地鐵供電系統節能降耗技術應用的探討

緱雅偉

摘要：地鐵供電節能降耗技術應用的意義重大，符合可持續發展戰略要求，同時也是城市地鐵運行系統長足穩定發展的需要。因此，必須從多方面入手，充分運用現代化先進技術、先進設備，提升地鐵設備運行的整體效率，實現節能減排，保障地鐵的運行更加安全可靠、綠色環保。基于此，以下對地鐵供電系統節能降耗技術應用的探討進行了探討，以供參考。

關鍵詞：地鐵;低壓;供電系統;節能降耗;技術應用

城市軌道交通供電系統的節能降耗一直以來受到業界人士的高度關注，提出了各類節能降耗實施方案，但其思路大都重點放在了設計和建設階段。在滿足運營要求的前提下重點考慮節能指標。由于不同的地區氣候條件不同，運營線路客流量不同，商業及辦公模式也有所不同，因此，分析運營階段能源需求，采用相應的管理手段也是實現節能降耗的重要措施。

1地鐵供電系統的影響因素

結合目前我國地鐵所擁有的供電系統來分析，其供電方式主要分為兩種，分別是分散供電方式以及集中供電方式，并將二者相互協調，共同運行的混合供電方式運用到地鐵供電系統中。二者結合的混合式供電不僅能夠在一定程度上極大的縮減了外界環境對其影響的作用，同時也使得效率最大化，資源使用最優化。但是外環境對于地鐵供電系統的影響依舊不容忽視。對于地鐵供電系統的影響主要分為內部因素以及外界因素。其中內部因素主要以設備的安全隱患、運行效率為主，這些都在日益發展的科技的完善下，逐漸降低其損壞率以及使用風險率。除了內部因素，便是外界因素的影響，外界因素主要分為外界的環境因素以及外部使用電源因素，對于環境，無法進行強行徹底的更改，只能在最大程度上對其加強防范措施，對其要保證提前的預估評判以及實時的解決處理。

2地鐵供電系統電能消耗分析

2.1地鐵通風制冷、給排水系統能量消耗

通風制冷、給排水系統能耗僅次于牽引供電系統的能耗，這2個系統含有冷水機組、冷卻泵、冷凍泵、各大風機、消防水泵、污水泵，需要消耗較多能量，而且地鐵在運營期間，空調通風制冷系統長時間處于固定運行模式，能量消耗巨大，且單一運行模式還會縮短空調的使用壽命，導致地鐵空調通風系統的能量消耗增加。

2.2地鐵照明系統能量消耗

地鐵照明系統對于地鐵運營非常重要，其能量消耗較大，照明裝置類型繁多。由于地鐵車站基本設置在地下，照明設備不僅在站臺和站廳需要設置，在設備房、辦公區、隧道區間、電纜通道等區域均需設置，且基本保持全天24h不間斷照明，因此整條地鐵線路的照明電能消耗量也較大。

3地鐵供電系統節能降耗管理及應用

3.1智能化能源管理系統網絡架構

根據地鐵供電系統的實際情況，將能源管理系統設計為由計量終端、能源管理系統子站、能源管理系統主站3大部分構成。計量終端主要由智能電度計量表、通信設備和用電設備構成，智能電度計量表按照不同供電設備的電壓等級、每個車站的不同區域、不同用電設備和不同用戶進行安裝，實行分類、分項和分戶計量，重點計量末端設備的能耗，并通過通信設備將相關數據傳輸給能源管理子站。能源管理系統子站設于各車站內，主要由網絡設備構成，負責將計量終端智能計量表采集的開關柜、配電箱、環控電控柜、配電控制箱等設備電能參數集中處理后上傳給能源管理系統主站。能源管理系統主站為中央級，設于車輛段，主要包括數據存儲與分析服務器、數據查詢服務器、線路級數據采集服務器、工作站、打印機和網絡設備。主站通過網絡與各子站系統進行通信，采集全線路的能耗參數及主要設備的狀態信息，完成數據采集、存儲管理、統計分析，建立設備運行狀態的統計和分析系統，建立設備評價、服務評價及用能效果評價指標體系，指導能耗管理工作的開展。

3.2?AI技術在通風空調領域應用分析

由于地鐵系統非常復雜，各個環節之間相互聯系，現在大多數地鐵公司使用的系統幾乎不能對預期情況做合理的分析，很難給乘客帶來良好舒適的乘車感受。我們考慮線路的實際問題后發現，可以充分利用現有的傳感器，以他們的數據為基礎結合機器學習方法逐漸理解有利于調控空調系統的參數和能效比關系，建立數學模型。作用這個系統可以參與到復雜參數的調試，實現現有系統的優化運轉。機器學習法能通過目前掌握的傳感器詳細數據模擬出整個體統的能源利用比，還會有相關的改進方案傳輸給運營單位，它能模擬得到的數據有能效值、具體參數配置、優化方案等，會經過系統傳輸給維護人員。

3.3提高再生制動能量吸收裝置的應用

車輛制動分為電制動和空氣制動，電制動又分為再生電制動和電阻制動，當再生制動失效時自動轉為電阻制動。車輛再生制動產生的反饋能量一般約為牽引能量的30%，而這些再生能量被列車自用電消耗一部分，并按比例（一般為20%～80%，取決于列車運行密度和區間距離）被其他相鄰取流列車吸收和利用，剩余部分將主要被車輛的吸收電阻以發熱的方式消耗。當線路行車間隔較大時，再生制動能量由車輛吸收的幾率較小，由于車輛的制動主要發生在運行過程中，如果再生能量由車輛吸收電阻吸收，必將帶來隧道和地下車站的溫升問題，同時也增加了地下車站內空調系統的負荷，造成大量的能源消耗，增加運營成本。因此濟南地鐵牽引供電系統配置了再生能量吸收裝置以實現制動能量的回收和再利用，并在運營期間加強運營輔助設備的管理，提高再生能量回饋裝置的利用率，降低電能消耗。

3.4優化空調水系統

空調水系統是整個系統中的冷量提供源頭，它負責的部分室內冷負荷和外界空氣之間的相互交換。它調控的是制冷量、送冷量、散熱量三者之間的能量收支平衡，它的操作難度非常大，它需要調控自身系統內部和空調末端冷量的相互匹配。在線路的前期設計中會預判后期的載客量上升，所以會預留一部分負荷。這就造成前期運營中供大于求，有一定的浪費。常規的水系統由三個控制環節組成，分別是冷水機組，冷凍水側和冷卻水側。冷凍水側采用供回水恒溫差PID調節冷凍泵頻率來調控管道里面的水量;冷機在負荷變化下進行加減調控;冷卻水側通常根據冷卻塔變化或者冷卻泵的變化對水溫進行調節控制。這三個部分不能保證整個系統的冷量平衡，所以整個系統在自變量變化后反應速度較慢，大大降低了性能。比如我們調低了冷卻泵的工作頻率，它的耗能隨之減少，會造成冷卻水溫的不斷升高，冷水機組低效運轉。

4結束語

地鐵工程中的供電系統的安全穩定運行，是保障地鐵正常運行的基礎，供電系統能為地鐵各設備提供源動力。傳統的系統無法精準的預測各種因素影響下系統的變化，隨著智能化的推進，人工智能在這方面運用。最新研究出的節能系統將會大大提高能源的利用比，最大程度上做到節能環保。

參考文獻：

[1]朱龍佳.地鐵供電系統節能降耗技術應用的探討[J].電氣化鐵道，2019，30（03）：75-78.

[2]李磊.基于直流牽引供電計算的地鐵列車節能運行優化研究[D].北京交通大學，2018.

（作者單位：濟南軌道交通集團第一運營有限公司）