魏振熙

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043)

地鐵車(chē)站工程為人防工程和地下工程，屬于特殊建筑物。平時(shí)地鐵車(chē)站內(nèi)部人流密集，精密設(shè)備多，列車(chē)進(jìn)站周期短，因此需對(duì)照明進(jìn)行合理設(shè)置，從而確保乘客舒適度和行車(chē)安全[1]。傳統(tǒng)地鐵車(chē)站在設(shè)備區(qū)、公共區(qū)照明設(shè)計(jì)中，主要注重照明亮度、顯色指數(shù)、眩光度、均勻度是否達(dá)到工程需要，主要通過(guò)接觸器、繼電器開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)照明控制，各照明控制單元分布在車(chē)站站廳層或站臺(tái)層兩端，難以集中控制，造成照明配電室只能控制一條或幾條回路燈具。燈具在開(kāi)啟時(shí)受電網(wǎng)沖擊電流影響，降低使用壽命，且造成大量電能浪費(fèi)[2]。隨著社會(huì)進(jìn)步，我國(guó)進(jìn)入環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展相協(xié)調(diào)的發(fā)展模式[3]。在大中型城市，地鐵車(chē)站是市民出行的首選工具，隨著城市的快速發(fā)展，人們對(duì)地鐵照明節(jié)能、照明質(zhì)量、照明與文化相結(jié)合等要求日漸提高。

地鐵建設(shè)投資成本非常大，能源消耗問(wèn)題比較突出。通過(guò)所收集到的數(shù)據(jù)顯示，在地鐵車(chē)站處各項(xiàng)能源的消耗情況相比于其他消耗更大，約為投資成本的30%，其所消耗的電量極大、成本極高[4]。因而在進(jìn)行地鐵車(chē)站的建設(shè)工程時(shí)，還需要對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，這樣可以減少能源消耗，同時(shí)滿足出行人員的照明需求[5]。但設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)如果管控得不當(dāng)，會(huì)造成嚴(yán)重的能耗問(wèn)題[6]。目前，地鐵車(chē)站實(shí)際運(yùn)營(yíng)中照明系統(tǒng)能耗超標(biāo)嚴(yán)重，已引起相關(guān)部門(mén)高度重視[7]。

本文以某市地鐵為例進(jìn)行車(chē)站供配電與照明系統(tǒng)能耗分析，在地鐵投入運(yùn)營(yíng)前期階段的設(shè)備調(diào)試工作中，照明設(shè)備的功率都存在極大的余量，在節(jié)能控制、措施上具有很大的改善空間。因而在進(jìn)行地鐵車(chē)站供配電照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，需要根據(jù)上下班高峰期客流量的變化情況對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行智能控制。

1 地鐵供配電系統(tǒng)的能耗分析

安全在地鐵運(yùn)行中占第一位，對(duì)于地鐵建設(shè)而言，具有完善健全的供配電系統(tǒng)是一個(gè)重要的核心部分。對(duì)于地鐵車(chē)站，維持安全的能源保障就是供配電系統(tǒng)的正常運(yùn)營(yíng)。當(dāng)?shù)罔F在進(jìn)行正常運(yùn)營(yíng)活動(dòng)時(shí)，可以最大限度地保證地鐵運(yùn)行的各項(xiàng)安全設(shè)施設(shè)備系統(tǒng)的正常，例如消防設(shè)施、照明設(shè)備、通信網(wǎng)路、給排水等，上述所涉及到的每一個(gè)安全設(shè)施設(shè)備系統(tǒng)都不能忽視其能耗的損耗。

1.1 電源側(cè)供電系統(tǒng)

如果設(shè)計(jì)的地鐵車(chē)站供配電系統(tǒng)使用的是集中式供電模式，地鐵運(yùn)行等各項(xiàng)設(shè)施設(shè)備的電源均來(lái)自于地鐵專(zhuān)用主變電所；如果使用的供配電系統(tǒng)是源自于分散式供電的模式，其地鐵耗電的電源均來(lái)自于配電系統(tǒng)所供應(yīng)。上述描述的2種地鐵電源供配電系統(tǒng)模式，均可以為地鐵的正常運(yùn)營(yíng)提供相應(yīng)的穩(wěn)定電源，因而保證了地鐵各項(xiàng)安全設(shè)施設(shè)備系統(tǒng)的正常使用，保證人們的出行順利無(wú)阻。

1.2 變電所電氣主接線和運(yùn)行方式

根據(jù)車(chē)站建設(shè)規(guī)模以及用電負(fù)荷等級(jí)及容量，設(shè)計(jì)合理的車(chē)站供電配方案。圖1所顯示的是該降壓變電所供配電系統(tǒng)的主要連接線路。將使用AC308/220 V三相四線制作為低壓配電，配電方式以樹(shù)干式為輔、以放射式為主。在運(yùn)行正常時(shí)將母聯(lián)斷路器斷開(kāi)，并確保兩路電源的運(yùn)行。若在運(yùn)行中有故障出現(xiàn)，則根據(jù)具體情況采取有效措施。若任一路進(jìn)線有失壓?jiǎn)栴}出現(xiàn)，則需將QS1或QS2斷開(kāi)，將QS3直接自動(dòng)投入使用，同時(shí)切斷K1、K2的連接工作，切斷三級(jí)負(fù)荷電源的正常使用，從而保障一級(jí)二級(jí)負(fù)荷電源正常運(yùn)營(yíng)。一旦QS1或者QS2中恢復(fù)正常供電，就自動(dòng)將QS3復(fù)位，三級(jí)負(fù)荷電源即可以重新投入使用，從而保證K1、K2的正常連接工作。

圖1 變電所供配電系統(tǒng)Fig.1 Power supply and distribution system of substation

1.3 地鐵車(chē)站智能照明控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2 System structure

地鐵車(chē)站智能照明控制系統(tǒng)由智能照明控制器、上位機(jī)、DeviceNet分節(jié)點(diǎn)、執(zhí)行模塊組成。DeviceNet分節(jié)點(diǎn)對(duì)傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，并將信息給智能照明控制器傳送，智能照明控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)預(yù)先設(shè)定照明控制規(guī)則，給DeviceNet分節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制信號(hào)，分節(jié)點(diǎn)控制執(zhí)行模塊調(diào)節(jié)照明裝置。上位機(jī)功能是監(jiān)視照明系統(tǒng)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并將控制指令及時(shí)下發(fā)給智能照明控制器，控制照明系統(tǒng)。

在地鐵車(chē)站各區(qū)域分布有各智能節(jié)點(diǎn)，每個(gè)分節(jié)點(diǎn)均和一定數(shù)量傳感器回路、照明回路連接。在預(yù)測(cè)照度值、實(shí)際照度值被監(jiān)測(cè)到不相同時(shí)，向連接的節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)；在該傳感器信號(hào)被節(jié)點(diǎn)接收時(shí)，會(huì)對(duì)此照明燈及節(jié)點(diǎn)傳感器互聯(lián)關(guān)系進(jìn)行搜索，對(duì)該節(jié)點(diǎn)上是否有與之關(guān)聯(lián)的燈做出判斷，若有則自動(dòng)調(diào)節(jié)此燈；同時(shí)，通過(guò)DeviceNet總線，該節(jié)點(diǎn)給其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)，根據(jù)互聯(lián)關(guān)系對(duì)此節(jié)點(diǎn)是否有與此傳感器關(guān)聯(lián)的燈進(jìn)行判斷。如此反復(fù)，全部節(jié)點(diǎn)按照使用者制定方案將預(yù)期照明回路打開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)照明控制智能化。

2 車(chē)站照明系統(tǒng)及供配電系統(tǒng)節(jié)能分析

2.1 車(chē)站照明系統(tǒng)節(jié)能分析

2.1.1 節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)

GB/T 16275—2008《城市軌道交通照明》及GB 50034—2013《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的各場(chǎng)所功率密度值如圖3所示。

圖3 地鐵車(chē)站各場(chǎng)所照明功率密度值Fig.3 Lighting power density values of all places in metro station

在一般的情況下，對(duì)于地鐵車(chē)站的建設(shè)工作一般視為地下建設(shè)工程，未通入自然采光時(shí)，將使用人工照明設(shè)施設(shè)備保障其具有充分的光照強(qiáng)度，以供地鐵站正常運(yùn)營(yíng)[8]。由于地鐵車(chē)站作為一個(gè)公共設(shè)施環(huán)境，因而其所使用的照明設(shè)備需要全天不停止供電，從而最大限度地保障地鐵的運(yùn)營(yíng)正常，所以其所消耗的能源巨大。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示，在地鐵車(chē)站中，照明設(shè)備所使用電力消耗占地鐵系統(tǒng)總電耗10%，照明能耗占系統(tǒng)總能耗30%。衡量照明系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵指標(biāo)是照明功率密度值，在我國(guó)各種照明標(biāo)準(zhǔn)中，目前照明節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)均采用功率密度值(LPD)。

2.1.2 功率密度值與照度值檢測(cè)

本文以某市地鐵2號(hào)線的某一個(gè)站臺(tái)作為案例進(jìn)行分析研究，圖4所顯示的數(shù)據(jù)為車(chē)站各個(gè)區(qū)域檢測(cè)值。由圖4知，站臺(tái)實(shí)測(cè)值的平均照度是289.7 lx，遠(yuǎn)高出標(biāo)準(zhǔn)要求的照度150 lx；自動(dòng)扶梯平均照度為172.5 lx，樓梯平均照度為173.4 lx，均高出照度標(biāo)準(zhǔn)150 lx。由于使用的是最先進(jìn)的LED照明技術(shù)，因而其被廣泛應(yīng)用于各大公共設(shè)施區(qū)域，尤其是針對(duì)于地鐵車(chē)站，其所達(dá)到的平均照度值可以達(dá)到國(guó)家照度標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)照明功率比目標(biāo)值低得多。這充分表明了LED照明技術(shù)可大力在軌道交通領(lǐng)域推廣。LED照明燈具會(huì)出現(xiàn)光衰現(xiàn)象，需要持續(xù)不斷地對(duì)LED照明燈進(jìn)行監(jiān)控，每年定期維護(hù)和檢查，確保其照明亮度滿足需求標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 地鐵車(chē)站各場(chǎng)所照明功率密度實(shí)測(cè)值Fig.4 Measured value of lighting power density in all places of metro station

2.2 車(chē)站供配電系統(tǒng)節(jié)能分析

2.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

衡量地鐵車(chē)站供配電系統(tǒng)是否能達(dá)到平衡的最重要關(guān)鍵因素在于三相電壓是否存在平衡狀態(tài)，因而一旦檢測(cè)到供電系統(tǒng)存在三相不平衡狀態(tài)時(shí)，配電變壓器及電網(wǎng)線路的電能損耗等會(huì)增加[9]。通過(guò)對(duì)地鐵車(chē)站的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)過(guò)程，記錄電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)供電電壓不平衡從而產(chǎn)生的電壓偏離狀況，并將所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理和分析，從而判斷得到車(chē)站供電系統(tǒng)三相電壓不平衡狀態(tài)下電能損耗情況，綜合對(duì)整個(gè)供配電系統(tǒng)工程節(jié)能性能和電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性進(jìn)行判斷。

2.2.2 三相電壓不平衡

在本文實(shí)驗(yàn)中將使用FLUKE435型便攜式電能質(zhì)量分析儀(FLUKE公司)作為測(cè)試儀器。檢測(cè)地點(diǎn)為變壓器的低壓區(qū)域，記錄時(shí)間為1 min，監(jiān)測(cè)時(shí)間為1 d。

(1)出線供電電壓偏差。根據(jù)GB 50411—2019《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》，三相供電電壓偏差為標(biāo)稱(chēng)系統(tǒng)電壓的±7%，單相220 V為+7%，由表1和表2可知，該測(cè)點(diǎn)電壓偏差滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 電壓幅值測(cè)試結(jié)果Tab.1 Voltage amplitude test results

表2 電壓偏差測(cè)試結(jié)果Tab.2 Voltage deviation test results

(2)電壓不平衡度。根據(jù)GB/T 12325—2008《電能質(zhì)量 供電電壓偏差》，電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)序電壓不平衡不超過(guò)2%，短時(shí)不得超過(guò)4%。由表3可知，測(cè)試的電壓不平衡度符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

表3 電壓不平衡度Tab.3 Voltage unbalance

3 車(chē)站照明系統(tǒng)及配電系統(tǒng)節(jié)能措施研究

3.1 車(chē)站照明系統(tǒng)節(jié)能措施

3.1.1 優(yōu)化車(chē)站公共區(qū)照度控制

如果地鐵車(chē)站中所使用的照明系統(tǒng)和照明安排科學(xué)有效，其所達(dá)到的節(jié)能環(huán)保效果也最佳。例如在地鐵進(jìn)站廳處所設(shè)置的調(diào)光系統(tǒng)，其主要功能在于對(duì)車(chē)站地面照明系統(tǒng)進(jìn)行智能調(diào)光，可以根據(jù)地鐵站臺(tái)、進(jìn)站廳、自動(dòng)扶梯和人工樓梯處客流密集程度，從而調(diào)節(jié)光能大小。

3.1.2 有效利用自然光源

自然光是一種常見(jiàn)的可再生自然資源，為了進(jìn)一步的節(jié)能環(huán)保，可以通過(guò)將自然光引入到地鐵車(chē)站的形式，營(yíng)造明亮模式，達(dá)到照明標(biāo)準(zhǔn)，有效利用自然光能將其他能耗降低。將自然光在地鐵站或者周?chē)ㄖ幰M(jìn)，自然采光的形式雖然很大程度上節(jié)約了照明能源，但是由于太陽(yáng)光的輻射作用，從而會(huì)使負(fù)荷增大。在進(jìn)行窗墻比的設(shè)計(jì)時(shí)，引入自然光能對(duì)能耗進(jìn)行平衡。車(chē)站自然采光如圖5所示。

圖5 車(chē)站自然采光Fig.5 Natural lighting of station

3.1.3 優(yōu)化廣告照明

地鐵車(chē)站廣告燈箱如圖6所示。

圖6 地鐵車(chē)站廣告燈箱Fig.6 Advertising light box of metro station

在地鐵車(chē)站，廣告照明耗電量大，其占據(jù)了整體耗能的1/3。其中，最重要的原因是地鐵運(yùn)行在地下中，周?chē)h(huán)境十分昏暗，因而廣告投放的燈箱是全天候使用，唯有廣告燈箱達(dá)到了一定的照明亮度，才能達(dá)到廣告宣傳的目的。所以，進(jìn)行廣告照明設(shè)備耗電量控制時(shí)，選擇LED點(diǎn)陣光源的形式，可降低能耗。通過(guò)實(shí)地勘察結(jié)果顯示，部分地鐵線路地鐵車(chē)站內(nèi)所使用的廣告燈箱均為L(zhǎng)ED點(diǎn)陣光源滿鋪背投的形式，不僅能達(dá)到廣告效果，還具備相應(yīng)的節(jié)能效果。

3.1.4 合理布置燈具、選用節(jié)能燈具

在地鐵中對(duì)燈具進(jìn)行合理布置，就節(jié)能減排而言這是十分關(guān)鍵的[10]。根據(jù)高峰低谷客流量資料，在地鐵車(chē)站等待上車(chē)時(shí)間稍長(zhǎng)，為10 min，下車(chē)時(shí)間控制為3 min。根據(jù)照明停留時(shí)間需求，在站臺(tái)屏蔽門(mén)處進(jìn)行燈具的合理布置很重要，在人們很少停留的中間位置，可僅留存少量照明設(shè)施，確保照明效果。地鐵站廳層燈具布置如圖7所示。站廳層采用LED燈具配合智能照明設(shè)計(jì)，在車(chē)站控制室，時(shí)間控制器可實(shí)時(shí)對(duì)燈具亮度進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)節(jié)能需求。智能照明控制系統(tǒng)可對(duì)站臺(tái)層屏蔽門(mén)燈帶亮度狀況進(jìn)行控制，當(dāng)列車(chē)進(jìn)站時(shí)，將全部屏蔽門(mén)燈帶亮度，確保乘客上下車(chē)安全；在列車(chē)離站時(shí)，控制系統(tǒng)將一部分屏蔽門(mén)燈帶亮度自動(dòng)關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

圖7 地鐵站廳層燈具布置Fig.7 Layout of lamps on the hall floor of metro station

地鐵列車(chē)進(jìn)站臺(tái)層屏蔽門(mén)燈帶如圖8所示，地鐵列車(chē)出站臺(tái)層屏蔽門(mén)燈帶如圖9所示。

圖8 地鐵進(jìn)站臺(tái)層屏蔽門(mén)燈帶Fig.8 Light strip of PSD at arrival platform level of metro

圖9 地鐵出站臺(tái)層屏蔽門(mén)燈帶Fig.9 Light strip of PSD at exit platform level of metro

由此可知，地鐵進(jìn)站臺(tái)層屏蔽門(mén)處采用格柵燈，格棚燈不能根據(jù)列車(chē)到站情況進(jìn)行實(shí)時(shí)亮度控制。在地鐵出站臺(tái)層屏蔽門(mén)處的照明設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，采用LED燈具作為屏蔽門(mén)光帶光源，智能照明系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置在屏蔽門(mén)端頭的紅外對(duì)射傳感器，在列車(chē)進(jìn)站間隙將亮度升高，在列車(chē)離站時(shí)降低亮度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。

3.2 車(chē)站配電系統(tǒng)節(jié)能措施

3.2.1 合理分配三相負(fù)荷

電力系統(tǒng)的平衡是相對(duì)的，在對(duì)三相負(fù)荷分配問(wèn)題上，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)及分析，在一定程度上對(duì)用電負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行的負(fù)荷情況，對(duì)接線方式進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，這對(duì)合理分配三相負(fù)荷有一定影響。在檢測(cè)配電變壓器負(fù)荷時(shí)，實(shí)測(cè)不能對(duì)變壓器低壓側(cè)A、B、C三相引出線的相電流進(jìn)行簡(jiǎn)單測(cè)量，還要對(duì)零線上的電流進(jìn)行測(cè)量，這樣可以更好地對(duì)三相負(fù)荷不平衡情況進(jìn)行比較；實(shí)測(cè)工作可向低壓配電線路分支端、末端延伸，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)不平衡負(fù)荷出現(xiàn)地點(diǎn)。

3.2.2 對(duì)三相負(fù)荷中不平衡電流的治理方法

對(duì)于經(jīng)常出現(xiàn)的電網(wǎng)中不平衡電流現(xiàn)象，通過(guò)增設(shè)調(diào)整不平衡電流的無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)解決，這樣裝置可對(duì)系統(tǒng)無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，同時(shí)可對(duì)不平衡電流進(jìn)行調(diào)整。三相不平衡補(bǔ)償原理如圖10所示。

圖10 三相不平衡補(bǔ)償原理Fig.10 Three phase unbalance compensation principle

根據(jù)圖10中不平衡電流補(bǔ)償原理，在任何一個(gè)可確定時(shí)刻，只要三相不接地不平衡負(fù)載出現(xiàn)，則每一個(gè)相負(fù)載均可等效為一個(gè)電容和電阻并聯(lián)形式。在電納補(bǔ)償理論指導(dǎo)下，可將符合補(bǔ)償原理的不同性質(zhì)的情況進(jìn)行等效分析，從而對(duì)相間和相對(duì)地間的無(wú)功補(bǔ)償量進(jìn)行確定。當(dāng)配電變壓器補(bǔ)償不平衡電流時(shí)，需注意治理不平衡電流應(yīng)首先對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，然后對(duì)三相電流不平衡進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而可確定補(bǔ)償所需的無(wú)功功率；考慮到負(fù)荷會(huì)隨時(shí)間變化而變化，根據(jù)負(fù)荷變化適當(dāng)調(diào)整補(bǔ)償量?？傊?，在設(shè)置比例調(diào)節(jié)系數(shù)時(shí)，需同時(shí)考慮過(guò)補(bǔ)償限制條件及功率因數(shù)限制條件。

3.2.3 在低壓配電網(wǎng)公用主零線采用多點(diǎn)接地

低壓配電網(wǎng)公用主零線采用多點(diǎn)接地，這樣可將零線電能損耗降低，同時(shí)可避免負(fù)荷不平衡造成零線電流產(chǎn)生電壓引起的人身安全事件。通過(guò)多點(diǎn)接地，能將因發(fā)熱等造成的零線斷線、斷股減低，防止相電壓升高而損壞用電設(shè)備。

3.2.4 地鐵車(chē)站智能照明控制策略

智能照明控制系統(tǒng)主要用于車(chē)站公共區(qū)、出入口走道正常照明。根據(jù)地鐵車(chē)站照明設(shè)計(jì)中照明區(qū)段，智能照明控制系統(tǒng)對(duì)燈具照度進(jìn)行控制，達(dá)到地鐵車(chē)站內(nèi)視覺(jué)要求，節(jié)約資源。傳統(tǒng)照明通常為自動(dòng)控制、手動(dòng)控制、時(shí)序控制。系統(tǒng)將自動(dòng)控制、手動(dòng)控制相結(jié)合，公共區(qū)域控制策略如圖11所示。

圖11 公共區(qū)域控制策略Fig.11 Public area control strategy

在控制公共區(qū)域照明時(shí)，先考慮控制方式，采用自動(dòng)控制時(shí)要對(duì)季節(jié)、時(shí)間變化進(jìn)行判斷。當(dāng)車(chē)站在非高峰期運(yùn)營(yíng)時(shí)，站廳層公共區(qū)照明進(jìn)入省電模式，根據(jù)車(chē)站客流量、照度自動(dòng)調(diào)光，可節(jié)省電能；公共區(qū)照明清掃時(shí)，只需打開(kāi)20%～30%燈具。

地鐵車(chē)站站臺(tái)層公共區(qū)、站廳層公共區(qū)照明燈具由對(duì)應(yīng)照明配電箱供電。根據(jù)控制需要，智能照明系統(tǒng)模塊安裝在照明配電箱內(nèi)，車(chē)站公共區(qū)配電箱分為節(jié)電照明配電箱、正常照明配電箱，每個(gè)配電箱旁設(shè)置1個(gè)七鍵的智能面板。在同一個(gè)照明配電箱內(nèi)模塊間，采用手拉手方式連接設(shè)計(jì)。通過(guò)正常照明、節(jié)電照明配電箱安裝智能照明模塊，使配電箱能對(duì)燈具進(jìn)行控制。智能照明配電箱系統(tǒng)如圖12所示。

圖12 智能照明配電箱系統(tǒng)示意Fig.12 Schematic of intelligent lighting distribution box system

由圖12可知，在公共區(qū)正常照明配電箱中，設(shè)置帶有8路開(kāi)關(guān)負(fù)載輸出模塊及DALI調(diào)光器模塊，控制各回路燈具，包括應(yīng)急照明、正常照明燈具均在智能照明控制中。照明控制系統(tǒng)提供和BAS系統(tǒng)集成聯(lián)動(dòng)輸入接口，對(duì)整個(gè)照明系統(tǒng)實(shí)行集中監(jiān)控。負(fù)載自鎖反饋型模塊可檢測(cè)燈是否損壞，通過(guò)計(jì)算機(jī)報(bào)警，對(duì)故障燈具體位置進(jìn)行顯示。

4 正線照明方案費(fèi)用對(duì)比

4.1 照明模擬計(jì)算模型的設(shè)計(jì)

根據(jù)房間的用途和各項(xiàng)資料，照明設(shè)計(jì)第一步程序是計(jì)算照明均勻度和所需照度，因而應(yīng)合理進(jìn)行照度計(jì)算，確定燈具布置方式。在計(jì)算地鐵車(chē)站照度時(shí)，確定布置方式和燈具數(shù)量的前提是進(jìn)行燈具類(lèi)型選擇，進(jìn)行燈具利用系數(shù)、室形指數(shù)、維護(hù)系數(shù)等計(jì)算，最后得到特定房間合適的燈具布置方式和布置數(shù)量。根據(jù)設(shè)計(jì)布置結(jié)果，對(duì)相關(guān)功率密度值進(jìn)行計(jì)算，并和國(guó)家現(xiàn)行照明功率密度要求進(jìn)行比較，調(diào)整達(dá)到國(guó)家節(jié)能要求。照明模擬計(jì)算模型設(shè)計(jì)是通過(guò)計(jì)算房間照明燈具的布置方式和布置數(shù)量，實(shí)現(xiàn)滿足設(shè)計(jì)照度，達(dá)到節(jié)能效果。燈具布置數(shù)量計(jì)算式：

(1)

式中，L為房間長(zhǎng)度；N為燈具數(shù)量；lux為要求照度；W為房間寬度；UF為利用系數(shù)；lm為燈具輸出流明；MF為維護(hù)系數(shù)。

4.2 2種方案費(fèi)用比較

現(xiàn)如今由于國(guó)內(nèi)地鐵車(chē)站照明燈具主要分為2種，一種是節(jié)能型LED燈，另一種是T8系列的直管熒光燈。絕大部分地鐵車(chē)站均采用直管熒光燈作為照明工具，因?yàn)槠涔馍岷汀⒓夹g(shù)成熟，同時(shí)成本較為低廉；僅少部分采用LED型照明燈。由于LED照明燈其光效高、使用壽命較長(zhǎng)，相對(duì)而言更加的經(jīng)濟(jì)適用。通過(guò)研究分析，結(jié)果顯示運(yùn)營(yíng)初期使用LED照明可節(jié)省20%～25%的投資。

作為新建線路可采用新型LED節(jié)能燈具，T8直管熒光燈與LED參數(shù)比較見(jiàn)表4。以某車(chē)站為例分析車(chē)站照度，車(chē)站為地下二層標(biāo)準(zhǔn)站，車(chē)站總面積為15 005 m2。通過(guò)計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，在該車(chē)站中使用T8直管熒光燈，其照明總功率為101.5 kW；倘若用LED照明燈作為照明工具，其所消耗功率為75 kW，節(jié)約能耗約為25%。這表明在滿足相同功率密度及照度標(biāo)準(zhǔn)下，LED燈光效要高于同功率的直管熒光燈。

表4 T8直管熒光燈與LED參數(shù)比較Tab.4 Parameters comparison of T8 straight tube fluorescent lamp and LED

LED燈具有使用壽命長(zhǎng)、照明效果好的特點(diǎn)。在10年時(shí)間內(nèi)，熒光燈需要更換2次，而LED燈源則完全不需要更換。LED燈驅(qū)動(dòng)電源和熒光燈鎮(zhèn)流器各需更換1次，每次更換需人工費(fèi)41元/套，燈具外殼使用壽命均為24年，10年內(nèi)不更換，表5為10年內(nèi)兩種方案費(fèi)用總支出對(duì)比。由表5知，本次按照目前LED燈具費(fèi)用及光效水平進(jìn)行比選，正線車(chē)站采用LED照明方案，經(jīng)濟(jì)性能和節(jié)能效果比較明顯，長(zhǎng)壽命的LED可將地鐵運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作量大幅減少。

表5 正線照明方案費(fèi)用對(duì)比Tab.5 Cost comparison of main line lighting scheme

5 結(jié)論

本文以某市地鐵為例進(jìn)行車(chē)站供配電與照明系統(tǒng)能耗分析，對(duì)車(chē)站供配電與照明系統(tǒng)節(jié)能措施進(jìn)行了研究，得出如下結(jié)論。

(1)在進(jìn)行地鐵車(chē)站的照明系統(tǒng)選擇和供配電的設(shè)計(jì)過(guò)程中，首要選擇更加節(jié)能環(huán)保的照明措施和設(shè)備，在達(dá)到了相應(yīng)的地鐵車(chē)站的照明標(biāo)準(zhǔn)后，可以使用LED等作為照明光源。廣告照明在同等效果前提下，優(yōu)化光源布置方式能獲得較好的節(jié)能效果。通過(guò)優(yōu)化車(chē)站照明控制系統(tǒng)，進(jìn)行智能控制策略的制定，根據(jù)站廳、站臺(tái)等人員密集度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制照度。

(2)本文所選用的供配電系統(tǒng)中，由于三相電壓之間存在的不平衡情況，因而導(dǎo)致電變壓器和電網(wǎng)絡(luò)線路電能損耗增加。優(yōu)化分配各相負(fù)載，三相不平衡問(wèn)題通過(guò)不平衡負(fù)載交叉換相、分散分布等方法解決。

(3)在地鐵高架站或地面站中引入自然光，滿足室內(nèi)采光又為自然通風(fēng)創(chuàng)造條件，自然采光可有效降低照明能耗。