地鐵車站照明系統節能技術研究

程明

摘 要：對車站的智能照明和直流照明進行研究，并對地鐵照明系統的節能問題進行探討。照明系統不僅可以起到照亮及裝飾車站的效果，還可以影響乘客的情緒和客運的安全。設計不僅要滿足車站基本運行功能如照度和功率密度等基本要求，還應設計出滿足乘客安全和感覺舒適的車站照明。

關鍵詞：地鐵車站；節能；智能照明；直流照明；LED

中圖分類號：TU8? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）07-0096-03

0 引言

同時地鐵車站的建設規模非常龐大，站內各種用電設備種類繁多、數量多，用電能耗非常大。一座標準的地鐵車站的用電負荷的能耗比例如下：弱電系統占2%～3%，門梯系統占4%～5%，環控系統占24%～30%，照明系統占10%～12.5%，牽引供電系統占50%～60%，其中非牽引能耗占比為占40%～50%。在非牽引能耗占比中，照明負荷用電量僅次于環控負荷。如果不采取有效的節能措施，那么電能的損耗是一種很大的浪費。

查閱了相關文獻資料，發現世界各國不少學者和研究人員對地鐵的節能進行了相關研究。盧海洋、尹華等對地鐵車站節能現狀進行了研究，對比不同技術和裝置的節能效果，指出當前地鐵車站節能存在的問題及未來的發展趨勢[1]。帥品格研究了地鐵車站照明系統節能研究與應用，提出了地鐵車站照明節能方面存在的問題，并對關鍵位置設置應急照明，充分利用廣告照明，改善照明燈具布局和控制方法等具體節能措施進行了詳細的闡述和說明[2]。許瓊果等研究了軌道交通直流照明系統各部分在實際應用中存在的優缺點，從直流照明系統的整流方案、電氣保護設備、照明驅動電路、運行可靠性、接口類型等方面進行多方面的論述，并提出了未來軌道交通直流照明系統在故障診斷、健康狀態評估以及完善標準方面提出新的研究方向[3]。

地鐵照明負荷主要分為正常照明、應急照明和廣告照明。應急照明為一級負荷，當發生火災或市電斷電等緊急情況下，能自動切換到后備電源供電，為站內人員疏散和應急事件處置提供照明。

地鐵的正常照明主要為正常運營和人員檢修作業等提供照明，當車站發生火災的時候通過消防切非切除正常照明電源。廣告照明為三級負荷，主要為公益廣告和商業等提供照明。目前廣州地鐵正在推廣采用智能照明和直流照明等照明新技術。

1 智能照明

智能照明是利用電力載波通訊技術、嵌入式計算機智能化信息處理、物聯網技術、節能控制技術以及等有線/無線通訊技術組成的照明控制系統，可以實現對照明設備的智能化控制。每個車站設置一套智能照明控制系統。智能照明控制系統主要由主機、調光模塊、開關模塊、網關及面板、通信網絡、照度傳感器、紅外傳奇器以及其他功能和應用軟件。智能照明輸出單元主要由開關控制模塊和調光控制模塊組成。開關控制模塊依據總線控制信號，由內部繼電器控制各回路的通斷。調光控制模塊控制輸出電壓平均幅度，調節光源亮度，通常都具備開關功能。

系統單元主要由供電、總線、交換機、PC管理機等部分組成。電源模塊用于給系統中各控制模塊供電，保證正常工作。各類交換機實現不同通信標準間的數據格式轉換。PC機通過計算機上的控制軟件，實現對整個照明系統的控制與監測。

智能照明控制系統能對大多數LED燈具進行智能調光，在地鐵車站內公共區和設備區大量使用LED光源，通過智能照明可以對特定地方，在特定時間對照明進行調光。采用智能照明控制技術將有助于車站照明的智能控制和節能，一般可以節約20%～40%的電能，從而有效減輕了供電的壓力。

智能照明可按照不同的區域、不同的運營時段、不同的客流量等不同需求設置照明模式。通過智能照明控制系統，可進行時間控制。車站的照明模式表可分為白天正常模式、夜間正常模式、白天節電模式、夜間節電模式、火災模式、停運模式等不同的模式，采用不同模式控制車站內各個區域的開啟的照明數量和亮度。正常照明模式是公共區的工作照明、節電照明和廣告照明全開。節電模式是關閉工作照明和廣告照明，只開啟節電照明。公共區的應急照明處于常亮狀態。智能照明系統處于全自動控制，工作人員可以隨時靈活更改所有控制程序。

2 直流照明

直流照明系統是指采用直流供配電的照明系統。直流照明目前已經在市政道路照明、軌道交通、城市隧道等場景中應用。直流照明系統從配電到末端燈具均為直流，因此系統中的電源、燈具、線路等均需滿足直流配電要求。直流照明系統通常包括直流電源總控制柜、配電線路、燈具及附屬裝置，根據實際需要可配置直流電源分配電箱（柜）和監控系統[4]。

軌道交通照明系統采用直流供電方式有以下5點技術優勢：①直流供電線路與大地隔離，可防止故障電流與大地形成回路，安全性較高。②照明燈具采用的大部分為LED照明燈具，燈具不需要整流模塊，通過在變電所內設置有源濾波裝置，大幅減少了諧波含量，有利于照明節能。③直流照明無交流頻閃，照明質量更優，乘客乘車更加舒適。④直流配電采用兩芯線供電，減少了電線和電纜的投資，不存在相序問題，便于智能控制。⑤直流照明線路中無電抗損耗，不需要無功補償。

目前地鐵新線建設中有2種軌道交通直流照明系統方案：一種是在0.4 kV低壓開關柜室的每段母線設置一面整流柜，使用模塊化的整流裝置集中整流。將交流電整流成直流后接入照明配電室，在照明配電室對照明進行控制。另一種是分散的整流方案，即將交流電從變電所接入照明配電室。這種方案可不改變0.4 kV低壓開關柜的系統型式，在各照明配電室內的照明配電箱中設置整流裝置，實現集中整流、配電、控制和監測。

2.1 0.4kV低壓開關柜室集中整流方案

目前在軌道交通的變電所低壓柜設計中，一般將整流裝置設計于低壓柜中，將交流電整流為直流電之后再分配至各照明配電室。變電所集中整流系統圖如圖1所示。

軌道交通直流照明利用集中式供電方案，在變電所內開關柜中安裝整流裝置，便于變電所集中諧波治理，可以提高檢修作業的獨立性，提升軌道交通照明系統的可靠性和靈活性。目前，在廣州、深圳等地鐵線路中采用了集中式整流照明供電方案。

廣州地鐵8號線東延線的照明配電采用變電所集中整流方案，將集中式照明整流柜設置在車站地下二層0.4 kV變電所內，在0.4 kV變電所內每段母線上設置APF有源濾波裝置進行諧波處理。通過0.4 kV變電所的電纜連接到車站的照明配電室的直流照明配電箱，最后配電至末端的LED燈具。設備區照明的LED燈具采用耐火或阻燃電線，車站公共區照明采用直流母線配電，以便于調光。直流LED燈具無頻閃，對電網無諧波污染，燈具壽命長，整體光效高，光衰小，成本低。

2.2 分散式整流照明供電方案

分散整流方案就是在照明配電室的照明配電箱中設置整流配電裝置實現整流。通過0.4 kV低壓開關柜室引出交流電源，到照明配電室中的直流集中整流柜，從直流集中整流柜，引電至公共區照明配電總箱和設備區照明配電箱。不同于0.4 kV變電所集中整流，該方案是在照明配電室設置直流照明整流柜，將交流電整流為直流電，再分配到末端的照明配電箱和LED燈具。

分散整流方案缺點在于每面整流柜需要1 m寬，可能需要照明配電室增加面積，土建的投資可能相應需要增加。廣州地鐵12號線照明配電采用了分散式整流照明供電方案，在站廳和站臺的A、B兩端照明配電室分別安裝了直流配電箱。由0.4 kV低壓開關柜室提供的交流電源，經過照明配電室的直流照明整流柜的AC/DC整流模塊輸出直流電源，為設備區、公共區、出入口的LED燈具提供直流電。分散整流照明供電方案如圖2所示。

3 照明設計的節能問題

在進行施工圖設計時，設計師可以從以下兩點考慮照明系統的節能問題。第一，應急照明和節電照明都應合理設置在所有關鍵位置，在上下樓梯和自動扶梯處、出入口、閘機、屏蔽門等關鍵位置應重點考慮設置應急照明。第二，要充分利用站內運營的廣告照明，否則將會造成廣告照明照度的浪費。通過對公共區照明的合理布局，最大限度地減少一般照明的開啟數量或開啟亮度，達到最大節能的目的。

設備房間照明通常由就地翹板開關控制，房間內燈具數量若超過2個，要考慮設置多聯開關對照明進行控制，運營人員可以通過手動開啟或關閉一定數量的燈具，達到節能的目的。設備區的應急照明在應急模式下由FAS強啟，此時開關無法控制燈具。在以往的設計中，走廊的照明燈都是采用就地翹板開關控制的，采用智能照明后，通過設置在走廊的控制面板可以實現設備區走廊照明的智能控制，提高了管理水平，減少了維護費用。

目前新建地鐵的照明燈具絕大多數使用的是LED燈具，LED燈具有以下8個優點：①LED燈發光效率高。與熒光燈相比可以達到30%～50%的節能效果。②LED燈具使用壽命長，壽命可達50000 h，且體積小，可以大大降低燈具的維護費用。③安全可靠性高，發熱量低，無熱輻射。④為全固體發光體，不含汞有利于環保。⑤響應時間短，起點快捷可靠。⑥防潮、耐低溫，抗振動。⑦調光方便，結合地鐵的智能照明和綜合監控技術可實現自動調光，滿足節能和照度調節的需要。⑧LED光源尺寸小，為定向發光，便于燈具配套和提高燈具效率[6]。

4 結束語

目前在照明領域各種新興技術不斷涌現，不管采用哪種照明技術，設計師都需要嚴格按照規范中對照度和功率密度的要求進行照明設計。根據《城市軌道交通照明》GB/T 16275-2008，設計應滿足8.1、8.2中的關于城市軌道交通節能的要求。地鐵中各場所的照明功率密度值應符合《城市軌道交通照明》GB/T 16275-2008中的規定，同時需要滿足規范中關于城市軌道交通各類場所正常照明的標準值的照度要求。照明光源的選擇應符合規范中4.2的要求。照明燈具應滿足4.3的要求。

參考文獻

[1] 盧海洋，尹華，郭華芳.地鐵車站節能研究現狀[J].新能源進展，2019，7（4）：333-345.

[2] 帥品格.地鐵車站照明系統節能研究與應用[J].低碳世界，2020，10（6）：153-154.

[3] 許瓊果，劉光偉，周斌.軌道交通直流照明系統研究綜述[J].廣東電力，2023，36（1）：20-28.

[4] 中國工程建設標準化協會.直流照明系統技術規程T/CECS 705-2020[S].2020.

[5] 中國國家標準化管理委員會.城市軌道交通照明：GB/T 16275-2008[S].

[6] 北京照明學會照明設計專業委員會.照明設計手冊：第3版[M].北京：中國電力出版社，2016.