新时期的城市轨道交通电气节能设计

新时期的城市轨道交通电气节能设计

郑宝晨

天津凯发电气股份有限公司 天津 300392

摘要：我国经济发展极为迅速，与国计民生有关的交通行业的建设速度不断加快，城市轨道交通属于节能系统，其利用率与世界先进水平比较偏低。这就需要建立与我国国情相符合的交通发展模式，逐步提高资源利用率，降低能源消耗的同时给人们提供优质的运输服务。北往南从轨道交通能耗、项目方案节能设计方法以及轨道交通电气节能主要措施三个方面展开论述。

关键词：新时期；城市轨道交通；电气节能设计

我国属于能耗大国，近年来我国提高对节能减排的重视程度，且逐步出台降低能耗以及各种节能标准的法律法规^[1]。在当前城市轨道交通工程发展迅猛的背景下各个城市正如火如荼地建设地铁，一定程度上促进了节能设计计算的发展。就电气设计方面分析，满足了车站照明负荷、动力负荷的功能需求后需要从各个方面考虑节能技术并采取一定的节能措施，提高供配电系统的经济性。因此，接下来本文就新时期的城市轨道交通电气节能设计相关问题进行分析。

1. 轨道交通能耗分析

就轨道交通运量分析，其属于中等交通运载的一种工具，属于城镇化战略中共同交通系统的重要一部分内容，同时也是节能环保型交通运输装备体系的最典型的代表。与其他电车相比有轨电车道路摩擦阻力更低，且其动力源为电力，与天然气公交车、蓄电池等相比资源利用率更高，且发生故障概率更低。引入有轨电车一定程度上使得公共交通出行准点率不断提高，最大程度地提高了道路通行效率，且进一步提高城市轨道交通系统能源利用率与交通系统运行利用率。车站动力照明、列车牵引制动、车辆基地检修设备等构成了有轨电车交通系统能耗，还有部分是天然气、水或者柴油。将其折算成标准煤体后各种能耗计入总量并算其占比。柴油主要以线路巡检车使用为主，用量很少，因此对总能耗而言可忽略不计；生产生活用水与食堂应用天然气二者仅占据总能耗的1%，剩余的为电能。结合使用类别可以将电能分为动力照明、列车牵引用电等，其中列车牵引用电约占50%左右^[2]。动力照明主要有多种部分组成，其中通风空调设备用电量、车站设备用电量以及其他专业用电量分别为：40%，20%，5%~10%。城轨交通增设多个地下车站，因此附体设备以及通过空调设备能耗比重较大。

2. 项目方案节能设计方法

2.1牵引节能设计

轨道交通中列车牵引能耗属于主要的一种能耗，受到诸多专业方案设计的影响，在牵引用电节能方面需要注意的问题有几个方面：首先，设置合理的线路方案，这有利于起到降低列车牵引能耗的作用，同时还要注意尽可能减少长、大坡道的提升高度，设置合理的技能坡度，尽可能以最短连接路径连接各个站点。其次，采取模拟仿真计算方法，科学布置合理的牵引所，尽可能选择合适的牵引变压器容量^[3]。最后，行车公交路线的选择应从多个角度入客流量、交路长度以及配线等，以满足客流量需求为基础合理分时段设计列车对数与运行交路，尽可能提高车载乘率，避免出现跑空车的问题，降低空车以及少乘客车辆的牵引用电量。

2.2低压节能设计

低压节能设计选择应注意几个方面的问题。首先，在选择线路时要注意尽量避免出现地下车站埋深过大问题，否则就会需要用到较多的专业设备数量，如电扶梯、通风空调等，功率增加的同时也会增加整个车站的用电。其次，车辆场或段的选址应选择具有良好接轨条件的区域，便于行车组织从而提高运营效率，降低空走能耗与列车空走距离。在选址时要综合考虑多个方面，如环境保护、市政规划等。总平面同样需要结合工艺流程进行合理布局，降低不必要的设备运输与调车^[4]。最后，车站建筑设计需要综合考虑周边环境、城市规划等方面，应用合理的资源，结合周边的自然环境与专业设计建立更为完善的节能观念。

3. 轨道交通电气节能主要措施

3.1设置合理的供电线路

地铁车站总的容量较大，且数量较多，用电负荷种类多，因此针对数量较多的供电电缆通常我们都会通过敷设电缆桥架等方式进行。通过合理规划电缆桥架路径可以达到优化电缆路径的作用，从而达到降低供电线路中的线能损耗。通常来说，地铁车站主要设置相对集中的降压变电所，或者是在车站A、B端分别设置跟随变电所与降压变电所，且各自承担一半的用电负荷。同时，在A、B端设置一定量的电缆井，这主要是为了便于电缆上下敷设。车站在设计初期以及设计建筑方案时需要电气设计工作人员主动与车站的建筑设计人员沟通，互相配合。在确定强电电缆井以及车站变配电室的位置时需要全面考虑车站内比较大的用电负荷的供电线路。同时，避免出现前期工作不到位的问题，而且又能避免出现后期因为前期工作不到位等问题导致后期因为电缆路径不顺畅或电缆井位置偏远等问题出现供电半径变长且数量增多的问题。

3.2应用阳能新技术

近年来太阳能光伏发电系统的发展极为迅速，甚至已经形成集研发、生产、加工已经集散为一体的产业链。光伏发电系统逐渐得到发展，目前其已经逐渐应用于国内工程建设领域。轨道交通高度重视环保、节能以及绿色设计，因此可以在地铁设计中广泛应用光伏发电系统，一定程度上也能实现节约能源的目标，降低各类污染物的排放，保护环境

^[5]。结合太阳能光伏发电系统特征分析，轨道交通中车辆段、高架站以及停车场等均有条件应用该系统。包含与消防无关的环控三级负荷、正常照明负荷以及高架区间的照明与检修用电等，都可以考虑应用该技术。将光伏发电系统设置成切换型并网发电系统效果更为理想，且这个过程中电力系统可以为光伏电源系统起到补充与备用的作用，并于负载进线处设置电源切换装置，如此也能充分利用光伏电源节能的目标，而且可以提高供电可靠性。

3.3配电变压器节能措施

变压器损耗指的是负载损耗与空载损耗，这就是我们经常说的铜损与铁损。因为损耗问题是无法避免的，因此变压器的输出功率与输入功率相比前者永远更小^[6-7]。通常来说，我们以变压器效率衡量变压器，即η=输出功率÷输入功率，这就意味着效率与节能成正比。因此，要想实现变压器节能目标，则可以从减低损耗为出发点。首先，应用节能型变压器。当前阶段降压变电所内的末端配电变压器主要采用S11系列节能型变压器为主，S11与S9系列相比前者结构得到了优化，达到了降低空载损耗的作用。其次，应用无功补偿方法。配电变压器的能耗除了与变压器的材料以及结构有关之外还与变压器的运行方式有着密切的联系。因此车站配电系统应采取无功补偿的方法，比如在配电系统中设置电容补偿柜，最大程度地提高感性负载耗费的无功功率。

结束语

当前我国正处于加快轨道工程建设北京，技术人员要加大力度研究电气节能设计等方面的问题，且在设计过程中综合考虑工艺、技术以及经济等方面。铜损，在设计电气节能设计时要重视研发与应用新型节能设备，应用先进技术，构建完善的电气设计节能体系。

参考文献

[1]张园园. 新时期的城市轨道交通电气节能设计[J]. 科学技术创新, 2019(26).

[2]李建华, 范越. 城市轨道交通电气节能设计[J]. 电工技术, 2016, 000(0z1):124-125.

[3]宋吉腾. 城市轨道交通电气节能设计[J]. 工程技术(文摘版):00081-00081.

[4]廖大鹏. 城市轨道交通电气节能设计[J]. 城市建设理论研究(电子版), 2019.

[5]李伶伶. 城市轨道交通节能设计初探[J]. 现代工业经济和信息化, 2015, 005(006):63-64.

[6]龚甦亭. 城市轨道交通节能运行策略的研究[J]. 工程技术(全文版), 2016(9):00163-00163.

[7]刘飞. 城市轨道交通节能线路设计研究[J]. 城市建设理论研究, 2014(10).