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【摘要】随着国内经济高速发展及城市化进程不断推进，城市轨道交通逐渐取代了以公交车为主的地面交通，地铁成为了人们出行的主要方式，占据城市的交通主导地位。地铁系统中最重要的组成部分之一就是环境控制系统，该系统具备长时间运行和高能耗的特点。当前，全球能源问题日益凸显，国内能源紧张，形势严峻，在此背景下，优化地铁环控系统，节能降耗，降低地铁运营成本对节约能源资源意义重大。本文以地铁运营和建设情况为切入点，分析了地铁主要能耗因素，并据此提出节约能耗的相关措施，促进地铁运营节能减排。
【关键词】地铁;供电系统;节能降耗;技术
随着国内经济不断发展，城市轨道交通建设步伐不断加快，逐渐成为大型城市形象建设的重要工程之一。城市轨道交通是城市发展重要基础设施，对减少人们出行时间、为群众提供良好运输环境的意义重大。地铁的运营依靠供电系统提供电能，因此城市地铁供电系统的建设极为重要[1]。地铁通常会配备两个低压配电系统，包括环控配电部分以及低压部分。环控配电控制系统主要控制空调通风设备，低压部分控制设备主要包含信号设备、照明设备与综合监控设备等。地铁供电系统涉及设备众多，故加强地铁供电系统节能降耗对实现地铁运营可持续化发展有重大意义，笔者现结合相关文献及工作经验，对地铁供电系统节能降耗措施的分析作以下综述。
1 实现地铁供电系统供电系统节能降耗的重要性
地铁低压供电系统主要采取400V供配电系统，以用电性质为划分依据，可将其简单划分为两个部分，一是动力照明系统，该系统主要由降压变电所构成。二是牵引供电系统，其主要由牵引变电所构成[2]。降压变电所为地铁照明和动力提供电力来源，牵引变电所为地铁列车提供电能，两个系统的划分界限就是400V开关柜。随着国内经济、科技的不断发展，大城市地铁基础建设规模不断增大，占城市电能消耗的比重也不断上升。同公交等地面交通不同的是，地铁的运行完全依赖于电力系统，研究地铁供电系统节能降耗技术对建设环保、可持续发展社会有重要意义，这主要体现在：①经济效益：在市场经济体制下，地铁建设、运营以及维护成本高，减少供电系统电能消耗，能够节约地铁运营成本，提升企业经济效益，增強运营企业市场竞争力。②环境效益。国内电力生产依靠火力发电，增加煤炭、石油等不可再生资源的用量，破坏自然生态。实现地铁供电系统节能降耗，能够减少资源消耗，对保护自然生态有重要意义。③社会效益。地铁供电系统有赖于城市电力系统的支持，降低地铁的电能消耗，能够节约社会资源，为城市其他公共建设服务，避免电力供应不足[3]。
2地铁供电系统能耗分析
2.1 低压配电系统在地铁运营过程中产生的电能消耗
低压配电系统主要由动力照明配电线路和降压变电所组成，为车辆段、车站、照明、办公、电扶梯、水泵以及风机空调等信号、自动化以及通信设备提供电源。低压配电能耗主要组成部分有：①地铁门梯系统能量消耗，如杂物梯、客梯、货梯、自动扶梯等设备，这些设备在地铁运行期间随时保持启动状态，消耗大量电能。②通风制冷、给排水系统，如冷水机组、消防水泵、污水泵、风机等。③照明系统：地铁站基本设置在地下，在站台、站厅、设备房、隧道区间、办公区等均需设置照明设备，能量消耗极大[4]。④其他，包括自动售检票、地铁信号、综合自动化等系统，尽管这些系统属于弱电设备，但为保障各个系统稳定运行，需要24h不间断供电，对弱电设备的储蓄电池进行充电。地铁中弱电设备众多，集中用电仍然消耗较多电能。此外，办公用电、物业开发用电等也是地铁电能消耗的重要组成部分，办公用电包括车站办公环境中的办公设备、照明设备及电梯设备等。商业电能消耗如商铺开发、物业开发、地铁商业建设施工等用电[5]。
3 地铁供电系统节能降耗措施
3.1 结合地区气候特点，控制通风空调启动用量
通风空调系统是地铁电力消耗的重要构成部分，通风设备、排气系统需长期连续性运转。地铁空间相对封闭，客流量较大，必须通过空调与通风系统来保持气流运动和调节温度，确保舒适度。对于通风空调设备的节能降耗措施可从以下方面入手：春季和秋季两个季节的天气相对凉爽，日间与晚间温差不大，可以降低通风空调启动量，一般启动1/3～2/3的空调数量即可，节约电能消耗。地面站台则可用自然通风，启动小系统确保设备房通风即可。冬季气温低，地下站台可仅开启通风功能，夏季温度高，可在空调系统中安装自动温控启动装置，根据气温决定空调开启数量。
3.2控制照明
对于室外区域，如车辆段、车站室外广场、停车场、高架区间等，投入使用太阳能照明设备，日常照明开启太阳能灯即可，满足室外照明，降低照明能耗。对于地下和室内照明区域，可以在站台、站厅以及站口等照明设备中安装光照控制器，控制照明灯启停;由于不同区域客流量不同，可根据客流量合理调节照明设备的启动和停止，夜间停运后自动关闭大部分照明设备，减少能耗。在设备房、办公房以及巡视通道等照明不常用区域，可安装声控开关，实现声控启停照明设备。在非运营时段，将车站指示类照明设备全部关闭。
3.3充分利用变频技术
风机系统、电扶梯等是地铁运营中电能消耗较大的系统，均需长时间不间断地运行。采用变频电扶梯，进行分时段管理，在高峰期采取高频率运转，其余客流量较少的时刻，采取低频率运转。当无人乘坐电梯时，供电频率设置为最低，既能确保客流通行顺畅，又能实现节能环保。此外，以变频通风空调系统取代传统风机风量的控制功能，可以极大降低电能消耗[6]。
3.4 牵引动力系统节能措施
牵引变流系统和复变流系统是整个车辆能量转换的重要构成，节能降耗可以从这两大系统入手。近年来碳化硅功率器件逐渐投入市场，其具备耐高压、工作频率高、耐高温等特点，能够提升车辆牵引变流器、辅助变流器的效率，实现减轻整车质量与节能的目的，因此在变流器设计中可采取碳化硅功率器件。另外，永磁同步牵引传动技术近年来在国内外受到了广泛关注，其具有过载能力强、效率高、功率因数高以及噪声低等特点，若在轨道牵引传动系统中加入永磁同步电机，能降低电机自身发热，尤其是降低转子发热量，因此能依据系统需求，实现全封闭设计，减少了清扫维护工作的同时，降低了噪声，相关研究报道，采用永磁同步牵引系统的列车每年节省电能可达14万KW·h。
结语
地铁是人们出行的重要交通工具，对城市形象建设有重要意义。随着地铁基础建设规模扩大，地铁能源消耗问题引起了相关部门和人员的重视，地铁供电系统中应用节能降耗技术对城市地铁运行系统的稳定和可持续发展有重要意义。因此，需要从多方面入手，利用现代化技术，提升地铁设备运行效率，实现节能减排。
【参考文献】
[1]曲磊，柏云.被动式超低能耗绿色建筑节能系统与技术应用分析——以济南市某公建项目为例[J].建筑节能，2018，46（3）：31-39.
[2]邓文丽，戴朝华，陈维荣.轨道交通能源互联网背景下光伏在交/直流牵引供电系统中的应用及关键问题分析[J].中国电机工程学报，2019，39（19）：5692-5702.
[3]窦书星.基于ZigBee的电力输配电线路能耗控制系统设计[J].现代电子技术，2019，42（14）：55-58，63.
[4]李志慧.城市轨道交通牵引供电系统再生能量吸收技术的发展与选择[J].城市轨道交通研究，2018，21（6）：34-36.
[5]陈莉莉，张赛桥，狄颖琪.基于Hadoop平台的轨道交通能效管理系统的建设方案[J].自动化仪表，2019，40（1）：36-38.
[6]李宝泉，张显辉，岳小鹤， 等.DC1500V直进变频空调在城市轨道交通车辆上的应用[J].城市轨道交通研究，2019，22（8）：158-161.
【关键词】地铁;供电系统;节能降耗;技术
随着国内经济不断发展，城市轨道交通建设步伐不断加快，逐渐成为大型城市形象建设的重要工程之一。城市轨道交通是城市发展重要基础设施，对减少人们出行时间、为群众提供良好运输环境的意义重大。地铁的运营依靠供电系统提供电能，因此城市地铁供电系统的建设极为重要[1]。地铁通常会配备两个低压配电系统，包括环控配电部分以及低压部分。环控配电控制系统主要控制空调通风设备，低压部分控制设备主要包含信号设备、照明设备与综合监控设备等。地铁供电系统涉及设备众多，故加强地铁供电系统节能降耗对实现地铁运营可持续化发展有重大意义，笔者现结合相关文献及工作经验，对地铁供电系统节能降耗措施的分析作以下综述。
1 实现地铁供电系统供电系统节能降耗的重要性
地铁低压供电系统主要采取400V供配电系统，以用电性质为划分依据，可将其简单划分为两个部分，一是动力照明系统，该系统主要由降压变电所构成。二是牵引供电系统，其主要由牵引变电所构成[2]。降压变电所为地铁照明和动力提供电力来源，牵引变电所为地铁列车提供电能，两个系统的划分界限就是400V开关柜。随着国内经济、科技的不断发展，大城市地铁基础建设规模不断增大，占城市电能消耗的比重也不断上升。同公交等地面交通不同的是，地铁的运行完全依赖于电力系统，研究地铁供电系统节能降耗技术对建设环保、可持续发展社会有重要意义，这主要体现在：①经济效益：在市场经济体制下，地铁建设、运营以及维护成本高，减少供电系统电能消耗，能够节约地铁运营成本，提升企业经济效益，增強运营企业市场竞争力。②环境效益。国内电力生产依靠火力发电，增加煤炭、石油等不可再生资源的用量，破坏自然生态。实现地铁供电系统节能降耗，能够减少资源消耗，对保护自然生态有重要意义。③社会效益。地铁供电系统有赖于城市电力系统的支持，降低地铁的电能消耗，能够节约社会资源，为城市其他公共建设服务，避免电力供应不足[3]。
2地铁供电系统能耗分析
2.1 低压配电系统在地铁运营过程中产生的电能消耗
低压配电系统主要由动力照明配电线路和降压变电所组成，为车辆段、车站、照明、办公、电扶梯、水泵以及风机空调等信号、自动化以及通信设备提供电源。低压配电能耗主要组成部分有：①地铁门梯系统能量消耗，如杂物梯、客梯、货梯、自动扶梯等设备，这些设备在地铁运行期间随时保持启动状态，消耗大量电能。②通风制冷、给排水系统，如冷水机组、消防水泵、污水泵、风机等。③照明系统：地铁站基本设置在地下，在站台、站厅、设备房、隧道区间、办公区等均需设置照明设备，能量消耗极大[4]。④其他，包括自动售检票、地铁信号、综合自动化等系统，尽管这些系统属于弱电设备，但为保障各个系统稳定运行，需要24h不间断供电，对弱电设备的储蓄电池进行充电。地铁中弱电设备众多，集中用电仍然消耗较多电能。此外，办公用电、物业开发用电等也是地铁电能消耗的重要组成部分，办公用电包括车站办公环境中的办公设备、照明设备及电梯设备等。商业电能消耗如商铺开发、物业开发、地铁商业建设施工等用电[5]。
3 地铁供电系统节能降耗措施
3.1 结合地区气候特点，控制通风空调启动用量
通风空调系统是地铁电力消耗的重要构成部分，通风设备、排气系统需长期连续性运转。地铁空间相对封闭，客流量较大，必须通过空调与通风系统来保持气流运动和调节温度，确保舒适度。对于通风空调设备的节能降耗措施可从以下方面入手：春季和秋季两个季节的天气相对凉爽，日间与晚间温差不大，可以降低通风空调启动量，一般启动1/3～2/3的空调数量即可，节约电能消耗。地面站台则可用自然通风，启动小系统确保设备房通风即可。冬季气温低，地下站台可仅开启通风功能，夏季温度高，可在空调系统中安装自动温控启动装置，根据气温决定空调开启数量。
3.2控制照明
对于室外区域，如车辆段、车站室外广场、停车场、高架区间等，投入使用太阳能照明设备，日常照明开启太阳能灯即可，满足室外照明，降低照明能耗。对于地下和室内照明区域，可以在站台、站厅以及站口等照明设备中安装光照控制器，控制照明灯启停;由于不同区域客流量不同，可根据客流量合理调节照明设备的启动和停止，夜间停运后自动关闭大部分照明设备，减少能耗。在设备房、办公房以及巡视通道等照明不常用区域，可安装声控开关，实现声控启停照明设备。在非运营时段，将车站指示类照明设备全部关闭。
3.3充分利用变频技术
风机系统、电扶梯等是地铁运营中电能消耗较大的系统，均需长时间不间断地运行。采用变频电扶梯，进行分时段管理，在高峰期采取高频率运转，其余客流量较少的时刻，采取低频率运转。当无人乘坐电梯时，供电频率设置为最低，既能确保客流通行顺畅，又能实现节能环保。此外，以变频通风空调系统取代传统风机风量的控制功能，可以极大降低电能消耗[6]。
3.4 牵引动力系统节能措施
牵引变流系统和复变流系统是整个车辆能量转换的重要构成，节能降耗可以从这两大系统入手。近年来碳化硅功率器件逐渐投入市场，其具备耐高压、工作频率高、耐高温等特点，能够提升车辆牵引变流器、辅助变流器的效率，实现减轻整车质量与节能的目的，因此在变流器设计中可采取碳化硅功率器件。另外，永磁同步牵引传动技术近年来在国内外受到了广泛关注，其具有过载能力强、效率高、功率因数高以及噪声低等特点，若在轨道牵引传动系统中加入永磁同步电机，能降低电机自身发热，尤其是降低转子发热量，因此能依据系统需求，实现全封闭设计，减少了清扫维护工作的同时，降低了噪声，相关研究报道，采用永磁同步牵引系统的列车每年节省电能可达14万KW·h。
结语
地铁是人们出行的重要交通工具，对城市形象建设有重要意义。随着地铁基础建设规模扩大，地铁能源消耗问题引起了相关部门和人员的重视，地铁供电系统中应用节能降耗技术对城市地铁运行系统的稳定和可持续发展有重要意义。因此，需要从多方面入手，利用现代化技术，提升地铁设备运行效率，实现节能减排。
【参考文献】
[1]曲磊，柏云.被动式超低能耗绿色建筑节能系统与技术应用分析——以济南市某公建项目为例[J].建筑节能，2018，46（3）：31-39.
[2]邓文丽，戴朝华，陈维荣.轨道交通能源互联网背景下光伏在交/直流牵引供电系统中的应用及关键问题分析[J].中国电机工程学报，2019，39（19）：5692-5702.
[3]窦书星.基于ZigBee的电力输配电线路能耗控制系统设计[J].现代电子技术，2019，42（14）：55-58，63.
[4]李志慧.城市轨道交通牵引供电系统再生能量吸收技术的发展与选择[J].城市轨道交通研究，2018，21（6）：34-36.
[5]陈莉莉，张赛桥，狄颖琪.基于Hadoop平台的轨道交通能效管理系统的建设方案[J].自动化仪表，2019，40（1）：36-38.
[6]李宝泉，张显辉，岳小鹤， 等.DC1500V直进变频空调在城市轨道交通车辆上的应用[J].城市轨道交通研究，2019，22（8）：158-161.