城市轨道交通供电安全节能措施探讨

北京地铁供电分公司 李勇强

近些年来城市轨道交通越来越受到市民的欢迎，相比其他交通来说，轨道交通具有快速、环保和舒适等优势，有效优化了城市内部的交通网络，改变了城市出现交通拥堵情况，相对来说也能够减少城市内部的污染，推动了城市的创新发展。众所周知城市轨道交通的主要牵引力是电力资源，因此城市轨道交通也成为了城市内部电能消耗的主要用户，通过使用节能技术能够有效地减少轨道交通供电系统的能源消耗。

一、轨道交通能耗组成

城市内部的轨道交通系统主要包含有车站系统、供电系统、信号系统、通信系统以及车辆系统等，在交通系统的整体运行过程中，对于电力资源的消耗非常大。因此一部分城市轨道交通也被称为是电老虎，在交通系统当中车辆的牵引系统以及车站自身的设备系统，属于主要的电力能源消耗关键部位[1]。据调查显示，车辆牵引供电系统在运行过程中，产生的电力资源消耗量，占据了整体城市轨道交通系统消耗量的一半。在车辆制动系统的运行过程中，能量没有被及时地收回，造成了能量的浪费。在这一部分的运行中产生的电力资源消耗占据了整体制动能量到40%。尤其是一部分地区在夏季温度非常高，因此当地的轨道交通系统运行需要配合进行空调系统的运行，长此以往该时段的用电量能够占据城市整体交通系统用电量到30%。除此之外，还有电扶梯以及照明系统的电能消耗，因此如果能够在城市轨道交通供电系统当中融合节能技术应用，能够有效地提升节能效果，减少电力资源的消耗。

二、供电系统节能设计分析

（一）确定出主变电所设置以及主变压器容量

在整体的轨道交通线路当中，主变电所属于种变电所，能够负担轨道交通整体线路的电力负荷。主变电所在运行中需要把城市电网的高压电能降压之后，按照不同的电压等级，分别为牵引降压变电所提供电力资源。轨道交通系统运行安装主变电所，需要科学合理的确定好主变电所的布点以及安装数量。要尽可能地选择两条线路的交叉点进行安装，要求安装要靠近线路。两条线路要共同使用一个主变电所，这样才能够有效地实现资源共享，减少在变电所之前投资的建设成本消耗，减少在运行过程中产生的设备损耗，从而达到有效的节能降耗安装目的。

（二）选择中亚网络的电压等级以及接线方法

工作人员需要调查，准确的供电负荷以及供电距离，这样才能够确保中压电网的电压等级确定更加合理。如果中压网络的电压越高，那么在运行过程中产生的线路损耗也就越小[2]。但是需要注意的是，随着电压水平的不断提升，也会造成设备成本的增加，对于工程建设投资提出了更高的要求。在城市轨道交通系统的运行过程中比较常见的重压，网络连接方式是环形网络连接和径向网络连接。环形网络连接在运行过程中，对于电缆数量的要求非常少，并且投资要求比较低，但是在运行中每一根电缆的负荷量非常大，很容易造成线路受损。径向网络连接相对来说线路的负荷非常低，运行过程中产生的线路损耗也非常小，但是线路的数量很大，需要大量的电缆，对于投资成本要求非常高。一般来说，考虑到系统运行的可靠性和节能性，设计人员会选择使用环行网络的设计方式。

（三）安装牵引变电站

通过使用牵引变电站，能够通过利用直流断路器来，确保列车整体的安全运行。在牵引变电站当中，完善配备了双牵引整流器，能够为列车的运行提供双电源。两组牵引整流器同时连接在同一段中压母线当中，能够形成24脉搏的整流器，为后期谐波处理工作的开展提供便利。在设计过程中要求设计人员尽可能的确保整流单元保持负载平衡状态，这样才能够减少阻抗电压产生不平衡的情况。电力资源通过降压变电站能够把电能转换成为低压，为区域内部所有的低压用电负荷时间电力供应。这样既能够节省能源消耗，同时也能够保证成本的消耗减少，减少线路损耗的程度。

（四）无功补偿和防止过度补偿

轨道交通系统的电源系统当中，要对低电压的反应补偿加强重视。电动系统当中产生了某些电荷，那么会提升反应能力，产生较大的反应损失[3]。为了能够有效减少反应性损失的出现，节约更多的电力资源，有必要在电力系统和照明系统当中设计有效的反应性补偿，减少反应性损失，确保反应性损失能够保证在允许范围之内。

（五）电力照明系统

在城市轨道交通整体供电系统当中，电气设备在整体电力照明系统当中属于最终的用电用户。因此电气设备的运行功率、运行损耗、负载特性、控制电路、运行方式等都会对电力能源消耗产生影响。在照明配电系统当中，应用节能技术能够有效地减少照明配电系统整体的负载能力，按照不同的功能划分和使用要求，可以在照明控制当中，采用分布式控制、集中控制和自动控制等不同的组合模式，并结合组合模式的要求配置相应的照明灯具，能够有效地起到省电作用。如果在非用电高峰期，可以选择打开一部分灯，来达到照明节能的效果。

三、城市轨道交通供电系统节能环保有效措施

（一）应用仿真分析软件完成设计工作

在城市轨道交通电力系统的设计当中，工作人员可以选择使用仿真软件和分析软件，有效的模拟列车在运行过程中牵引设备的运行条件，实时跟踪和分析列车整体的牵引情况、列车供电情况，掌握更加真实的电流曲线数据，这样才能够为后期运输系统的供电系统设计提供数据依据。

（二）选择节能环保设备

想要达到节能效果，需要使用具备节能功能的电气设备，在牵引变压器的选择中，要优先选择能耗低、噪音低的变压器。在轨道交通系统当中，配电变压器的数量比较大，因此大量的低能耗配电变压器应用，能够有效地降低交通系统的整体能耗水平。通过使用节能性强的电力分配设备以及线圈铁芯分配设备，能够提升系统整体的节能性。相比其传统的硅片变压器来说，非晶合金变压器能够有效提升节能效果，节省更多的能源消耗。

（三）直流电驱动牵引系统

在系统运行过程中，接触网以及牵引变电站使用的属于同一个双单元供电，在选择整流机组运行方式的时候，设计人员会通过分析无功损耗以及有功损耗，从而科学合理的确定出整流机组的运行方式。在系统的运行过程中，可以通过关闭，其中一个牵引整流单元，减少牵引系统的电力损耗，有效地起到节省能源的效果。

（四）使用智能照明系统

在整体城市轨道交通运营过程中，电力成本占据了整体成本的40%。目前一部分城市并没有认识到轨道系统节能的重要性，还在使用传统的管理模式，并没有达到真正的节约能源的效果[4]。因此为了能够有效地保障照明系统的节能性，可以选择使用节能性强的照明控制设计，利用节能效果的灯具实现智能化的照明系统设计，减少轨道交通系统整体的运行成本消耗。

（五）无用补偿和防止过度补偿

在设计过程中，工作人员还会对低压无功补偿的问题进行优化。在正常情况下照明系统的反应功率越大，产生的反应损失也就越大。因此为了能够达到节能的目标，在电力系统和照明系统的设计过程中，设计人员需要综合考虑的反应性补偿问题，并控制好反应性损失，在变电站的安装过程中，配合安装有源滤波装置，能够有效地控制好线路谐波，起到补偿电压的目标。

（六）使用储能型再生制动系统

通过使用再生制动系统，产生的能量能够顺利地转移到架空线路中，为其他的列车运行提供有效的动力[5]。再生制动系统能够有效地减少电力资源的消耗，提升电力资源的利用效率。但由于逆变回馈装置需将能量回馈到交流侧，与电网相连带来谐波污染问题。因此可以选择储能型再生制动能量回收利用装置，因其一般都采用储能设备将剩余再生制动能量储存起来，在列车制动造成牵引网母线电压抬升时回收再生制动能量；在列车牵引带来母线电压跌落时释放所储存的能量，从而实现再生制动能量的回收和利用，具有节能稳压的效果。按照存储设备的不同，可以分为蓄电池、飞轮和超级电容等几种形式。

四、结语

综上所述，在城市轨道交通的运行过程中，会产生大量的电力资源消耗，因此有必要在轨道交通设计中使用节能环保技术，达到轨道交通的节能减排的发展目标。