深圳地鐵?3?號線車輛客室照明智能感光改造探討

周拯民，陳富東

（深圳市地鐵集團有限公司運營總部，廣東深圳 518040）

0 前言

深圳地鐵 3 號線分地下段與高架段，高架段占全程線路的 51.6%。列車運行高架線路區間自然陽光充裕，外界光照基本可以滿足客室光照強度要求，但原照明系統始終保持恒功率輸出，造成資源浪費。為此，在高架線路區段應用智能感光照明系統，既可調節功率的低輸出，又可保證客室照明總亮度處于恒定要求值。

1 現有客室照明介紹

深圳地鐵 3 號線客室照明有 2 條主照明電路（交流回路 1、交流回路 2）和 1 條緊急照明電路。各條照明電路均采用恒壓控制、恒定功率輸出方式。

照明系統采用的節能方式為人工手動調節方式，即每日 17 : 30 前，客室照明開關打至“節能”位，只開啟交流回路 1（AC220V）及緊急照明回路（DC110V）照明；17 : 30 分之后，客室照明開關打至“全開”位，將另一個交流回路 2（AC220V）照明打開，此時客室照明LED 燈全部點亮?！肮澞堋蔽缓汀叭_”位時的客室照明效果如圖1所示。

圖1 客室照明效果圖

2 現有客室照明存在的問題

3 號線路段有一半是高架段，外界光照充沛，由于外界光照的補償，無需照明恒功率輸出?，F有照明每天長達 16 h 以上連續亮燈，燈具功耗增加，造成電源模塊故障率攀升，光源模塊光衰嚴重，燈具的過輸出造成資源的浪費。

節能方式為人工手動按固定時間點進行操作，這種調節模式一方面司乘人員容易忘記，另一方面不能按客室照度的實際情況來調節，無法保證客室照度環境的舒適性。

交流回路 1 照明及緊急照明 LED 燈，每天工作時間比交流回路 2 照明 LED 燈長 2 倍左右。由于 LED 燈光隨著時間推移衰減，交流回路 1 及緊急照明 LED 燈比交流回路 2 明顯偏暗，不利于客室照明的美觀及維護。節能與舒適性要求，引入智能感光技術。智能感光照明系統可根據客室的光照強度，調節電源模塊功率的低輸出，在各功率輸出條件下，所有光源板件都保持點亮，這種調節方式既保證客室照明始終處于恒定要求照度值，又使光照強度均勻統一，不會因為“明暗相間”的照明亮度形式影響乘客的視覺舒適性。

3 LED 智能感光照明方案

LED 智能感光照明需將原有光源模塊、電源模塊更換為恒壓控制模式的燈具組件，改進的電源模塊、光源模塊均按原有安裝位置進行安裝，同時新增照度感光器、自動控制器。照度感光器內嵌在照明自動控制器上，安裝于每節車廂兩側燈帶的端部燈罩內，客室一位端及二位端各一個，分別控制每節車廂內兩側 LED燈帶。

客室照明供電線路與原有一致，分主照明電路（供電電壓為 AC220V）和緊急照明電路（供電電壓為 DC110V）；照明控制開關從原有三檔位設計改為兩檔位，即“OFF”和“ON”位，無需“節能”檔位的設計。

控制方式調整為感光智能調節，照度感光器不斷采集車廂內的照度數據并和自動控制器的設定值進行比較，將比較后的脈寬信號輸送給 LED 驅動電源，自動調整照明系統光（功率）輸出，使車廂內的照度維持在恒定的照度范圍內。圖2 是光控原理圖，當照明開關處于“ON”位時，客室照明光源板件全部點亮，且根據外界的光照補償，由 LED 驅動電源輸出不同的功率值，統一調節光源板的照度值。

從感光器偵測到客室光照強度，自動控制器輸出脈寬信號， LED 驅動電源功率輸出，到光源模塊照度值變化，這一智能調光過程的時間設置為 1 s。如當列車由地面轉入地下或由地下轉入地面導致客室內光照強度變化時，照度感應器可檢測到客室內照度變化，在 1 s 內自動調節客室內部照度，使車廂照度達到設定值。

深圳地鐵 3 號線高架區間有外界日光補償光照，為滿足

4 智能感光照明改造的實施

4.1 組裝階段

拆除原有的光源模塊和電源模塊，安裝新型的光源模塊、電源模塊、智能感光控制器。對每盞燈具進行通電測試，確保燈具點亮正常。測試感光控制器和燈具電源模塊通信狀態。將調試好的燈具進行安裝，安裝完畢后進行通電調光測試，測試燈具發光是否均勻以及感光系統是否滿足無極調光的工作要求。調試燈具正常后，恢復安裝照明燈具的其他部件。

4.2 調試階段

燈具裝車完畢后在庫內試車線試驗調光，用照度儀測試客室光照強度，同時調節智能感光控制器的輸入值（有照度感光器照度調節按鈕和紅外線遠程遙控 2 種設置輸入方式），確保客室內距離地板面 800 mm 處照度不低于 300 Lux（見 GB/T 7928-2003《地鐵車輛通用技術條件》規定）。改造后燈具組成見圖3。

圖2 智能調光控制原理圖

5 改造后的智能感光控制系統工作模式

5.1 正常模式

在照明系統智能感光控制器調節組件無故障時，客室照明系統進入正常工作模式，根據采集外界光照的不同，調節電源模塊功率的輸出，從而改變光源模塊的光照亮度，使客室光照強度處于恒定值。

圖3 改造后燈具組成圖

5.2 故障模式

當智能調光控制器或光照采集線路出現故障時，智能調光控制器自動禁用感光功能，各 LED 驅動電源模塊全功率輸出，光源模塊保持在最大亮度值。

5.3 緊急照明模式

在緊急照明模式下，智能感光器無電壓輸入，停止工作，緊急照明線路電源模塊無法接收到調光信號，均按最大功率進行輸出，保證門區位置緊急照明電路在距地板面 1 m 位置光照強度大于 30 Lux。

6 應用情況

6.1 客室照度

改造后列車客室照明距地板面 800 mm 處滿足照度大于 300 Lux 的要求，在外界陽光充足的情況下，正線個別區段（除地下段）客室內照度能達 400 Lux 以上。在燈帶全功率工作的情況下，隨機抽取一燈罩處測得的照度為 9 500 Lux，地下站時同一位置照度為5 500 Lux，高架段時為 3 500 Lux，智能調光功能正常。

6.2 節能效果

在改造后的列車和未經改造的列車電氣柜內安裝電能表，用于測量智能感光系統實際節省電量。根據統計值，改造前每列車平均功率為 5.6 kW，改造后每列車平均功率為 2.2 kW，以每列車每天工作17 h（6 : 30—23 : 30）、一年 365 天計算，電客車客室照明系統智能感光改造后每列車每年可節能：（5.6-2.2）×17×365 = 21 097 kW · h，即改造后每列車每年可節約2.1 萬度電。

6.3 維護費用

改造前 LED 光源模塊壽命約為 30 000 h（運營 5年），電源模塊約為 5 0 000 h（運營 7 年）；電源模塊故障率為 3.6%，電源模塊故障率為 1.7%；一列車光源模塊 1 350 個，電源模塊 280個；光源與電源模塊維護單價分別為 360 元、310 元。一個壽命周期的維護費用為：1 350×3.6%×360 + 280×1.7%×310 = 18 971.6 元。改造后，電源和光源模塊不存在過輸出情況，使用壽命延長，具體節省費用需要后期進行統計。

6.4 照度調節時間

改造后列車運行時在不同的光照強度下，均能保持恒定照度，客室照明強度均勻統一。在列車進入隧道和駛出隧道時地鐵的運行速度一般在 70～89 km/h，進出隧道 1 s 左右，燈具在 1 s 時間內全亮，使車廂內照度達到設定值。同時隧道口的光亮是漸變的，在進出隧道時就彌補了車廂內的照度跟外部的變化，使車廂內的照度變化很小，給予乘客溫和舒適的過渡。

6.5 節能控制方式

客室照明采用智能感光技術后，列車在外部光照強度充足的環境下，無需通過手動調節照明開關至“節能”位來達到節能的目的，減少了司機根據不同時間段轉換照明模式的作業。

6.6 光源衰減后的亮度調節

列車正線運營時，客室 3 條照明電路在正常情況下始終處于同時工作的狀態，各光源模塊工作點亮時間一致，其 LED 燈珠衰減速率同步。隨著使用時間的推移，各光源模塊的照度不會出現明顯的差別。在光源模塊的壽命期內，LED燈珠發生衰減，照度降低時，均可通過電源模塊調高輸出功率，保證客室光照強度。

7 結語

深圳地鐵 3 號線車輛進行客室照明智能感光改造后，客室照明的光照強度始終均勻統一。電源模塊的低功率輸出不僅達到了節能的目的，同時延長了照明燈具元器件的壽命，從而產生可觀的經濟效益。后期在列車大修期，可推廣應用客室照明智能感光技術。