赵霖

摘 要：城市化的不断推进和城市人口的剧烈增长造成了严重的环境污染、交通堵塞等问题，发展公共交通，坚持可持续发展的城市轨道交通是解决这些问题的有效措施。城市轨道交通的运营需要消耗大量的电能，对轨道交通工程节能措施的研究势在必行。文章针对城市轨道交通工程的供配电节能措施进行了详细的分析。

关键词：城市轨道交通；供配电；节能措施

中图分类号：U223.6 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）29-0146-02

Abstract： The continuous promotion of urbanization and the rapid growth of urban population have caused serious environmental pollution， traffic congestion and other problems. To develop public transport and adhere to the sustainable development of urban rail transit is an effective measure to solve these problems. The operation of urban rail transit needs to consume a lot of electric energy， so it is imperative to study the energy-saving measures of rail transit engineering. In this paper， the energy saving measures of power supply and distribution in urban rail transit project are analyzed in detail.

Keywords： urban rail transit； power supply and distribution； energy saving measures

1 概述

据统计，截至2017年末，我国内地共计34个城市开通城市轨道交通并投入运营，开通城轨交通线路165条，运营线路长度达到5033公里。其中，地铁3884公里，占比77.2%；其他制式城轨交通运营线路长度约1149公里，占比22.8%。节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，对于具有很大节能潜力的大能耗轨道交通系统，研究其节能措施具有深远的意义。

2 城市轨道交通供配电节能措施

城市轨道交通能耗主要包括供电、通信、信号、给排水及消防、站台门、电扶梯、自动灭火系统、通风空调等系统。而供配电系统能耗约占整个轨道交通能耗的50%～60%，是研究节能措施的重中之重。下面对轨道交通工程供配电节能措施进行详细的分析。

2.1 主变电所选址方案

主变电所位置选择满足安全可靠性要求，靠近负荷中心，邻近轨道交通线路布置，满足中压网络线路压降、线路损耗等经济技术指标要求。主变电所选址靠近城市电源变电站、多条线路换乘车站附近且交通方便的位置，减少高压电力线路建设费用，方便设备运输和电力线路进出，减少中压线路建设费用，方便中压电缆接入。

主变电所选址应在满足地铁供电系统安全可靠运行的前提下尽量减少主变电所设置的数量，实现多条线路的共享，减少对城市土地资源和能源的消耗。

2.2 采用高供电电压等级减少电网线路损耗措施

既有城市轨道交通中压供电网络，国外一般有35kV、20kV和10kV电压等级，国内一般为35kV（广州地区为

33kV）和10kV电压等级。35kV中压网络输电半径和容量大、电能损失小，在国内轨道交通供电系统中已有非常成熟的应用。10kV中压网络输电半径和容量小，电能损失相对较大，一般用于运量较小的城市有轨电车中。采用35kV供电电压等级，与10kV供电电压等级相比，线路损耗和变压器损耗均可以减少，节能效果明显。

2.3 牵引变压器容量选择

牵引变压器容量依据如下原则确定：

（1）在各种运行方式下，各牵引变电所高峰小时最大功率应小于整流机组300%的额定容量，高峰小时平均功率应小于整流机组150%的额定容量。

（2）整流机组的单边供电能力应满足牵引变电所单边运行的需要。

（3）正常运行方式，各牵引变电所高峰小时平均功率应小于整流机组额定容量。

2.4 降压变电所设计

（1）降压变电所选址

根据车站类型、规模及负荷情况，降压变电所的位置应尽量靠近负荷中心且便于设备运输，因此车站的变电所应尽量设在站台层。根据车站规模考虑设置一座或两座降压变电所，当设置两座降压变电所时，其中一座为降压变电所，另一座为跟随式变电所。车辆段及综合基地，根据实际需要设置降压变电所。

在有牵引变电所的车站和场段，应将降压变电所与牵引变电所合建为牵引降压混合变电所。

（2）配电变压器容量选择

随着科学技术及生产水平的不断发展，动力配电用的干式变压器空载损耗已经很小，变压器的最佳效率范围已增大，以某厂生产的环氧树脂绝缘1250kVA变压器为例，空载损耗为2.16kW，负载损耗为10.01kW，如功率因数按0.9考虑，根据此参数计算，负荷率在40%～100%间时，效率均在89%以上。在动力变压器的容量选择时，在考虑最佳负荷率的同时，建议以变压器容量满足各种运行方式下的用電量要求为原则，即变压器容量满足以下条件。

在正常运行状态下向本供电范围内的全部用电负荷供电；单台变压器解列时，另一台变压器满足本供电范围内全部同时工作的一、二级负荷的用电要求。用单台变压器运行时的负荷计算值确定变压器的容量，以两台变压器同时运行时的负荷计算值进行校核。

（3）使用全寿命周期成本法选择变压器

目前，大多数国内变压器用户在选择变压器时，只注重初期投资，而对变压器使用寿命期内空载损耗、负载损耗不在乎，即对设备全寿命周期成本关心不够。这造成了变压器使用过程中损耗较大，进而带来运营成本的增加。变压器选择损耗小、初始价格高的变压器虽然一次投资高，但从全寿命周期角度，总的投资较低，因此宜采用低损耗变压器以降低损耗。

非晶合金变压器由于其空载损耗特别低，具有很好的节能效果，但由于其成本较高，可以选择适当场合进行应用。在变压器选择时，推荐采用SC（B）13系列以上低损耗节能变压器。

2.5 无功补偿及滤波治理

地铁车站降压变电所低压侧设备功率因数一般可达0.8以上，有的甚至可达到0.95以上。根据国内地铁运营经验，降压变电所低压侧一般无需投入无功补偿装置，否则在用电低谷时（晚上停运），大量电缆容性负载造成主变电所110kV侧的无功过补偿，出现向电网反送无功电力的情况。

在城市轨道交通中设置动态无功补偿及滤波装置，动态调整系统无功功率，并统一治理系统总谐波，该方案不仅满足了供电部门对功率因数及谐波含量的要求，提高了系统电能质量，还能减小系统损耗，并在节能和环保方面发挥作用。

2.6 设置再生制动能量回馈装置

结合车辆专业的节能措施，车辆采用在全速度范围内电制动力满足常用制动力的方案，即采用再生制动优先的方案。建议将供电系统与车辆的制动方案相结合，设置再生制动能量回馈装置，以吸收和再利用线路中相邻车辆不能吸收的再生制动能量，提高供电系统的节能效果。

2.7 照明节能设计

照明系统中优化照度设计，优化广告照明的布置，在满足国家照度要求的同时，尽量减少灯源量。在地面建筑中，充分利用自然光，对门窗合理设计，将自然光引入室内进行照明。推荐采用高效节能灯具，主流的节能灯具主要为T5灯管以及LED灯，采用节能灯具能够实现节能约10%～20%。

车站照明考虑采用智能照明控制系统，可根据现场的实际运营情况，包括客流量，外部自然光情况等调节车站的照明亮度，达到精细化控制目的，具有灵活性、可靠性等优点。该措施可以降低照明能耗，并使用预设置控制方式和控制组件，在不同时间精确设置和管理不同环境的光照度，实现很好的节能效果。

车站设备房设置应急照明，以往地铁工程中往往采用长明灯的运行模式，而大部分设备房间为无人值班，只有在巡视时才有人进入。因此，推荐设备房应急照明设置开关的方案，当运营人员巡视时，进入房间打开灯具开关，离开房间时切断绝大部分照明灯具。当有火灾发生时，应急照明灯自动开启，保证人员疏散和应急状态下的工作需要。

3 结束语

当前我国城市地铁里程不断攀升，地铁城市数量也在不断增加。在保证地铁安全有序运营的前提下，在地鐵建设前对地铁的能耗进行节能优化设计是最关键和直接的。本文针对轨道交通工程供配电节能措施进行详细的分析，为城市轨道交通供配电的设计提供了参考依据。

参考文献：

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