智能照明系統(tǒng)在濟南地鐵1 號線的應(yīng)用

孫二杰

濟南軌道交通集團建設(shè)投資有限公司，山東 濟南 250000

0 引言

與地面交通工具相比，地鐵噪聲污染較小，節(jié)省城市用地，可大大緩解城市交通壓力。地鐵是能耗大戶，其中牽引系統(tǒng)能耗約占50%，照明系統(tǒng)能耗約占10%，節(jié)能空間巨大[1]。隨著科技的發(fā)展及國家對節(jié)能重視程度的增加，智能照明系統(tǒng)在地鐵中的應(yīng)用越來越廣泛。實現(xiàn)地鐵照明智能化管理及多種模式的控制，不僅有利于節(jié)約電能，還能提高運營維護效率[2]。

濟南地鐵1 號線大致呈南北走向，共設(shè)車站11 座，其中高架車站7 座，高架車站屋頂中間設(shè)置采光帶，高架車站剖面圖如圖1 所示。光伏與軌道交通車站結(jié)合在山東省甚至全國都是一個新的嘗試，同時車站內(nèi)部設(shè)計了智能照明系統(tǒng)，該設(shè)計完全符合濟南“安全地鐵、綠色地鐵、智慧地鐵、品質(zhì)地鐵”的理念，完全符合國家節(jié)能降耗的號召，也為其他城市后續(xù)建設(shè)軌道交通提供了參考。車站效果圖如圖2 所示。

圖1 高架車站剖面圖

圖2 高架車站效果圖

1 地鐵照明系統(tǒng)概述

1.1 地鐵照明照度要求

地鐵車站可分為公共區(qū)區(qū)域、出入口區(qū)域、設(shè)備區(qū)區(qū)域三個功能區(qū)域，每個區(qū)域包含并相互連接。不同區(qū)域功能不同，具體照度要求也不同，其中，車站公共區(qū)域的照度標準值如表1 所示。

表1 車站公共區(qū)域照度標準值

1.2 地鐵照明系統(tǒng)設(shè)計

車站公共區(qū)照明一般以車站中心線為界，分成A、B 兩端，由兩端照明配電室各負責(zé)一半站廳、設(shè)備管理用房及出入口照明。

車站照明分為正常照明、應(yīng)急照明（疏散照明和備用照明）、廣告照明、安全特低電壓照明、區(qū)間照明等[3]。

1.2.1 正常照明

照明配電采用放射式和樹干式相結(jié)合、以放射式為主的配電方式。

車站每個照明配電室內(nèi)各設(shè)2 個照明總配電箱，負責(zé)站廳、站臺公共區(qū)、出入口的照明，以及站臺板下照明的配電和控制。照明配電箱內(nèi)三相照明回路負荷應(yīng)基本平衡，回路的最大電流差不宜大于30%。

1.2.2 安全特低電壓照明

變電所電纜夾層、電纜溝和折返線檢查坑內(nèi)的照明電源應(yīng)采用24 V 安全電壓等級。

1.2.3 消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)

車站設(shè)置集中電源式集中控制型消應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)，系統(tǒng)由應(yīng)急照明控制器、應(yīng)急照明集中電源、集中電源式集中控制型燈具組成，系統(tǒng)后備時間不低于90 min。

1.2.4 備用照明

備用照明電源系統(tǒng)設(shè)置EPS 電源柜，在車站兩端配電室內(nèi)各設(shè)一組EPS，負責(zé)車站備用照明的配電。EPS 電源柜由變電所0.4 kV 開關(guān)柜兩段低壓負荷母排上各引來一路電源供電，在柜內(nèi)自動切換。正常時采用交流旁路220/380 V 供電，在兩路交流電源都失壓的情況下，由220 V 轉(zhuǎn)380 V 逆變電源向備用照明供電。蓄電池的持續(xù)供電時間不小于90 min。

備用照明設(shè)置于車站控制室、綜合監(jiān)控室、變電所、配電室、環(huán)控電控室、消防泵房等房間。變電所、配電室、車站控制室等應(yīng)急指揮和應(yīng)急設(shè)備設(shè)置場所的備用照明照度不應(yīng)低于正常照明照度的100%，其他場所的備用照明照度不應(yīng)低于正常照明照度的10%。

1.2.5 區(qū)間照明

區(qū)間照明分為正常照明及疏散照明，區(qū)間每隔100 m 設(shè)置正常照明分箱給正常照明燈具提供電源，疏散照明由消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)提供電源。

區(qū)間每隔10 m 設(shè)置一盞正常照明燈，每隔10 m設(shè)置一盞疏散照明燈，正常照明燈與疏散照明燈數(shù)量按1 ∶1 間隔布置。在地下區(qū)間的岔線、折返線等處應(yīng)設(shè)置加強照明，以滿足檢修維護要求。

2 智能照明系統(tǒng)概述

智能照明系統(tǒng)按照控制方式一般分為開關(guān)控制和調(diào)光控制兩大類。其中調(diào)光控制模式又分為回路調(diào)光控制和DALI 調(diào)光控制。

2.1 回路調(diào)光控制

回路調(diào)光控制目前應(yīng)用較廣泛的為0～10 V 調(diào)光。0～10 V 調(diào)光裝置有兩條電路，一條為普通相線，通過調(diào)光裝置連接燈具驅(qū)動電源；另一條是調(diào)光參考電路（0～10 V），為燈具的驅(qū)動電源提供參考電壓，進而實現(xiàn)燈具的調(diào)光。0～10 V 調(diào)光的原理如圖3 所示。在照明配電箱內(nèi)增設(shè)開關(guān)控制模塊，一般為4 路、6 路、8 路，通過模塊可實現(xiàn)對每個回路的開關(guān)控制，該控制方式布線簡單，調(diào)試方便[4]。

圖3 0～10 V 調(diào)光原理圖

2.2 DALI 調(diào)光控制

數(shù)字可尋址照明接口（Digital Addressable Lighting Interface,DALI）協(xié)議是開放式異步串行數(shù)字通信協(xié)議，用于照明系統(tǒng)控制具有不可替代的優(yōu)勢。DALI 調(diào)光是數(shù)字調(diào)光，抗干擾能力強，傳輸距離遠，不會受其他信號的干擾而出現(xiàn)失真或誤碼的情況。DALI 調(diào)光為雙向通信，系統(tǒng)可以向燈具下發(fā)指令，燈具也可以向系統(tǒng)反饋狀態(tài)，無需重新布線即可實現(xiàn)重新分組控制[5]。

每個燈具都有一個獨特的編碼，因此可以對單燈進行控制，控制方式更加靈活。但其電源價格高、系統(tǒng)調(diào)試較復(fù)雜，限制了其在地鐵中的應(yīng)用。

3 智能照明系統(tǒng)在濟南地鐵中的應(yīng)用

濟南地鐵1 號線是濟南市第一條建成運營的地鐵線路，線路起于工研院站，途經(jīng)長清區(qū)、市中區(qū)、槐蔭區(qū)，止于方特站，大致呈南北走向，其中地下站4 座、高架站7 座。

針對1 號線既有高架車站也有地下車站的特點，對比幾種控制方式，最終確定7 座高架站公共區(qū)全部采用0～10 V 調(diào)光控制模式。在公共區(qū)、出入口等位置布置照度傳感器，感知室外亮度，根據(jù)室外亮度,通過調(diào)光模塊實現(xiàn)對燈具亮度的調(diào)節(jié)，充分利用太陽光，達到節(jié)能目的。4 座地下車站僅鋼結(jié)構(gòu)雨棚照明采用0～10 V 調(diào)光控制，地下車站公共區(qū)及出入口通道采用開關(guān)控制模式。在鋼結(jié)構(gòu)雨棚沒有遮擋的地方安裝照度傳感器，公共區(qū)及出入口通道由于無法接收到外部陽光，車站內(nèi)照度不會發(fā)生變化，沒有調(diào)光的必要，因此采用開關(guān)控制。

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

智能照明系統(tǒng)由服務(wù)器、總線耦合器、時鐘控制器、開關(guān)控制器、照度傳感器、可編程控制面板、彩色觸摸屏、監(jiān)控軟件等構(gòu)成。智能照明系統(tǒng)在車控室墻面設(shè)置彩色觸摸屏，并安裝智能照明系統(tǒng)監(jiān)控主機，監(jiān)控主機上安裝人機界面軟件。

3.2 系統(tǒng)控制

控制面板為總線智能型，無須改變接線方式，通過軟件調(diào)整、設(shè)定即可實現(xiàn)其功能和控制。通過車站車控室安裝控制面板，可對照明進行多種方式的控制，界面如圖4 所示。

圖4 站臺觸摸屏交互界面

3.2.1 場景控制

根據(jù)地鐵運營需要，可針對所控區(qū)域的燈光或其他電器設(shè)備等預(yù)先設(shè)定各種場景，需要時可通過車控室觸摸屏、BAS 或者根據(jù)照度控制。運營公司根據(jù)營運特點，設(shè)置每個場景的時間。例如，正式運營前一個小時開啟準運場景；客流高峰期為7：00—9：00，17：00—19：00，此時間段設(shè)置為運營場景。所有模式可隨時根據(jù)地鐵運營公司實際運營時間表確定，時間可調(diào)，如表2 所示。

表2 地鐵車站照明模式表

3.2.2 照度控制

高架車站的照明控制還應(yīng)具有照度控制模式，通過感知室內(nèi)外環(huán)境照度值來決定燈光亮度。照度模式可以根據(jù)照度值實現(xiàn)平滑無極調(diào)光。例如，出入口地面鋼結(jié)構(gòu)雨棚照明、出入口綜合資訊、出入口導(dǎo)向、出入口地鐵徽標應(yīng)設(shè)置單獨回路配電，并由照度傳感器控制。

3.3 系統(tǒng)功能

（1）壞燈檢測。調(diào)光控制模塊、開關(guān)控制模塊內(nèi)置電流互感器，通過實時檢測各回路的電流值，實時監(jiān)測電流是否有突變。如發(fā)生突變，說明該回路中燈具存在故障，可以將故障信息上傳至上位機報警。

（2）電量統(tǒng)計。通過統(tǒng)計各模塊的用電量，可計算出各站用電量，方便了解現(xiàn)場運營狀況。

（3）過零斷開。自鎖繼電器應(yīng)用了零點斷開技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用大大降低繼電器閉合時的熱量及電弧，經(jīng)過大量實驗驗證，應(yīng)用該技術(shù)后繼電器壽命大大延長。

4 結(jié)論

在地鐵車站站廳層、站臺層、出入口通道的公共照明，采用高效、靈活、節(jié)能的智能照明控制系統(tǒng)，通過多種控制方式，并結(jié)合后臺可視化軟件的集中管理，可以實現(xiàn)簡潔、經(jīng)濟、高效的照明控制。車站智能照明控制系統(tǒng)不但可以為地鐵的車站管理節(jié)省人力，而且通過能源管理也為地鐵項目減少了電費支出，并產(chǎn)生良好的社會經(jīng)濟效益。