城市轨道交通电气节能设计解析范文

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《电工技术杂志》2016年第7期

摘要：

针对轨道交通电气节能设计，主要从各专业的系统设计方案、新型节能设备的应用、新能源的利用以及有效的能源管理入手，对比各种方案的利、弊，并结合注意事项，提出合理、新型的设计方案。

关键词：

轨道交通；电气设计；节能管理；新技术

0引言

节能设计需符合国家有关法律、法规、标准及规定的要求，对于轨道交通工程项目，从线路规划、车站及车辆段选址、客流运营组织、车辆及各系统设备选型及维护、系统供电等方面进行合理、节能设计，以避免盲目投资和低水平重复建设。轨道交通是个多专业设计的复杂工程，因此应从各专业多方面全方位系统化地贯彻节能设计。

1轨道交通能耗情况简介

轨道交通能耗主要是电能，还有部分是水、柴油、天然气，折算为标准煤后，各种能耗计入总量并算其占比。柴油以线路巡检车使用为主，量很少，在轨道交通总能耗中可忽略不计；生产生活用水与食堂使用天然气两项一起约占总能耗的1％；剩余99％左右都是电能。根据使用类别，电能又可分为列车牵引用电与动力照明等低压设备用电，其中列车牵引用电约占50％～60％。动力照明等低压设备主要有通风空调设备、给排水设备、照明设备、电扶梯屏蔽门等车站设备、通信监控弱电设备、车辆段工艺维修设备等，其中通风空调设备用电量约占低压设备用电量的40％，车站设备约占20％，其余各专业均约占5％～10％。轨道交通地下车站居多，因此通风空调设备与电扶梯设备较多造成其能耗比重较大。了解轨道交通用能情况后，便可针对需要重点节能设计的专业，提出行之有效的设计方案并在后期重点监管。

2项目方案节能设计

2．1牵引节能设计

列车牵引能耗是轨道交通中最主要的能耗，且受到很多专业方案设计的影响，因此在牵引用电节能上需主要注意以下几个方面。

（1）合理的线路方案有助于降低列车的牵引能耗，如尽可能减小长大坡道的提升高度，合理设置节能坡度，站与站间尽量采用最短连接路径。

（2）行车交路应从配线、客流、交路长度及运营角度等方面进行多方案比选，在满足客流需求的前提下，合理分时段设计运行交路与列车对数，尽量提高列车载乘率，少跑空车，以减少对空车和少乘客车辆的牵引用电量。

（3）应通过模拟仿真计算，合理布置牵引所，合理选择牵引变压器容量。

2．2低压节能设计

轨道交通也因含有相当数量的车站与车辆段而产生大量的低压能耗，特别是地下车站更是用能较大的单体建筑，因此在低压用电节能上需注意以下几个方面。

（1）线路的选择应尽量避免地下车站埋深过大，否则通风空调与电扶梯这类主要耗电专业设备数量较多，功率加大，会使整个车站的用电大幅增加。

（2）车站建筑设计应考虑城市规划与周边环境，合理利用资源，根据周边自然环境，结合各专业设计，建立综合节能观念。

（3）车辆段／场选址应有良好的接轨条件，方便行车组织，提高运营效率，减少列车空走距离、空走能耗。选址应结合市政规划、环境保护等综合考虑。总平面也应根据工艺流程合理布局，以减少不必要的调车与设备运输。

（4）通风空调系统、给排水系统及车站设备等应根据其工况合理提出控制模式，设计控制系统。全日车站此类负荷变化较大，存在明显的早、晚客流高峰等特征，其自动控制系统应实现系统的季节性与时间性调节，以达到节能运行目的。自动扶梯采用变频控制，无人乘坐时运营速度仅为正常速度的20％，以减少空载耗电量。

（5）采用就地与集中相结合的无功补偿方式，使功率因数不低于0．9。认真考虑三相负荷的平衡问题，确保最大相负荷不超过三相负荷平均值的15％。

3设备产品的选用

选用低能耗、高能效的设备及产品，是轨道交通节能设计中必不可少的。有评定标准的设备应按国家相关标准选型，无评定标准的应采用先进技术设备，禁止采用国家明文禁止或淘汰落后的设备。

3．1车辆

车辆是轨道交通牵引能耗的使用者，选择适合的车辆，对牵引节能贡献是非常大的。车辆的车型、材料影响着自重，若车体采用整体承载铝合金焊接轻型结构，则车辆自重可合理减少，牵引耗能会降低。满足动力要求时，合理选择牵引电机和车辆编组动拖比，让牵引电机工作在最佳能效状态也是节约牵引用能的关键。空调设备、照明设备、空气压缩机等列车辅助能耗设备也应选择高能效产品。

3．2供电设备

变压器的使用能耗应符合GB／T10228—2008《干式电力变压器技术参数和要求》的规定。电线电缆也应按照经济电流密度要求合理选型。

3．3机电设备

通风空调专业的大型风机属于高耗能设备，应满足GB19761—2009《通风机能效限定值及能效等级》中关于“1级能效等级”的相关要求；车站清水离心水泵（主要有空调系统冷冻水泵与冷却水泵）应满足GB19762—2007《清水离心泵能效限定值及节能评价值》的要求；其余机电设备国家也均有评定要求。

3．4照明

轨道交通工程照明主要采用节能型荧光灯，配电子镇流器，所选灯具及镇流器均应符合国家颁布的相关照明能效限定值及节能评价值的标准。推广应用LED灯也是非常有必要的。

4节能管理

要想达到节能效果，需从系统设计方案、节能产品使用和节能管理体制上考虑。节能管理工作应更加具体化，更具备可实施性。

4．1计量配备

完善的能源计量器具，有利于对运营、车辆设备维护及商业用电实行分别检测和控制，严格成本核算和能耗定额管理。能源计量器具应严格按GB17167—2006《用能单位能源计量器具配备和管理通则》中的要求进行配置及校验。不仅要实行分类计量，对大型用电设备还应单独设置计量进行监控。能源计量器具配备率为：RP＝NSN1×100式中，RP为能源计量器具配备率；NS为能源计量器具实际配备数量；N1为能源计量器具理论需要配备数量。

4．2管理措施

有良好健全的节能管理措施才能将节能落到实处，才能发挥设计系统与节能产品的作用。管理措施主要包含健全的节能管理制度、完善的能源机构及人员配备、合理的能源计量器具管理、持续全面的能源统计与监测等，若再配合能源管理系统，则会产生事半功倍的效果。

5新能源新技术的使用

5．1逆变－再生制动装置

目前城市轨道交通系统常用的电制动方式有再生制动和电阻制动。再生制动最大的好处是节能，当列车下坡或进站时，通过再生制动装置，列车的动能或势能转化为电能，返回至接触网被相邻列车吸收，从而使能量得到有效的回收利用，但是再生制动产生的电能很难被完全吸收利用，多余的电能会造成接触网电压升高，影响正常运行。电阻制动将多余电能消耗在制动电阻上转化为热能，可防止接触网电压的持续升高。逆变－再生制动即是用逆变装置部分或完全取代制动电阻，使接触网上多余的电能不再转化为热能，而是回馈至低压配电系统，使能量得到充分利用。

5．2地源热泵系统

轨道交通的车辆段／场面积较大，有采用常温地源热泵机组作为冷、热源的条件。浅埋水平管具有施工维护简单、造价低、受地面温度影响大的特点，但地下岩土冬夏热平衡好，因此可采用地下埋管换热器为单沟二层四管形式的地源热泵。

5．3太阳能与光导系统

轨道交通除了地下车站外也有车辆段／场内大面积的单体建筑及一定数量的高架车站，如何利用自然光与太阳能也是设计应该考虑的问题。高架车站钢结构屋顶与车辆段／场内大型维修库屋面等都有条件设置太阳能板或光导装置，因此可根据城市的太阳光照射情况及建筑朝向和周边环境等因素合理选择太阳能或光导系统。

6结束语

经过对轨道交通设计各专业的思考，体会到电气节能设计不仅牵涉到电气专业或某几个专业，而且牵涉到所有相关设计专业，需总体全面掌控，然后还要贯彻到今后的施工、运营使用等环节，缺一不可，否则无法达到节能效果。

参考文献：

［1］GB50157—2013地铁设计规程［S］

［2］GB50189—2005公共建筑节能设计标准［S］

［3］GB17167—2006用能单位能源计量器具配备和管理通则［S］

［4］GB／T23331—2012能源管理体系要求［S］

［5］2013年国家发展改革委第21号令修正［Z］产业结构调整指导目录C2011年本修正

［6］中华人民共和国国家发展和改革委员会第6号令固定资产投资项目节能评估和审查暂行办法［Z］

作者:李建华 范越 单位:重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司