)行目的。自動(dòng)扶梯采用變頻控制，無(wú)人乘坐時(shí)運(yùn)營(yíng)速度僅為正常速度的20％，以減少空載耗電量。

（5）采用就地與集中相結(jié)合的無(wú)功補(bǔ)償方式，使功率因數(shù)不低于0．9。認(rèn)真考慮三相負(fù)荷的平衡問(wèn)題，確保最大相負(fù)荷不超過(guò)三相負(fù)荷平均值的15％。

3設(shè)備產(chǎn)品的選用

選用低能耗、高能效的設(shè)備及產(chǎn)品，是軌道交通節(jié)能設(shè)計(jì)中必不可少的。有評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備應(yīng)按國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選型，無(wú)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)采用先進(jìn)技術(shù)設(shè)備，禁止采用國(guó)家明文禁止或淘汰落后的設(shè)備。

3．1車(chē)輛

車(chē)輛是軌道交通牽引能耗的使用者，選擇適合的車(chē)輛，對(duì)牽引節(jié)能貢獻(xiàn)是非常大的。車(chē)輛的車(chē)型、材料影響著自重，若車(chē)體采用整體承載鋁合金焊接輕型結(jié)構(gòu)，則車(chē)輛自重可合理減少，牽引耗能會(huì)降低。滿足動(dòng)力要求時(shí)，合理選擇牽引電機(jī)和車(chē)輛編組動(dòng)拖比，讓牽引電機(jī)工作在最佳能效狀態(tài)也是節(jié)約牽引用能的關(guān)鍵。空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備、空氣壓縮機(jī)等列車(chē)輔助能耗設(shè)備也應(yīng)選擇高能效產(chǎn)品。

3．2供電設(shè)備

變壓器的使用能耗應(yīng)符合GB／T10228—2008《干式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》的規(guī)定。電線電纜也應(yīng)按照經(jīng)濟(jì)電流密度要求合理選型。

3．3機(jī)電設(shè)備

通風(fēng)空調(diào)專業(yè)的大型風(fēng)機(jī)屬于高耗能設(shè)備，應(yīng)滿足GB19761—2009《通風(fēng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》中關(guān)于“1級(jí)能效等級(jí)”的相關(guān)要求；車(chē)站清水離心水泵（主要有空調(diào)系統(tǒng)冷凍水泵與冷卻水泵）應(yīng)滿足GB19762—2007《清水離心泵能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》的要求；其余機(jī)電設(shè)備國(guó)家也均有評(píng)定要求。

3．4照明

軌道交通工程照明主要采用節(jié)能型熒光燈，配電子鎮(zhèn)流器，所選燈具及鎮(zhèn)流器均應(yīng)符合國(guó)家頒布的相關(guān)照明能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值的標(biāo)準(zhǔn)。推廣應(yīng)用LED燈也是非常有必要的。

4節(jié)能管理

要想達(dá)到節(jié)能效果，需從系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、節(jié)能產(chǎn)品使用和節(jié)能管理體制上考慮。節(jié)能管理工作應(yīng)更加具體化，更具備可實(shí)施性。

4．1計(jì)量配備

完善的能源計(jì)量器具，有利于對(duì)運(yùn)營(yíng)、車(chē)輛設(shè)備維護(hù)及商業(yè)用電實(shí)行分別檢測(cè)和控制，嚴(yán)格成本核算和能耗定額管理。能源計(jì)量器具應(yīng)嚴(yán)格按GB17167—2006《用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則》中的要求進(jìn)行配置及校驗(yàn)。不僅要實(shí)行分類(lèi)計(jì)量，對(duì)大型用電設(shè)備還應(yīng)單獨(dú)設(shè)置計(jì)量進(jìn)行監(jiān)控。能源計(jì)量器具配備率為：RP＝NSN1×100式中，RP為能源計(jì)量器具配備率；NS為能源計(jì)量器具實(shí)際配備數(shù)量；N1為能源計(jì)量器具理論需要配備數(shù)量。

4．2管理措施

有良好健全的節(jié)能管理措施才能將節(jié)能落到實(shí)處，才能發(fā)揮設(shè)計(jì)系統(tǒng)與節(jié)能產(chǎn)品的作用。管理措施主要包含健全的節(jié)能管理制度、完善的能源機(jī)構(gòu)及人員配備、合理的能源計(jì)量器具管理、持續(xù)全面的能源統(tǒng)計(jì)與監(jiān)測(cè)等，若再配合能源管理系統(tǒng)，則會(huì)產(chǎn)生事半功倍的效果。

5新能源新技術(shù)的使用

5．1逆變－再生制動(dòng)裝置

目前城市軌道交通系統(tǒng)常用的電制動(dòng)方式有再生制動(dòng)和電阻制動(dòng)。再生制動(dòng)最大的好處是節(jié)能，當(dāng)列車(chē)下坡或進(jìn)站時(shí)，通過(guò)再生制動(dòng)裝置，列車(chē)的動(dòng)能或勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能，返回至接觸網(wǎng)被相鄰列車(chē)吸收，從而使能量得到有效的回收利用，但是再生制動(dòng)產(chǎn)生的電能很難被完全吸收利用，多余的電能會(huì)造成接觸網(wǎng)電壓升高，影響正常運(yùn)行。電阻制動(dòng)將多余電能消耗在制動(dòng)電阻上轉(zhuǎn)化為熱能，可防止接觸網(wǎng)電壓的持續(xù)升高。逆變－再生制動(dòng)即是用逆變裝置部分或完全取代制動(dòng)電阻，使接觸網(wǎng)上多余的電能不再轉(zhuǎn)化為熱能，而是回饋至低壓配電系統(tǒng)，使能量得到充分利用。

5．2地源熱泵系統(tǒng)

軌道交通的車(chē)輛段／場(chǎng)面積較大，有采用常溫地源熱泵機(jī)組作為冷、熱源的條件。淺埋水平管具有施工維護(hù)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、受地面溫度影響大的特點(diǎn)，但地下巖土冬夏熱平衡好，因此可采用地下埋管換熱器為單溝二層四管形式的地源熱泵。

5．3太陽(yáng)能與光導(dǎo)系統(tǒng)

軌道交通除了地下車(chē)站外也有車(chē)輛段／場(chǎng)內(nèi)大面積的單體建筑及一定數(shù)量的高架車(chē)站，如何利用自然光與太陽(yáng)能也是設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮的問(wèn)題。高架車(chē)站鋼結(jié)構(gòu)屋頂與車(chē)輛段／場(chǎng)內(nèi)大型維修庫(kù)屋面等都有條件設(shè)置太陽(yáng)能板或光導(dǎo)裝置，因此可根據(jù)城市的太陽(yáng)光照射情況及建筑朝向和周邊環(huán)境等因素合理選擇太陽(yáng)能或光導(dǎo)系統(tǒng)。

6結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)軌道交通設(shè)計(jì)各專業(yè)的思考，體會(huì)到電氣節(jié)能設(shè)計(jì)不僅牽涉到電氣專業(yè)或某幾個(gè)專業(yè)，而且牽涉到所有相關(guān)設(shè)計(jì)專業(yè)，需總體全面掌控，然后還要貫徹到今后的施工、運(yùn)營(yíng)使用等環(huán)節(jié)，缺一不可，否則無(wú)法達(dá)到節(jié)能效果。

參考文獻(xiàn)：

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作者:李建華 范越 單位:重慶市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司