城市軌道交通工程供配電節能措施分析

趙霖

摘 要：城市化的不斷推進和城市人口的劇烈增長造成了嚴重的環境污染、交通堵塞等問題，發展公共交通，堅持可持續發展的城市軌道交通是解決這些問題的有效措施。城市軌道交通的運營需要消耗大量的電能，對軌道交通工程節能措施的研究勢在必行。文章針對城市軌道交通工程的供配電節能措施進行了詳細的分析。

關鍵詞：城市軌道交通；供配電；節能措施

中圖分類號：U223.6 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）29-0146-02

Abstract： The continuous promotion of urbanization and the rapid growth of urban population have caused serious environmental pollution， traffic congestion and other problems. To develop public transport and adhere to the sustainable development of urban rail transit is an effective measure to solve these problems. The operation of urban rail transit needs to consume a lot of electric energy， so it is imperative to study the energy-saving measures of rail transit engineering. In this paper， the energy saving measures of power supply and distribution in urban rail transit project are analyzed in detail.

Keywords： urban rail transit； power supply and distribution； energy saving measures

1 概述

據統計，截至2017年末，我國內地共計34個城市開通城市軌道交通并投入運營，開通城軌交通線路165條，運營線路長度達到5033公里。其中，地鐵3884公里，占比77.2%；其他制式城軌交通運營線路長度約1149公里，占比22.8%。節能是我國經濟和社會發展的一項長遠戰略方針，對于具有很大節能潛力的大能耗軌道交通系統，研究其節能措施具有深遠的意義。

2 城市軌道交通供配電節能措施

城市軌道交通能耗主要包括供電、通信、信號、給排水及消防、站臺門、電扶梯、自動滅火系統、通風空調等系統。而供配電系統能耗約占整個軌道交通能耗的50%～60%，是研究節能措施的重中之重。下面對軌道交通工程供配電節能措施進行詳細的分析。

2.1 主變電所選址方案

主變電所位置選擇滿足安全可靠性要求，靠近負荷中心，鄰近軌道交通線路布置，滿足中壓網絡線路壓降、線路損耗等經濟技術指標要求。主變電所選址靠近城市電源變電站、多條線路換乘車站附近且交通方便的位置，減少高壓電力線路建設費用，方便設備運輸和電力線路進出，減少中壓線路建設費用，方便中壓電纜接入。

主變電所選址應在滿足地鐵供電系統安全可靠運行的前提下盡量減少主變電所設置的數量，實現多條線路的共享，減少對城市土地資源和能源的消耗。

2.2 采用高供電電壓等級減少電網線路損耗措施

既有城市軌道交通中壓供電網絡，國外一般有35kV、20kV和10kV電壓等級，國內一般為35kV（廣州地區為

33kV）和10kV電壓等級。35kV中壓網絡輸電半徑和容量大、電能損失小，在國內軌道交通供電系統中已有非常成熟的應用。10kV中壓網絡輸電半徑和容量小，電能損失相對較大，一般用于運量較小的城市有軌電車中。采用35kV供電電壓等級，與10kV供電電壓等級相比，線路損耗和變壓器損耗均可以減少，節能效果明顯。

2.3 牽引變壓器容量選擇

牽引變壓器容量依據如下原則確定：

（1）在各種運行方式下，各牽引變電所高峰小時最大功率應小于整流機組300%的額定容量，高峰小時平均功率應小于整流機組150%的額定容量。

（2）整流機組的單邊供電能力應滿足牽引變電所單邊運行的需要。

（3）正常運行方式，各牽引變電所高峰小時平均功率應小于整流機組額定容量。

2.4 降壓變電所設計

（1）降壓變電所選址

根據車站類型、規模及負荷情況，降壓變電所的位置應盡量靠近負荷中心且便于設備運輸，因此車站的變電所應盡量設在站臺層。根據車站規模考慮設置一座或兩座降壓變電所，當設置兩座降壓變電所時，其中一座為降壓變電所，另一座為跟隨式變電所。車輛段及綜合基地，根據實際需要設置降壓變電所。

在有牽引變電所的車站和場段，應將降壓變電所與牽引變電所合建為牽引降壓混合變電所。

（2）配電變壓器容量選擇

隨著科學技術及生產水平的不斷發展，動力配電用的干式變壓器空載損耗已經很小，變壓器的最佳效率范圍已增大，以某廠生產的環氧樹脂絕緣1250kVA變壓器為例，空載損耗為2.16kW，負載損耗為10.01kW，如功率因數按0.9考慮，根據此參數計算，負荷率在40%～100%間時，效率均在89%以上。在動力變壓器的容量選擇時，在考慮最佳負荷率的同時，建議以變壓器容量滿足各種運行方式下的用電量要求為原則，即變壓器容量滿足以下條件。

在正常運行狀態下向本供電范圍內的全部用電負荷供電；單臺變壓器解列時，另一臺變壓器滿足本供電范圍內全部同時工作的一、二級負荷的用電要求。用單臺變壓器運行時的負荷計算值確定變壓器的容量，以兩臺變壓器同時運行時的負荷計算值進行校核。

（3）使用全壽命周期成本法選擇變壓器

目前，大多數國內變壓器用戶在選擇變壓器時，只注重初期投資，而對變壓器使用壽命期內空載損耗、負載損耗不在乎，即對設備全壽命周期成本關心不夠。這造成了變壓器使用過程中損耗較大，進而帶來運營成本的增加。變壓器選擇損耗小、初始價格高的變壓器雖然一次投資高，但從全壽命周期角度，總的投資較低，因此宜采用低損耗變壓器以降低損耗。

非晶合金變壓器由于其空載損耗特別低，具有很好的節能效果，但由于其成本較高，可以選擇適當場合進行應用。在變壓器選擇時，推薦采用SC（B）13系列以上低損耗節能變壓器。

2.5 無功補償及濾波治理

地鐵車站降壓變電所低壓側設備功率因數一般可達0.8以上，有的甚至可達到0.95以上。根據國內地鐵運營經驗，降壓變電所低壓側一般無需投入無功補償裝置，否則在用電低谷時（晚上停運），大量電纜容性負載造成主變電所110kV側的無功過補償，出現向電網反送無功電力的情況。

在城市軌道交通中設置動態無功補償及濾波裝置，動態調整系統無功功率，并統一治理系統總諧波，該方案不僅滿足了供電部門對功率因數及諧波含量的要求，提高了系統電能質量，還能減小系統損耗，并在節能和環保方面發揮作用。

2.6 設置再生制動能量回饋裝置

結合車輛專業的節能措施，車輛采用在全速度范圍內電制動力滿足常用制動力的方案，即采用再生制動優先的方案。建議將供電系統與車輛的制動方案相結合，設置再生制動能量回饋裝置，以吸收和再利用線路中相鄰車輛不能吸收的再生制動能量，提高供電系統的節能效果。

2.7 照明節能設計

照明系統中優化照度設計，優化廣告照明的布置，在滿足國家照度要求的同時，盡量減少燈源量。在地面建筑中，充分利用自然光，對門窗合理設計，將自然光引入室內進行照明。推薦采用高效節能燈具，主流的節能燈具主要為T5燈管以及LED燈，采用節能燈具能夠實現節能約10%～20%。

車站照明考慮采用智能照明控制系統，可根據現場的實際運營情況，包括客流量，外部自然光情況等調節車站的照明亮度，達到精細化控制目的，具有靈活性、可靠性等優點。該措施可以降低照明能耗，并使用預設置控制方式和控制組件，在不同時間精確設置和管理不同環境的光照度，實現很好的節能效果。

車站設備房設置應急照明，以往地鐵工程中往往采用長明燈的運行模式，而大部分設備房間為無人值班，只有在巡視時才有人進入。因此，推薦設備房應急照明設置開關的方案，當運營人員巡視時，進入房間打開燈具開關，離開房間時切斷絕大部分照明燈具。當有火災發生時，應急照明燈自動開啟，保證人員疏散和應急狀態下的工作需要。

3 結束語

當前我國城市地鐵里程不斷攀升，地鐵城市數量也在不斷增加。在保證地鐵安全有序運營的前提下，在地鐵建設前對地鐵的能耗進行節能優化設計是最關鍵和直接的。本文針對軌道交通工程供配電節能措施進行詳細的分析，為城市軌道交通供配電的設計提供了參考依據。

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