新時期的城市軌道交通電氣節(jié)能設計

馬少偉

摘要：城市軌道交通作為重要的基礎設施，對于滿足公共交通需求有著重要的意義。城市軌道交通的電氣能耗主要來源于兩個結(jié)構(gòu)，在這兩個結(jié)構(gòu)的基礎上又可以進行細分。為了有效提高電氣能源的利用效率，需要對城市軌道交通系統(tǒng)進行科學的技能設計。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通 電氣節(jié)能 設計方案

引言

隨著我國城市化進程的不斷加快，為了滿足市民的生活出行，城市軌道交通線路的規(guī)模和數(shù)量也在不斷的擴張。城市軌道交通系統(tǒng)的完善，雖然有力的支撐了城市公共交通需求，但是也極大的增加了城市的電氣能源消耗。近些年，隨著低碳環(huán)保理念的持續(xù)深化，各地都提出了節(jié)能減排的工作目標。在這種背景下，為了有效提高城市軌道交通電氣能源的利用效率，并保證城市公共交通系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，就需要進行節(jié)能設計的探索。

一、電氣能耗分析

根據(jù)城市軌道交通系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，可以將電氣能耗來源分為車輛能耗與車站能耗兩個方面，其中車輛能耗在總能耗中占據(jù)著較大的比例。在車輛能耗中，又可以細分為動力系統(tǒng)能耗，控制系統(tǒng)能耗以及照明等輔助系統(tǒng)能耗等，而車站能耗主要來源于扶梯，空調(diào)等輔助系統(tǒng)的能耗。城市軌道交通系統(tǒng)的電氣能耗除了與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系之外，與車站的客流量以及環(huán)境條件等也有著密切的關(guān)系。在城市軌道交通系統(tǒng)電氣節(jié)能設計中，需要考慮到電能能耗的具體情況進行針對性的設計。其中，城市軌道交通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設計是重點所在。

二、電氣節(jié)能設計分析

（一）車輛動力系統(tǒng)的節(jié)能設計

在城市軌道交通系統(tǒng)電氣能耗的總體組成中，車輛動力系統(tǒng)的能耗是主要的來源。因此在節(jié)能設計中需要將該結(jié)構(gòu)作為重點，通過對動力系統(tǒng)的優(yōu)化，來降低動力系統(tǒng)的能耗量。具體的優(yōu)化設計方案包括：a，合理優(yōu)化軌道線路。通過對車輛運行線路的優(yōu)化可以縮短車輛的運行里程，從而減少動力系統(tǒng)的能耗。在城市軌道交通系統(tǒng)的設計中，需要充分結(jié)合城市的發(fā)展規(guī)劃，考慮到不同區(qū)域的客流量等現(xiàn)實客運需求，提高車輛運行的效率[1]。同時，還要考慮到當?shù)氐牡匦螚l件，對于軌道的坡度要進行合理的設計，盡量避免角度過大坡度的設計，在必要時可以選擇繞行的方式。 b，合理優(yōu)化車輛結(jié)構(gòu)。在車輛牽引車廂數(shù)量方面，需要結(jié)合不同區(qū)域和時段的客流量進行合理的設計，盡量避免車輛超負荷的運行。在城市軌道交通系統(tǒng)的設計中，相關(guān)工作人員要積極利用模擬仿真模型計算的方法，既保證節(jié)能設計的合理性，同時又要保證軌道交通系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行。

（二）相關(guān)電氣設備的節(jié)能設計

各種電氣設備的組合共同構(gòu)成了城市軌道交通系統(tǒng)，這些電氣設備的能耗性能直接影響著整個系統(tǒng)的能耗水平。因此，對于城市軌道交通系統(tǒng)的電氣節(jié)能設計，需要重點關(guān)注電氣設備的能耗狀態(tài)。在城市軌道交通系統(tǒng)的設計中，首先應該考慮節(jié)能高效的電氣設備的選擇，這是降低系統(tǒng)電氣能耗的重要基礎措施。在選擇電氣設備時，要嚴格遵循國家或者行業(yè)的質(zhì)量和能耗標準，堅決淘汰不合標準電氣設備的使用。為了有效降低動力系統(tǒng)的能耗，在車輛材料的選擇上，盡量選擇質(zhì)量較輕的合成金屬材料，降低車輛自身的載重。對于照明，空調(diào)等輔助系統(tǒng)的設備，也要進行合理的優(yōu)化設計。在照明燈具的選擇上，首先應該選擇節(jié)能的 LED燈具。其次，在光源的設計上，也需要結(jié)合車站和車輛的具體照明需求等現(xiàn)實需求，選擇相應功率的燈具和布置合理的密度。在照明系統(tǒng)的控制上，可以選擇智能控制系統(tǒng)，通過對供電狀況的動態(tài)監(jiān)控來合理調(diào)整照明系統(tǒng)中的電壓與電流，避免因為負荷不平衡導致的能耗。除此之外，智能照明控制系統(tǒng)中的亮度傳感器還可以結(jié)合室外環(huán)境的亮度，計算出相應的光源亮度，在保證照明效果的前提下降低燈具的能耗。在空調(diào)系統(tǒng)的設計上，首先需要選擇性能優(yōu)良的產(chǎn)品。同時，在空調(diào)系統(tǒng)中需要設置性能狀況良好的溫控設備，主動根據(jù)客流量的密集程度以及季節(jié)等因素合理調(diào)節(jié)車站和車輛環(huán)境的溫度。并且，空調(diào)系統(tǒng)需要積極借助自然風等條件來調(diào)節(jié)環(huán)境的溫度，降低動力系統(tǒng)的能耗。在車站扶梯系統(tǒng)的設計上，首先要合理設計扶梯的數(shù)量，做到資源的充分利用。其次在扶梯的控制上應該選擇變頻控制的模式，在沒有乘客的情況下主動進入到低能耗運行的方式。

（三）配電變壓器的節(jié)能設計

配電變壓器是城市軌道交通系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)，通過對這一結(jié)構(gòu)的節(jié)能設計優(yōu)化，可以極大的降低系統(tǒng)的總能耗，并且提升電氣能源的利用效率。配電變壓器的能耗來源主要來自兩個方面，包括空載運行損耗與負載運行的損耗。對于配電變壓器的節(jié)能設計，主要措施是提高運行的效率。具體而言，可以從以下的角度進行優(yōu)化：首先，最為基礎的措施便是選擇能耗較低的節(jié)能變壓器。節(jié)能型的變壓器通過對內(nèi)部鐵芯材料和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，有效的降低了變壓器的空載運行損耗。目前，應用于城市軌道交通系統(tǒng)的配電變壓器主要選擇 S11系列節(jié)能型變壓器[2]。其次，在確定了配電變壓器的類型基礎上，還要結(jié)合系統(tǒng)運行的實際負荷選擇相應容量的配電變壓器。同時，為了提高配電變壓器的運行效率，需要盡量保持變壓器負載率在最佳的狀態(tài)條件下。另外，配電變壓器的選擇還要考慮到工作環(huán)境條件，車站面積等因素，合理確定配電變壓器的類型與容量。在城市軌道交通的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，為了抵消無功功率的損耗，還可以配置電容補償柜。最后，在配電變壓器的設計中，必須要保持三相的平衡性，避免變壓器因為三相不平衡導致的能源損耗。

三、結(jié)束語

作為重要的基礎設施，城市軌道交通系統(tǒng)在城市經(jīng)濟社會的發(fā)展中發(fā)揮著重要的價值。隨著我國城市化的不斷發(fā)展，城市軌道交通系統(tǒng)也必將隨之不斷的完善。在這個過程中，為了有效提高能源的使用效率和推動城市的綠色發(fā)展，城市軌道交通的設計必須要充分考慮到能耗狀況。隨著新節(jié)能技術(shù)和節(jié)能設備的發(fā)展，城市軌道交通系統(tǒng)的運行效率以及電氣能源利用效率一定會得到進一步的提升。

參考文獻：

[1]王蕊，馮棟.新時期的城市軌道交通電氣節(jié)能設計[J].數(shù)碼設計（上）， 2019， 000（011）：245.

[2]張園園.新時期的城市軌道交通電氣節(jié)能設計[J].科學技術(shù)創(chuàng)新 ， 2019（26）：107-108.

（作者單位 ：南京國電南自軌道交通工程有限公司 ）