摘要：地铁的出现不是偶然的，它的出现是为了缓解日益严峻的城市交通拥挤问题。从二十世纪六十年代末北京建成我国第一条地铁以来，地铁设计师们陆续为全国很多城市设计了地铁。几十年来，经过设计师们不断地研究，地铁无论从安全性、服务性、方便性等方面都有了很大的提升。在地铁的功能不断完善后，怎样实现地铁的节能环保就成了地铁设计师们要解决的另一大技术问题。本文主要探讨分析了地铁低压配电系统的节能措施。
关键词：地铁；低压配电系统；节能措施；
1 地铁低压配电系统应用意义
地铁在运行过程中,尽可能使用低压供电,不仅可以实现电源的节约,更可以实现地铁车辆的安全、连续运行。降耗节能方案的有效实施,可以避免地铁车辆的低压的供电系统对资源的过度消耗,可以大大降低车辆运行中能源消耗的量,也能提高地铁车辆的安全系数,甚至可以提升整个地铁车辆的经济效益,提高车辆整体的安全度。使地铁在市场中立于不败的地位,增加地铁在交通中的重要作用。
2 地铁低压配电系统的节能措施
2. 1 合理设置电房
通常情况下，一个地铁车站往往设置有对应的一座变电所，并且在弱电设备集中端设置地铁降压变电所，诸如信号电源室、通讯室及车控室等，以此实现供电距离减少的目的。针对那些负荷及规模较大的地铁车站来讲，应在另一端位置上根据实际需要设置一个跟随变电所，以实现干线电缆长度减少的目的。对于环控电控室的设置位置，通常在冷水机房或者环控机房附近位置上更为合适。此外，依据距离车站的远近状况，区间风机房应合理设置降压变电所或低压配电室。
2. 2 合理选择变压器容量
许多地铁往往存在变压器容量过大的状况，一些地铁车站在相应运营低峰期时期，其变压器负荷率竟然小于10%。在运营高峰期，许多地铁车站的负荷率均低于 50%，此状况不仅增加项目投资，还浪费了大量的电能，最终导致运营成本的增加。变压器有功功率损耗可用如下公式予以表示：
ΔP = P0+ Pkβ2
式中: ΔP表示为变压器相应有功功率方面的损耗情况/kW; P0表示为变压器在空载状况下的实际损耗/kW; Pk表示为变压器在短路状况下的实际损耗/kW; β则表示为变压器相应负载率/%。P0称之为铁损也被称作空载损耗，其所造成的损耗主要是基于漏磁损耗，以及在具体的铁芯涡流方面所造成的损耗。如损耗方面予以不变，随着相应矽钢片的具体性能，以及在铁芯方面所存在的实际制造工艺情况，伴随其相应大小而予以决定。至此，在对变压器进行选择时，应尽可能选择那些节能型。Pk主要指在实施传输方面功率的具体损耗，也称为线损，其在一定程度上，决定了流过绕组电流的大小。此外，变压器绕组电阻的大小同样具有决定作用，并且还与负载率β的平方呈现出正比关系。所以，在电阻的选择上，应选择具有更小绕组的电阻。在变压器的采用上可选择铜芯。如果空载损耗与负载损耗相等，变压器在能耗方面也就最小。基于此行业相关运营实际经验，控制地铁用变压器日常运营负荷率区间为 55%～65%，可保证其运行水平为最佳。
2. 3 采取对应措施实现线路上能量损耗的减少
线路上存在一定的电阻状况，当电流通过线路进行流动时，其过程就会出现有功功率损耗状况，用公式可表示为ΔP = 3I2R×10-3;ΔP表示为线路上所存在的电能损耗/kW; I 表示为线电流/A; R表示为线路电阻/Ω。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通过公式可知，地铁在相应有功损耗方面，往往和R之间呈现正比关系。通过深入分析可知,其和电缆的长度之间往往呈现出正比关系，和电缆具体的横截面积之间则呈现反比关系。基于上述分析可知，在对电缆进行选择的过程中，应尽可能选择那些较粗的，尽管较粗电缆在短时间内可能会对经济投入有所增加，然而粗电缆在具体的寿命方面，要明显长于细电缆。所以，基于长远角度来考虑，选择粗的电缆更为适宜。对于电房的设计来讲，电缆的长度越短，其在有功损耗方面则会相应越小。因此，在电房的位置选择上，应尽可能选择那些处于照明动力负荷的中心位置上。而对于环控电控室的选择来讲，应将其设置在距离冷水机房和环控机房之间最近处。而就地铁变电室的设计及选择而言，则需要将其设置在弱电压区，并依据实际情况，对区间的风机房予以选择，使其能够和低压配电室相匹配。一个地铁车站电缆长度超过万米较为多见。因此，在电缆线路上存在的总有功损耗也非常庞大。在具体设计过程中，必须采取有效措施，最大限度地降低线路上的能耗。电缆上的电流是不能改变的，如果想要将电缆损耗减少，最为可行的方法就是将电阻减小。线路电阻往往和线路长度之间呈现出显著的正比关系，和电缆截面之间则呈反比。因此，减少线路损耗，应采取以下措施: ①对于地铁用电缆来讲，其在材质选用上应均选为铜芯电缆，以此实现电缆电阻率减小的效果。②在布置线路时，应尽量采取直线设置，尽可能减少弯路布置，实现减少导线长度的目的。③对于低压配电室位置选择来讲，应布置在电缆井附近更为合适，在布置电缆井位置及低压配电室时，均采取线路向前送的方式，尽可能减少回头输送电能的支线。
2. 4 对系统的功率因数进行提升
功率因数在整个供用电系统当中是一项十分重要的技术经济指标，当用电设备对有功功率进行消耗的情况下，还需要许多无功功率从电源箱负荷进行输送。功率因数实质就是对用电设备在对一定有功功率予以消耗的情况下，其在无功功率方面需求的反映。通过对系统功率因数的提升，实现无功电能在线路上传输得以减少的目的，节约电能，还可达到损耗降低的目的，这也是节能设计的最终宗旨。将线路损耗公式展开，可得到如下公式:
ΔP = 3I2R×10-3= (RP2/UL+RQ2/UL)×10-3
式中，UL表示为线电压/V; P 表示为有功功率/kW; Q表示为无功功率/V•A。在整个电气系统当中所运用的用电设备，诸如气体放电灯整流器、变压器、电动机及线路等均具有相应电感，这些设备在运行当中还会产生滞后的无功，需于系统当中引入具有超前的无功，实现与上述无功之间相互抵消的作用。至此，这些无功功率通过高压及低压相应线路时，便能够运用用电设备实施相应传输操作。在线路当中，同样存在有有功损耗状况，此种损耗可采取一些办法进行有效改变，可提高设备的自然功率因数，实现超前无功需求减少。此外，在同步电动机的选择上，可选择那些功率因数较高的设备; 对于荧光灯的选择，可运用低于15% 高次谐波系数的电子镇流器; 而在选择气体放电灯时，可选用内置有电感镇流器的放电灯，且于单灯中安装电容器。这些方法的运用，可提高自然功率因数(0.83～ 0.92) ，此种方法可减少整个系统高、低压线路在输电过程中所产生的超前无功功率。感抗所产生的无功是滞后的，可选用电容器对其进行补偿，二者之间能够实现相互抵消，实现无功需求量减少的目的。在国内具体的地铁设计当中，绝大多数均运用变压器低压侧集中无功补偿。
3 总结
在可持续发展观和科学发展观理念逐渐深入人心的时代背景下，人们对于节能环保有了越来越高的重视，在地铁低压控制系统当中采取合理的节能措施具有十分重要的意义现实意义。针对地铁的低压控制系统，可以结合实际情况从多方面入手来采取综合的措施以达到节能降耗的目的，从而在保证地铁运营的安全性、可靠性和舒适性的同时有效地降低其低压配电系统当中的能耗。
参考文献：
[1]苏铭杰. 关于地铁低压配电系统节能设计的探究[J]. 科技与企业,2014,(05):109+112.
[2]徐云鹤. 智能低压控制技术的应用及节能措施[J]. 智能建筑电气技术,2014,(01):56-58
论文作者:孙芳军
论文发表刊物:《基层建设》2017年6期
论文发表时间:2017/6/23
标签：地铁论文; 电缆论文; 变压器论文; 线路论文; 低压论文; 功率论文; 功率因数论文; 《基层建设》2017年6期论文;