城市軌道交通供電安全節能措施探討

北京地鐵供電分公司 李勇強

近些年來城市軌道交通越來越受到市民的歡迎，相比其他交通來說，軌道交通具有快速、環保和舒適等優勢，有效優化了城市內部的交通網絡，改變了城市出現交通擁堵情況，相對來說也能夠減少城市內部的污染，推動了城市的創新發展。眾所周知城市軌道交通的主要牽引力是電力資源，因此城市軌道交通也成為了城市內部電能消耗的主要用戶，通過使用節能技術能夠有效地減少軌道交通供電系統的能源消耗。

一、軌道交通能耗組成

城市內部的軌道交通系統主要包含有車站系統、供電系統、信號系統、通信系統以及車輛系統等，在交通系統的整體運行過程中，對于電力資源的消耗非常大。因此一部分城市軌道交通也被稱為是電老虎，在交通系統當中車輛的牽引系統以及車站自身的設備系統，屬于主要的電力能源消耗關鍵部位[1]。據調查顯示，車輛牽引供電系統在運行過程中，產生的電力資源消耗量，占據了整體城市軌道交通系統消耗量的一半。在車輛制動系統的運行過程中，能量沒有被及時地收回，造成了能量的浪費。在這一部分的運行中產生的電力資源消耗占據了整體制動能量到40%。尤其是一部分地區在夏季溫度非常高，因此當地的軌道交通系統運行需要配合進行空調系統的運行，長此以往該時段的用電量能夠占據城市整體交通系統用電量到30%。除此之外，還有電扶梯以及照明系統的電能消耗，因此如果能夠在城市軌道交通供電系統當中融合節能技術應用，能夠有效地提升節能效果，減少電力資源的消耗。

二、供電系統節能設計分析

（一）確定出主變電所設置以及主變壓器容量

在整體的軌道交通線路當中，主變電所屬于種變電所，能夠負擔軌道交通整體線路的電力負荷。主變電所在運行中需要把城市電網的高壓電能降壓之后，按照不同的電壓等級，分別為牽引降壓變電所提供電力資源。軌道交通系統運行安裝主變電所，需要科學合理的確定好主變電所的布點以及安裝數量。要盡可能地選擇兩條線路的交叉點進行安裝，要求安裝要靠近線路。兩條線路要共同使用一個主變電所，這樣才能夠有效地實現資源共享，減少在變電所之前投資的建設成本消耗，減少在運行過程中產生的設備損耗，從而達到有效的節能降耗安裝目的。

（二）選擇中亞網絡的電壓等級以及接線方法

工作人員需要調查，準確的供電負荷以及供電距離，這樣才能夠確保中壓電網的電壓等級確定更加合理。如果中壓網絡的電壓越高，那么在運行過程中產生的線路損耗也就越小[2]。但是需要注意的是，隨著電壓水平的不斷提升，也會造成設備成本的增加，對于工程建設投資提出了更高的要求。在城市軌道交通系統的運行過程中比較常見的重壓，網絡連接方式是環形網絡連接和徑向網絡連接。環形網絡連接在運行過程中，對于電纜數量的要求非常少，并且投資要求比較低，但是在運行中每一根電纜的負荷量非常大，很容易造成線路受損。徑向網絡連接相對來說線路的負荷非常低，運行過程中產生的線路損耗也非常小，但是線路的數量很大，需要大量的電纜，對于投資成本要求非常高。一般來說，考慮到系統運行的可靠性和節能性，設計人員會選擇使用環行網絡的設計方式。

（三）安裝牽引變電站

通過使用牽引變電站，能夠通過利用直流斷路器來，確保列車整體的安全運行。在牽引變電站當中，完善配備了雙牽引整流器，能夠為列車的運行提供雙電源。兩組牽引整流器同時連接在同一段中壓母線當中，能夠形成24脈搏的整流器，為后期諧波處理工作的開展提供便利。在設計過程中要求設計人員盡可能的確保整流單元保持負載平衡狀態，這樣才能夠減少阻抗電壓產生不平衡的情況。電力資源通過降壓變電站能夠把電能轉換成為低壓，為區域內部所有的低壓用電負荷時間電力供應。這樣既能夠節省能源消耗，同時也能夠保證成本的消耗減少，減少線路損耗的程度。

（四）無功補償和防止過度補償

軌道交通系統的電源系統當中，要對低電壓的反應補償加強重視。電動系統當中產生了某些電荷，那么會提升反應能力，產生較大的反應損失[3]。為了能夠有效減少反應性損失的出現，節約更多的電力資源，有必要在電力系統和照明系統當中設計有效的反應性補償，減少反應性損失，確保反應性損失能夠保證在允許范圍之內。

（五）電力照明系統

在城市軌道交通整體供電系統當中，電氣設備在整體電力照明系統當中屬于最終的用電用戶。因此電氣設備的運行功率、運行損耗、負載特性、控制電路、運行方式等都會對電力能源消耗產生影響。在照明配電系統當中，應用節能技術能夠有效地減少照明配電系統整體的負載能力，按照不同的功能劃分和使用要求，可以在照明控制當中，采用分布式控制、集中控制和自動控制等不同的組合模式，并結合組合模式的要求配置相應的照明燈具，能夠有效地起到省電作用。如果在非用電高峰期，可以選擇打開一部分燈，來達到照明節能的效果。

三、城市軌道交通供電系統節能環保有效措施

（一）應用仿真分析軟件完成設計工作

在城市軌道交通電力系統的設計當中，工作人員可以選擇使用仿真軟件和分析軟件，有效的模擬列車在運行過程中牽引設備的運行條件，實時跟蹤和分析列車整體的牽引情況、列車供電情況，掌握更加真實的電流曲線數據，這樣才能夠為后期運輸系統的供電系統設計提供數據依據。

（二）選擇節能環保設備

想要達到節能效果，需要使用具備節能功能的電氣設備，在牽引變壓器的選擇中，要優先選擇能耗低、噪音低的變壓器。在軌道交通系統當中，配電變壓器的數量比較大，因此大量的低能耗配電變壓器應用，能夠有效地降低交通系統的整體能耗水平。通過使用節能性強的電力分配設備以及線圈鐵芯分配設備，能夠提升系統整體的節能性。相比其傳統的硅片變壓器來說，非晶合金變壓器能夠有效提升節能效果，節省更多的能源消耗。

（三）直流電驅動牽引系統

在系統運行過程中，接觸網以及牽引變電站使用的屬于同一個雙單元供電，在選擇整流機組運行方式的時候，設計人員會通過分析無功損耗以及有功損耗，從而科學合理的確定出整流機組的運行方式。在系統的運行過程中，可以通過關閉，其中一個牽引整流單元，減少牽引系統的電力損耗，有效地起到節省能源的效果。

（四）使用智能照明系統

在整體城市軌道交通運營過程中，電力成本占據了整體成本的40%。目前一部分城市并沒有認識到軌道系統節能的重要性，還在使用傳統的管理模式，并沒有達到真正的節約能源的效果[4]。因此為了能夠有效地保障照明系統的節能性，可以選擇使用節能性強的照明控制設計，利用節能效果的燈具實現智能化的照明系統設計，減少軌道交通系統整體的運行成本消耗。

（五）無用補償和防止過度補償

在設計過程中，工作人員還會對低壓無功補償的問題進行優化。在正常情況下照明系統的反應功率越大，產生的反應損失也就越大。因此為了能夠達到節能的目標，在電力系統和照明系統的設計過程中，設計人員需要綜合考慮的反應性補償問題，并控制好反應性損失，在變電站的安裝過程中，配合安裝有源濾波裝置，能夠有效地控制好線路諧波，起到補償電壓的目標。

（六）使用儲能型再生制動系統

通過使用再生制動系統，產生的能量能夠順利地轉移到架空線路中，為其他的列車運行提供有效的動力[5]。再生制動系統能夠有效地減少電力資源的消耗，提升電力資源的利用效率。但由于逆變回饋裝置需將能量回饋到交流側，與電網相連帶來諧波污染問題。因此可以選擇儲能型再生制動能量回收利用裝置，因其一般都采用儲能設備將剩余再生制動能量儲存起來，在列車制動造成牽引網母線電壓抬升時回收再生制動能量；在列車牽引帶來母線電壓跌落時釋放所儲存的能量，從而實現再生制動能量的回收和利用，具有節能穩壓的效果。按照存儲設備的不同，可以分為蓄電池、飛輪和超級電容等幾種形式。

四、結語

綜上所述，在城市軌道交通的運行過程中，會產生大量的電力資源消耗，因此有必要在軌道交通設計中使用節能環保技術，達到軌道交通的節能減排的發展目標。