（中铁上海设计院集团有限公司天津分院 天津 300073）
摘要：在如今这个积极倡导低碳环保、绿色出行的时期，节能技术在当前各个环节和领域都越来越受到重视。本文介绍了城市轨道交通工程电气设计中节能应遵循的基本原则及在电气设计工作中具体采用的一些节能方法，从降压变电所设置及电缆选用、照明、变频设备、用电管理等方面详细分析了低压配电系统设计中的节能措施。事实表明，该节能措施降低了地铁能耗，节约了运营成本。
关键词：城市轨道交通；低压配电；节能；方案
一、城市轨道交通节能设计的原则
1.1满足城市轨道交通的功能
即满足照明的照度、色温、显色指数；满足舒适性空调的温度及新风量，也就是舒适卫生；满足上下、左右的运输通道畅通无阻。
1.2考虑实际经济效益
节能应按国情考虑实际经济效益，不能因为节能而过高地消耗投资。而是应该让增加的部分投资，能在几年或较短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。
1.3节省无谓消耗的能量
节能的着眼点，应是节省无谓消耗的能量。首先找出哪些地方的能量消耗是与发挥城市轨道交通功能无关的，再考虑采取什么措施节能。如变压器的功率损耗、传输电能线路上的有功损耗都是无用的能量损耗，又如量大面广的公共区照明容量，宜采用先进技术使能耗降低。因此，城市轨道交通节能设计应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。
二、城市轨道交通低压配电中的节能方案
2.1降压变电所的设置
一个车站一般设置一座降压变电所，变压所应设置于车站负荷中心一端，以减少供电距离；对于规模及负荷比较大的车站应在另一端设置一个跟随式降压变电所，以减少干线电缆的供电长度。
2.2变压器容量的合理选择
减少变压器的有功功率损耗。变压器的有功功率损耗如下式表示:
△P=P0+Pkβ2
其中:△P为变压器有功功率损耗，kW；P0为变压器的空载损耗，kW；Pk为变压器的短路损耗，kW；β为变压器的负载率，%。
P0部分为空载损耗又称铁损，它是由铁芯的涡流损耗及漏磁损耗组成的，大小随矽钢片的性能、铁芯制造工艺及材质而定，是基本不变的部分。所以，变压器应选用节能型的。
Pk是传输功率的损耗，即变压器的线损，决定于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，与负载率β的平方成正比。因此，应选用阻值较小的绕组，可采用铜芯变压器。从Pkβ2用微分求它的极值，在β=50%处每千瓦的负载，变压器的能耗最小。
从行业的运营经验来看，将城市轨道交通用动力变压器日常运行负荷率控制在55%～65%是最佳的运行水平。动力变压器的选择一般均要求有足够的容量裕度来保障应急供电能力，但也带来了正常负荷率严重偏低、长时间非经济运行的问题。在运营初期的很长一段时间，变压器的负荷率均在10%～30%。为减小变压器损耗，当容量大而需要选用多台变压器时，在合理分配负荷的情况下，尽可能减少变压器的台数，选用大容量的变压器较适量。
2.3减少线路上的能量损耗
由于线路上存在电阻，电流流过时就会产生有功功率损耗。其公式为
△P=3I2R×10-3
式中:△P为线路上的能量损耗，kW；I为计算相电流，A；R为每相线路电阻，Ω。
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在一个工程中，线路左右上下纵横交错，小工程线路全长不下万米，大工程更是不计其数，所以线路上的总有功损耗是相当可观的，减少线路上的能耗必须引起设计重视。线路上的电流是不能改变的，要减少线路损耗，应从以下方面入手：①应选用电阻率较小的材质做导线。城市轨道交通用电线材质均采用铜芯，但同时也要贯彻节约用铜的原则。②减小导线长度。首先，线路尽可能走直线，少走弯路，以减少导线长度；其次，低压线路应不走或少走回头线，以减少来回线路上的电能损失；降压变电所应靠近电缆竖井，而且由降压变电所敷设至每个电缆竖井的干线，尽量避免产生支线沿着干线倒送的现象，以减少回头输送电能的支线。对于比较长的线路，除满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面外，适当加大一级导线截面。
2.4提高系统的功率因数
提高系统的功率因数，减少无功电能在线路上传输，以达到节能的目的。
线路有功功率损耗的公式展开后得下列计算式:
△P=3I2R×10-3=(RP2/UL+RQ2/UL)10-3(kW)
式中:UL为线电压，V；P为有功功率，kW；Q为无功功率，V•A。RP2/UL为线路上传输有功功率而引起的功率损耗，RQ2/UL为线路上传输无功功率而引起的功率损耗。
有功功率是满足用电设备功能所必须的，因此是不可变的。系统中的用电设备，如电动机、变压器、线路、气体放电灯中的整流器都具有电感，会产生滞后的无功，需要从系统中引入超前的无功相抵消，这样，超前的无功功率就从系统经高、低压线路传输到用电设备，在线路上就产生了无功损耗，而这部分损耗是可以改变的，其措施有以下几种。
提高设备的自然功率因数，以减少对超前无功的需求。可采用功率因数较高的同步电动机；荧光灯可采用高次谐波系数低于15%的电子镇流器；采用电感镇流器的气体放电灯，单灯安装电容器等，都可使自然功率因数提高到0.85～0.95，这就可减少系统高、低压线路传输的超前无功功率。由于感抗产生的是滞后的无功，可采用电容器补偿，因为电容器产生的是超前的无功，两者可以相互抵消，即Q=QL-QC，因此无功补偿，可以提高功率因数，因而也减小了无功的需求量。目前，城市轨道交通设计中，均采用变压器低压侧集中无功补偿。
2.5照明部分的节能
2.5.1采用高效光源
白炽灯过去用得最广泛，因为其价格便宜，安装维护简单，但缺点是发光率太低，因此目前常被各种发光率高、光色好、显色性能优异的新光源取代。T5高频荧光灯属于高科技产品，是21世纪荧光灯的发展方向和主导产品，也是国际公认的替代T8、T10荧光灯的一种"绿色照明"节能新产品。它不仅具有舒适、光效高、显色性好、光衰小、寿命长、无频闪等特点，还具有省电、省材料、注汞量少、明显降低汞污染等优点。推广应用T5高频荧光灯，十分有利于环境保护。
2.5.2选用配套的照明控制设备
荧光灯采用调电压调光，其节能效果并不显著。因为，气体放电灯的发光是靠离子在高电压下产生碰撞，达到一定能级而使荧光粉发光，因此，光通量并不与电压成正比，电压下降10%，光通量差不多下降30%～40%，电压下降30%，灯会全熄。因此，气体放电灯采用调压方式调光，在实际工程中也很少采用。照明节能中，除了满足照度、光色、显色指数外，应采用高效光源及高效灯具，对能利用自然光部分的灯具或可变照度的照明采用成组分片的自动控制开停方式，可达到照明节能的效果。
结语
城市轨道交通工程的节能潜力很大，应在设计中精心考虑。但是在选用节能的新设备上，应具体了解其原理、性能、效果，从技术、经济上进行比较后，再加以选择，以达到真正节能的目的。
参考文献
[1]辛京伟.地铁低压供电系统节能降耗浅析[J].技术与市场.2014.
[2]郑姗姗.地铁低压配电自动化系统的应用与发展[J].赤峰学院学报（自然科学版），2012.
作者简介
李艳欣（1985.04-），女，天津人，西南交通大学硕士，单位：中铁上海设计院集团有限公司天津分院，研究方向：城市轨道交通低压配电与动力照明。
论文作者:李艳欣
论文发表刊物:《电力设备》2016年第4期
论文发表时间:2016/6/2
标签：变压器论文; 节能论文; 线路论文; 功率论文; 轨道交通论文; 功率因数论文; 城市论文; 《电力设备》2016年第4期论文;