城軌車輛客室LED照明改造分析

李紹國

摘 要：文章以天津地鐵3號線城軌車輛客室LED照明改造為例，介紹了客室LED照明的特點，對客室LED照明燈具選型和節能效果進行了分析。

關鍵詞：城軌車輛；LED照明；節能

中圖分類號：U270.381 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）03-0063-01

天津地鐵3號線，是天津市快速軌道交通網中的南北骨干線，全長33.7公里，全線共設26座車站，其中地下站18座、高架站7座、地面站1座。車輛采用B型車6輛編組，最高運行速度80km/h。

隨著社會能源日益緊張以及人們對綠色環保概念的不斷加強，如何降低軌道交通能耗越來越為軌道交通設計人員所重視，LED燈具應用作為目前行業發展的方向，在節能效果、維護便利性等方面具有明顯優勢。

1 LED光源優勢

白光LED作為一種新型的固體光源進入照明領域，成為第二代光源以后的第三代新型光源。隨著人們對半導體發光材料研究的不斷深入，以及LED制造工藝的不斷進步和新材料的開發和應用，LED光源被開始廣泛應用于高速動車組、地鐵車輛、輕軌車輛等的客室照明。

相對于熒光燈燈源，軌道車輛采用LED光源的優勢如下：

能耗低。相對于傳統的熒光燈管，LED光源能耗更低，在照度提高的情況下，單公里能耗比原有車降低至少40%，可大大降低運營成本。

有利于優化城軌車輛輔助系統直流負載管理的冗余設計。當車輛沒有高壓供電時，僅靠蓄電池組給列車提供 DC110V緊急供電。作為車輛低壓直流負載的一部分，客室照明消耗功率的大小也將一定程度上影響輔助系統直流負載管理的冗余設計。采用LED燈具在正常情況和緊急情況下的直流負載功率更小，列車低壓供電的冗余性更高，給車輛蓄電池容量的選型帶來一定的冗余。

壽命長，易維護。由于LED光源使用壽命較長（LED 壽命能達到50000h以上），是傳統熒光燈的5倍，不存在燈管頻繁更換的現象，減小后期維護工作量。

環保性好。LED光源光譜純正，其光譜中無紫外線及紅外線，保護人體的視覺，屬于典型的綠色照明光源。

抗振性能好。LED是用軟性硅膠封裝的固態光源，其結構中沒有玻璃、鎢絲等易損可動部件，是一種全固體結構。因此，相比于傳統熒光燈，LED更能夠經受得住振動、沖擊而不致引起損壞。

2 原型車燈具說明

天津地鐵3號線客室熒光燈照明裝置為兩側縱向布置的熒光燈燈具，兩排燈帶由三條獨立的照明電路組成，即兩條正常照明電路和一條緊急照明電路，緊急照明在正常情況也用于正常照明。當車內正常照明失效時，緊急照明裝置能維持車內照明45分鐘，故障照明裝置與門區的正常照明裝置采用同一光源。

天津地鐵3號線車輛客室及司機室光源均采用T8型熒光燈管，每支燈管單燈供電，配置有一個電子鎮流器或電子逆變器。對于新設備，在額定電壓下，普通照明與應急照明在距地板面高800mm處，照度應均高于200Lux。

燈具由燈體、燈罩、燈座、熒光燈管、電子鎮流器或電子逆變器組裝而成。燈體采用鋁合金擠制型材，燈罩采用鋁合金型材與聚碳酸脂型材粘接而成。燈罩透光率約55～60%之間。熒光燈管固定于燈座上，燈座通過安裝座固定于鋁型材燈體上，一個燈體上安裝2根燈管。燈管點亮后，由于兩熒光燈管中間留有間距，從燈罩正面觀察均有不同程度的暗區不被照亮。

3 技術方案

到天津地鐵車輛是在原有燈具的基礎上進行改造，為減小改造工作量、改造難度以及改造成本，在滿足照度的前提下采用分散式控制、三面發光的LED燈條的改造方案。

用三面發光的LED燈條模塊替代原熒光燈管，燈具長度同燈體。LED色溫同原熒光燈管的色溫保持一致。光源采用高亮度LED燈珠，燈珠壽命能達到50000小時以上。燈條采用鋁合金型材作為固定支架，具有材質輕，強度高，散熱性好等特點，同時為增大散熱面積提高散熱效率，將型材表面鍛壓為凹槽狀。

采用分散式控制方式，即每個燈源單獨供電，分別配置一個驅動電源，某一燈源故障時不會影響其他燈源的使用，驅動電源尺寸及安裝方式與現有車的鎮流器一致。驅動電源分為可調光驅動電源和非調光驅動電源，調光驅動電源共分為4個檔位，隨著使用年限的增加LED會出現一定的光衰、燈罩的透光率會降低，這時可通過調節驅動電源的拔碼開關進行調節輸出功率，以滿足客室的照度要求，約3年調節一個檔位。這樣可在燈具使用前期采用功率較低檔位，以減小能耗，節約運營成本。

按照原車設計，在每個門區內設置一個應急照明裝置，其供電電源電壓為DC110V，緊急照明在正常運行條件下也使用。當客室內照明失效時，應急照明點亮。

4 經濟性分析

由于3號線電客車運營時間較短，熒光燈電子鎮流器故障率均較低，故建議在大修時進行改造，按照車輛使用壽命30年計算，大修改造后繼續運營20年。客室LED燈具改造成本在18萬/列左右，目前3號線共31列電客車，改造成本預計共558萬。以每年運行4200小時計算，熒光燈管后期維護總成本154.38萬元，LED光源后期維護總成本314.96萬元。

根據天津地鐵3號線電客車現有照明系統及LED燈具理論參數計算出31列車運營20年的理論能耗值如表1所示。

以運營20年計算，31列車LED照明改造可節省：717.34 -558-（314.96-154.38）=-1.24萬元。

綜合以上，按照理論計算數據測算，在運營10年后對3號線列車進行客室LED照明改造經濟效益并不明顯。

5 結語

從技術方案可行性分析，天津地鐵3號線電客車LED節能改造，分散式控制改造方案在技術上及可操作性上均可實現。從經濟性能上對比分析，天津地鐵3號線電客車LED節能改造，前期投入比較大，經濟效益并不明顯，但節能效果明顯且后期維護工作量較小，考慮到LED光源的諸多優點，因此建議在3號線大修時進行LED照明改造。

參考文獻

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[2]劉軍良，鐘碧羿.城軌車輛LED照明的特點及燈具設計選型分析[J].電力機車與城軌車輛，2010，33（2）：55-57.