摘要：文章主要从轨道交通主供电电路模块工作机理分析，并且结合实际工程案例对智能感光照明改造的实施进行阐述，旨在与广大同行共同探讨学习。
关键词：城市轨道交通；LED照明；改造技术
引言：轨道车辆车厢LED照明控制系统是一种复杂的电气控制系统。整个照明控制系统电路复杂，电子元器件多，在实际应用中，任何一部分电路或者任何一个元器件出现故障，都会导致轨道车辆车厢LED照明控制系统不能正常工作，同时有可能造成局部甚至整车照明系统的瘫痪，影响正常行车安全。因此，对轨道车辆车厢LED照明控制系统进行可靠性因素分析显得尤为重要。
一、轨道交通主供电电路模块工作机理分析
1.轨道车辆车厢
LED照明控制系统中的主供电电路采用了牵引供电装置，也称之为是牵引供电系统。目前，我国采用110KV以上的电力系统，电力系统供电给牵引变电所。牵引变电所的任务是给牵引供电系统输送电能，利用接触网作为载体，通过车顶的受电弓将电能传递到牵引供电系统。牵引供电系统在牵引变压器和牵引整流器的作用下，将电流供给主供电电路。其原理图如图1.1所示。
图1.1轨道车辆车厢LED照明供电原理
2.LED灯工作机理
LED是Light Emitting Diode的缩写，其本质就是一个半导体材料，通电之后将电能转化为光能。LED的主体是半导体晶片，其一端连着支架，一端连着电源正极，一端连着电源负极。半导体晶片主要分为P型和N型，P型半导体为空穴，N型半导体为电子，通电后产生正向电压，两者复合便产生了以光为形式的能量，这便是LED的发光原理。其发光原理图如图1.2所示。
图1.2 LED发光原理
二、工程案例
深圳市地铁4号线分地下段与高架段，高架段占全程线路的 51.6%。列车运行高架线路区间自然阳光充裕，外界光照基本可以满足客室光照强度要求，但原照明系统始终保持恒功率输出，造成资源浪费。为此，在高架线路区段应用智能感光照明系统，既可调节功率的低输出，又可保证客室照明总亮度处于恒定要求值。
深圳地铁4号线客室照明有 2 条主照明电路（交流回路 1、交流回路 2）和 1 条紧急照明电路。各条照明电路均采用恒压控制、恒定功率输出方式。照明系统采用的节能方式为人工手动调节方式，即每日 17：30 前，客室照明开关打至“节能”位，只开启交流回路 1（AC220V）及紧急照明回路（DC110V）照明；17：30 分之后，客室照明开关打至“全开”位，将另一个交流回路 2（AC220V）照明打开，此时客室照明LED 灯全部点亮。“节能”位和“全开”位时的客室照明效果如图2.1所示。
图2.1 客室照明效果图
三、智能感光照明改造的实施
1.组装阶段
拆除原有的光源模块和电源模块，安装新型的光源模块、电源模块、智能感光控制器。对每盏灯具进行通电测试，确保灯具点亮正常。测试感光控制器和灯具电源模块通信状态。将调试好的灯具进行安装，安装完毕后进行通电调光测试，测试灯具发光是否均匀以及感光系统是否满足无极调光的工作要求。调试灯具正常后，恢复安装照明灯具的其他部件。
2.调试阶段
灯具装车完毕后在库内试车线试验调光，用照度仪测试客室光照强度，同时调节智能感光控制器的输入值（有照度感光器照度调节按钮和红外线远程遥控 2 种设置输入方式），确保客室内距离地板面 800 mm 处照度不低于 300 Lux（见 GB/T 7928-2003《地铁车辆通用技术条件》规定）。改造后灯具组成见图 3.1。
图3.1 改造后灯具组成图
四、改造后的智能感光控制系统应用情况
1.节能效果
在改造后的列车和未经改造的列车电气柜内安装电能表，用于测量智能感光系统实际节省电量。根据统计值，改造前每列车平均功率为 5.6 kW，改造后每列车平均功率为 2.2 kW，以每列车每天工作17 h（6：30—23：30）、一年 365 天计算，电客车客室照明系统智能感光改造后每列车每年可节能：（5.6-2.2）×17×365 = 21 097 kW · h，即改造后每列车每年可节约2.1 万度电。
2.客室照度
改造后列车客室照明距地板面 800 mm 处满足照度大于 300 Lux 的要求，在外界阳光充足的情况下，正线个别区段（除地下段）客室内照度能达 400 Lux 以上。在灯带全功率工作的情况下，随机抽取一灯罩处测得的照度为 9 500 Lux，地下站时同一位置照度为5 500 Lux，高架段时为 3 500 Lux，智能调光功能正常。
3.照度调节时间
改造后列车运行时在不同的光照强度下，均能保持恒定照度，客室照明强度均匀统一。在列车进入隧道和驶出隧道时地铁的运行速度一般在 70～89 km/h，进出隧道 1 s 左右，灯具在 1 s 时间内全亮，使车厢内照度达到设定值。同时隧道口的光亮是渐变的，在进出隧道时就弥补了车厢内的照度跟外部的变化，使车厢内的照度变化很小，给予乘客温和舒适的过渡。
4.光源衰减后的亮度调节
列车正线运营时，客室 3 条照明电路在正常情况下始终处于同时工作的状态，各光源模块工作点亮时间一致，其 LED 灯珠衰减速率同步。随着使用时间的推移，各光源模块的照度不会出现明显的差别。在光源模块的寿命期内，LED灯珠发生衰减，照度降低时，均可通过电源模块调高输出功率，保证客室光照强度。
结语
深圳市4号线车辆进行客室照明智能感光改造后，客室照明的光照强度始终均匀统一。电源模块的低功率输出不仅达到了节能的目的，同时延长了照明灯具元器件的寿命，从而产生可观的经济效益。后期在列车大修期，可推广应用客室照明智能感光技术。
参考文献：
【1】钟碧弈.城轨车辆客室LED照明的特点及灯具设计选型[J].城轨车辆，2010（2）
【2】叶礼发.简谈城市轨道交通LED照明控制系统[J].机电工程，2018（16）
【3】张寺锦.城市轨道交通LED照明智能感光改造技术的分析，低碳世界，2018（6）
论文作者:吴凯
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/22
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