城市轨道交通供电系统的节能技术研究

郭建栋

【摘  要】现阶段，我国的城市轨道交通主要包括地铁、轻轨、铁路等等，据调查，我国到2017年末为止，已经有34个城市开通了轨道交通，并且已经处于运营状态，而62个城市已经获得了城市轨道交通线网的规划批准。相比于其他的城市交通工具来说，轨道交通更加的安全、环保，因此得到了各个城市的大力推广。本文主要根据城市轨道交通供电系统的节能技术展开研究。

【关键词】城市轨道交通;供电系统;节能技术

引言

城市轨道交通的出现有效地缓解了地面交通堵塞的问题，使人们的出行更加快捷。现阶段，城市轨道交通的主要动力能源为电能，相比较于其它动力能源的交通工具来说，电能更加的环保，而且电能也是一种可再生能源，大大的减少了对于能源的浪费。为了进一步保证以电能为动力能源的城市轨道交通设施能够行驶更大的里程数并且消耗的电能最小，我们还需要对现有的供电系统进行研究，寻找最优的供电系统。

一、城市轨道交通系统的构成

车辆、车站、供电以及通信、信号五个系统共同构成了轨道交通系统，一般来说城市轨道交通系统都是依靠电能来运作的，而我们国家的电能主要是靠风力和水力来发电的，在这五个重要的系统中，车辆牵引系统以及车站设备系统所消耗的电能最多。其中，车辆牵引系统所消耗的电能已经达到了总消耗的45%;还有夏季的空调系统所消耗的电能也是非常大的，占据了整个轨道交通系统全年用电量的30%;还有车站内的各种照明系统以及安检设备、扶梯等等的设备所消耗的电能也达到了总耗能的20%[1]。

还有一个问题就是，在车辆的制动过程中产生的动能我们还没有更好的利用起来，这也是一个重大的能源浪费问题。

二、城市軌道交通供电系统节能措施

1、科学、适当的使用仿真软件

近些年来，由于城市轨道交通的快速发展，为了进一步的提高轨道交通供电系统的节能性，相关人员研发出了与之相关的供电系统仿真软件，极大地提高了供电系统的节能性。比如，由德国西门子公司研发的NETOMAC电力系统分析软件，它具有良好的开放性，可以将用户自己编写的FORTRAN语言子程序或者数学表达式植入其中。主要用于监测、记录、分析车辆在行驶过程中的牵引力、供电情况以及电流曲线等等，从而良好的保证轨道交通系统在运行过程中的供电问题[2]。

2、设备选择应该更加符合节能需求

变压器是供电系统中不可缺少的一个重要部分。目前使用最多的为自冷千式变压器和风冷式变压器，其中自冷千式变压器更加的高效，而且它所消耗的电能更小、噪音也更小，因此，我们在选择牵引变压器时应该尽可能使用更加节能的自冷千式变压器。另外，在选择配电器设备时也要尽可能的选择节能型配电变压设备，从而降低总体的耗电量。

3、选择合适的牵引系统运行方式

城市轨道交通的供电系统一般采用直流供电形式，而牵引变电所和接触网都会采用双机组运行、供电方式，这样的话能够进一步降低接触网的损耗，使它能够更好地将电能传输给交通设备。

通常情况下，我们都会采用二合整流机组并联的运行方式，但是为了减少牵引网的损耗，我们需要根据用功功率以及无功功率的损耗量来决定选择什么方式的整流机组运行方式，需要的时候可以关闭一合牵引整流机组，从而通过单机双边供电方式来实现轨道交通系统的整个供电[3]。

4、优化照明系统

照明系统在整个城市轨道交通系统中也是必不可少的一部分，它的耗电量也不在少数，因此在设计过程中也应当尽可能的选择更加节能的智能照明系统，在灯具方面也应该选择一些节能型的产品，这不仅缓解了我国的能源问题，而且也极大的减少了城市轨道的运营成本，可以说是百利而无一害。

另外，对于那些已经投入使用的城市轨道交通设施来说，仍然要想方设法的降低其设备的耗电量，比如，他们可以根据使用功能、需求来划分区域，将集中控制、分散控制以及自动控制三种方式合理的运用起来，从而科学的控制照明设备，节约电力资源。

5、注意低压无功补偿问题

我们都知道，在动力照明配电系统中感性负载的无功容量比较大，从而产生的无功损耗也会很大。因此，我们在建立城市轨道交通的供电系统时，还要重视起低压无功补偿方面的问题。为了提高供电系统的节能性能、控制无功损耗，在设计过程中，可以在变电所增加有源滤波装置，这样的话就可以解决变电所的无功电容过补问题[4]。

6、二次利用制动系统所产生的动能

对于轨道交通设备在制动过程中所产生的大量动能我们也应当充分利用起来。借助再生制动系统将这些动能转化成电能，然后将这些电能传输给其它的交通设备进行二次利用。通过再生制动系统产生的电流会影响到整个供电系统电压的稳定情况，为了维持电压的稳定性，我们通过增设制动电阻来实现，但是在同一线路上没有其它车辆行驶时，这部分电能就会被电阻损耗掉，同样会造成能源浪费。为此，有关人员通过在线路或者列车两侧设计能量存储设备将多余的电流暂时存储起来，有效地解决了电能流失的问题。

7、其它设施的节能办法

对于城市轨道交通的车站售票机也要选择节电型的计算机操作系统，另外，车站的导向提示牌、LED大屏显示系统、闸机设备等等的使用都需要建立在节能的基础之上。还有车站的自动扶梯，也应当使用具有变频功能的扶梯设备，保证在无人乘坐电梯的时候，电梯能够自动调整为节能模式，一旦有人踏上电梯之后，电梯就能够以正常的运行速度工作，这样不仅能够降低自动扶梯自身的损耗，而且能够减少自动扶梯的电能损耗，降低扶梯设备在轨道交通供电系统总耗能中的占比，进一步实现节能、环保目标。

三、结束语

近几年来，我国大力倡导节能减排问题，对于交通设备的能源使用问题以及环保性能我们必须重视起来，毕竟这关乎到地球上每一个生命未来的发展问题，在保证我们能够正常的开展、使用城市轨道交通设备的前提下，我们应当努力研究出更加节能环保的供电系统，是城市轨道交通项目能够更好、更强的发展下去。

参考文献：

[1]胡黎明.城市轨道交通供电系统节能设计[J].工程技术研究，2017（1）：207-208.

[2]陈志杰，毛保华，柏赟，等.城市轨道交通追踪列车定时节能操纵优化[J].铁道学报，2017，39（8）：10-17.

[3]佚名.关于城市轨道交通供电系统节能的研究[J].节能，2018，37（11）：25-26.

[4]城市轨道交流牵引供电系统供电技术研究[D].西南交通大学，2018.

（作者单位：杭州杭港地铁有限公司）