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新时期的城市轨道交通电气节能设计

马少伟

摘要：城市轨道交通作为重要的基礎设施，对于满足公共交通需求有着重要的意义。城市轨道交通的电气能耗主要来源于两个结构，在这两个结构的基础上又可以进行细分。为了有效提高电气能源的利用效率，需要对城市轨道交通系统进行科学的技能设计。
关键词：城市轨道交通 电气节能 设计方案
引言
随着我国城市化进程的不断加快，为了满足市民的生活出行，城市轨道交通线路的规模和数量也在不断的扩张。城市轨道交通系统的完善，虽然有力的支撑了城市公共交通需求，但是也极大的增加了城市的电气能源消耗。近些年，随着低碳环保理念的持续深化各地都提出了节能减排的工作目标。在这种背景下，为了有效提高城市轨道交通电气能源的利用效率，并保证城市公共交通系统的稳定运行，就需要进行节能设计的探索。
一、电气能耗分析
根据城市轨道交通系统的结构，可以将电气能耗来源分为车辆能耗与车站能耗两个方面，其中车辆能耗在总能耗中占据着较大的比例。在车辆能耗中，又可以细分为动力系统能耗，控制系统能耗以及照明等辅助系统能耗等，而车站能耗主要来源于扶梯，空调等辅助系统的能耗。城市轨道交通系统的电气能耗除了与系统结构有着密切的关系之外，与车站的客流量以及环境条件等也有着密切的关系。在城市轨道交通系统电气节能设计中，需要考虑到电能能耗的具体情况进行针对性的设计。其中，城市轨道交通系统结构的节能设计是重点所在。
二、电气节能设计分析
（一）车辆动力系统的节能设计
在城市轨道交通系统电气能耗的总体组成中，车辆动力系统的能耗是主要的来源。因此在节能设计中需要将该结构作为重点，通过对动力系统的优化，来降低动力系统的能耗量。具体的优化设计方案包括：a，合理优化轨道线路。通过对车辆运行线路的优化可以缩短车辆的运行里程，从而减少动力系统的能耗。在城市轨道交通系统的设计中，需要充分结合城市的发展规划，考虑到不同区域的客流量等现实客运需求，提高车辆运行的效率[1]。同时，还要考虑到当地的地形条件，对于轨道的坡度要进行合理的设计，尽量避免角度过大坡度的设计，在必要时可以选择绕行的方式。 b，合理优化车辆结构。在车辆牵引车厢数量方面，需要结合不同区域和时段的客流量进行合理的设计，尽量避免车辆超负荷的运行。在城市轨道交通系统的设计中，相关工作人员要积极利用模拟仿真模型计算的方法，既保证节能设计的合理性，同时又要保证轨道交通系统的高效稳定运行。
（二）相关电气设备的节能设计
各种电气设备的组合共同构成了城市轨道交通系统，这些电气设备的能耗性能直接影响着整个系统的能耗水平。因此，对于城市轨道交通系统的电气节能设计，需要重点关注电气设备的能耗状态。在城市轨道交通系统的设计中，首先应该考虑节能高效的电气设备的选择，这是降低系统电气能耗的重要基础措施。在选择电气设备时，要严格遵循国家或者行业的质量和能耗标准，坚决淘汰不合标准电气设备的使用。为了有效降低动力系统的能耗，在车辆材料的选择上，尽量选择质量较轻的合成金属材料，降低车辆自身的载重。对于照明，空调等辅助系统的设备，也要进行合理的优化设计。在照明灯具的选择上，首先应该选择节能的 LED灯具。其次，在光源的设计上，也需要结合车站和车辆的具体照明需求等现实需求，选择相应功率的灯具和布置合理的密度。在照明系统的控制上，可以选择智能控制系统，通过对供电状况的动态监控来合理调整照明系统中的电压与电流，避免因为负荷不平衡导致的能耗。除此之外，智能照明控制系统中的亮度传感器还可以结合室外环境的亮度，计算出相应的光源亮度，在保证照明效果的前提下降低灯具的能耗。在空调系统的设计上，首先需要选择性能优良的产品。同时，在空调系统中需要设置性能状况良好的温控设备，主动根据客流量的密集程度以及季节等因素合理调节车站和车辆环境的温度。并且，空调系统需要积极借助自然风等条件来调节环境的温度，降低动力系统的能耗。在车站扶梯系统的设计上，首先要合理设计扶梯的数量，做到资源的充分利用。其次在扶梯的控制上应该选择变频控制的模式，在没有乘客的情况下主动进入到低能耗运行的方式。
（三）配电变压器的节能设计
配电变压器是城市轨道交通系统的核心结构，通过对这一结构的节能设计优化，可以极大的降低系统的总能耗，并且提升电气能源的利用效率。配电变压器的能耗来源主要来自两个方面，包括空载运行损耗与负载运行的损耗。对于配电变压器的节能设计，主要措施是提高运行的效率。具体而言，可以从以下的角度进行优化：首先，最为基础的措施便是选择能耗较低的节能变压器。节能型的变压器通过对内部铁芯材料和结构的优化，有效的降低了变压器的空载运行损耗。目前，应用于城市轨道交通系统的配电变压器主要选择 S11系列节能型变压器[2]。其次，在确定了配电变压器的类型基础上，还要结合系统运行的实际负荷选择相应容量的配电变压器。同时，为了提高配电变压器的运行效率，需要尽量保持变压器负载率在最佳的状态条件下。另外，配电变压器的选择还要考虑到工作环境条件，车站面积等因素，合理确定配电变压器的类型与容量。在城市轨道交通的配电系统结构中，为了抵消无功功率的损耗，还可以配置电容补偿柜。最后，在配电变压器的设计中，必须要保持三相的平衡性，避免变压器因为三相不平衡导致的能源损耗。
三、结束语
作为重要的基础设施，城市轨道交通系统在城市经济社会的发展中发挥着重要的价值。随着我国城市化的不断发展，城市轨道交通系统也必将随之不断的完善。在这个过程中，为了有效提高能源的使用效率和推动城市的绿色发展，城市轨道交通的设计必须要充分考虑到能耗状况。随着新节能技术和节能设备的发展，城市轨道交通系统的运行效率以及电气能源利用效率一定会得到进一步的提升。
参考文献：
[1]王蕊，冯栋.新时期的城市轨道交通电气节能设计[J].数码设计（上）， 2019， 000（011）：245.
[2]张园园.新时期的城市轨道交通电气节能设计[J].科学技术创新 ， 2019（26）：107-108.
（作者单位 ：南京国电南自轨道交通工程有限公司 ）

-全文完-