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【摘要】现今，地铁已成为人们日常出行中不可缺少的重要组成部分，可以大大缓解城市交通压力。但在地铁运行过程中，其供电系统中存在的能耗问题逐渐突显出来，要想改善现状，关键任务就是要运用节能降耗技术来进一步提高地铁供电系统的应用功能。本文也会通过实际案例，对地铁供电系统中存在的能耗因素进行着重分析，并提出相应的节能降耗技术应用策略，以便有关人士参考。

【关键词】地铁供电系统；能耗因素；节能降耗技术；应用策略

城市地铁供电系统结构复杂，涉及多个关键组成部分，这也使得整个系统在运行过程中会产生大量的电能消耗。基于此，为了实现地铁节能减排运行目标，就要根据实际情况，加大节能降耗技术在地铁供电系统中的应用力度。

1.项目概况

某市地铁1号线线路全长25.2km，采用双向四车道设计，共设置12个车站，每日承载大量的客流运输任务。供电系统作为该地铁线路运营的核心部分，其电能消耗情况直接关系到地铁的运营成本和环保效益。据相关数据统计，到2021年，该地铁线路的总能耗为8045.18万kWh ，其中，尤以牵引供电系统能耗和低压配电系统能耗最为明显。

2.地铁供电系统中存在的能耗因素

从案例工程可以看出，该地铁1号线在运行过程中，所产生的供电能耗主要来自牵引供电系统和低压配电系统。

2.1 牵引供电系统

地铁牵引供电系统运行的驱动力主要是通过受电弓、接触网以及馈线来获得，整个供电体系的架构设计如图一所示。在实际运行时，难免会产生大量的能耗，究其原因，可以从以下几个方面去考虑：

2.1.1 主接线

主接线一般布置在供电系统中的牵引变电所内，其是连接发电站和变电站的重要桥梁。在布置过程中，应遵循经济、可靠的原则，按照设计图纸要求进行合理布设，使其整体高度处在同一水平线上，这样便于后期的管理维护。牵引变电所在运行期间，若主接线与电气设备的连接方式不合理或布置时未根据电气设备种类与相关用电标准来进行，就会造成一定的电能损耗，这部分损耗也可称之为线损。基于此，要想避免这种情况的发生，就要加强对主接线能耗的有效管控。即连接主接线时，不仅要准确评估牵引供电系统的使用状态，利用BIM技术对主接线连接过程中进行全方位模拟，而且还要对主接线的电压等级进行严格把控，使其达到一定的稳定性。同时还要重视对主接线的定期维护管理，满足后续地铁站以及牵引变电所的扩增需求，这样才能减少电能损耗，实现牵引供电系统的节能降耗运行目标。

2.1.2 容量与谐波

地铁牵引供电系统在实际运行时，因变电所容量和谐波所致的电力消耗约占系统总消耗的10%左右。要想改善现状，就需要相关工作人员在构建牵引供电系统时，应加强对变压器容量的合理设定，同时还要严格控制变压器内部的负载率，使其符合相应的设计标准要求，以此最大化提高变电所的运行性能，减少电能损耗情况的发生概率。另外，要根据实际情况及空间建设需求，做好变电所选址工作，并在变电所内部配置24 脉冲整流器，以此实现对脉冲量的有效管控，防止变电所受到谐波所干扰进而产生一定的电力消耗。

2.1.3 牵引网

地铁牵引供电系统中的牵引网主要包括接触轨和架空接触网两种形式，内在构成部分是由馈电线、接触网、钢轨、回流线所组成。其中，接触轨产生的电能消耗一般在导电过程中产生，后者在设计过程中若不符合相关规定也会造成电能损耗现象。鉴于此，为了改善现状，就要在牵引网构建过程中，对接触轨材料的合理选择进行充分考虑，尽量采用低碳钢接触轨或复合接触轨。另外，接触网构建设计时，应着重考虑接触悬挂的安装设计。通常，柔性悬挂一般架设在地面、高架等场段，而刚性悬挂则架设在地下隧道区段[1]。

2.2低压配电系统

该地铁线路中的低压配电系统包括降压变电所和动力照明配电线路两大核心部分。在运行过程中，所产生的电能消耗主要集中在以下几方面：首先，照明系统。为保障地铁车站照明需要，往往要引入大量不同类型的照明灯具，这些灯具在使用过程中所产生的电能消耗在地铁车站总能耗中占有很大比重，一般可占到4%-7%左右。且地铁站的规模越大，照明系统的耗电量就越明显；其次，门梯系统。由于地铁车站和候车点大多位于地下，所以对于电梯的使用需求也在不断增加，如客梯、货梯、自动扶梯等。为满足乘客需求，这些电梯设备需始终保持启动状态，同时车站站台门也要根据乘客的出入站情况随时开关，这种情况下，就会大幅增加地铁低压配电系统的耗电量；第三，给排水与通风系统。地铁车站中涉及的风机、冷水机组、消防水泵等设备都是重要的电能消耗因素，特别是通风空调，由于设置的运行模式为长时间固定运行模式，所以难免会产生大量的电能消耗；最后，弱电系统。地铁中的弱电系统一般由信号灯、网络通信设备和自动检票机所构成。尽管这些设备单独运行消耗的电能不明显，但若是同时运行，且要满足24h不间断供电需求的情况下，就会产生较大的电能消耗。

3.地铁供电系统中采用的节能降耗技术措施

3.1构建基于大数据的智能化能源管理系统

为了实现对该地铁线路供电系统的节能管控，减少其日常运行的电能消耗，关键任务就是要以大数据、网络信息技术等为基础，构建一个健全、完善、智能的能源管理系统，具体可划分为能源管理系统和计量系统两部分。其中，前者为主站系统，可以对地铁供电系统的相关数据进行全方位分析、存储和处理；后者可以根据不同的电压等级，利用智能仪表对不同区域以及不同用户的终端设备的电消耗量进行科学计量与分类。同时还能利用通信装置获取到相关的策略数据，并直接将这些数据传递给能量管理子站。从应用功能来看，智能化能源管理系统的构建，可以实现对整个地铁供电系统运行产生的电能消耗实施精准地分类、分项、分户管理，并将相应的数据存储到城市轨道交通总能耗管理数据库中，以便在此基础上进行能量模型构建，为后续制定能源管理方案提供可靠的数据支撑。该管理体系划分为地铁供电系统能耗分类分项管理体系和地铁交通供电能量分户管理体系两部分，具体见图二和图三。可以实现对整个地铁线路运行用电的管理，并设置最大能耗，对其进行预警和检查，从而快速识别出异常用电情况。另外，通过能源管理系统的构建，还能对用电峰值以及各个区域用电设备产生的能耗值进行准确统计和分析，帮助能源管理人员全面掌握系统耗电情况。此外，该管理系统还能对各站用电设备的能耗量展开精确的对比分析，并以此为依据制定出完善可行的节能减排管理方案。在这一环节中，若是同一线路各站点的电能使用情况，应按照总体使用、分类使用、分项使用、分户使用等原则统计分析，同时还要以月、年为单位利用图表的形式展现出来，这样以此为依据，才能保障节能减排管理方案的可行性和时效性[2]。

3.2 牵引供电系统的节能降耗措施

3.2.1合理调整地铁开行时间

该地铁1号线运行过程中，估算地铁牵引供电系统能耗为：

上式中，为空载能耗、为单位能耗、为列车空载重量、为列车空驶里程、为定额载客能耗、为定额载客重量、为载客行驶里程[3]。从该地铁线路的运营情况和用电情况可以得知，每年地铁牵引供电系统空载能耗约达到164.3万kWh 。对此，要想最大程度降低电能消耗，应根据乘客乘车的高峰期、稳定期和低谷期对列车开行时间进行合理划分。例如，高峰期的首班车开行时间可以适当提前，末班车开行时间则可适当延迟，同时还要根据实际情况缩短行车间隔，而乘客低谷时段则需增加行车间隔时间，这样才能在提高地铁满载率的基础上，减小其空驶距离，从而达到节能降耗的运行效果。

3.2.2 合理调整行车速度

该地铁线路在运行期间，列车制动时难免会产生一定的电能量“E”，具体可按照公式（3）进行计量。该式中，为列车总重量、为制动速度、为运行阻力、为制动距离。通常情况下，列车制动速度越快，产生的制动能量越明显。因此，要想改善现状，减小列车制动时消耗的电能量，关键就是要结合地铁实际的客流量，对地铁行车速度进行合理调整。例如可以适当提升地铁高峰期的行车速度，控制地铁平稳期和低谷期的行车速度，这样才能达到节能降耗的技术应用目的。

3.2.3 再生制动能量吸收装置

从制动形式来看，该地铁线路以电制动形式和空气制动形式为主。其中，电制动又包括再生电制动和电阻制动两种类型，地铁在运行过程中，一般会优先采取再生电制动形式，当制动失效时会自动转为电阻制动形式。据相关调查分析，地铁制动时通常会因电能损耗以及发热产生约30%左右的牵引能量。当列车行车间隔增加时，由于地铁自身会吸收一部分再生制动能量，所以就会导致期间的电能消耗量增加。因此，要想实现对地铁再生制动能量的有效吸收和利用，充分发挥节能降耗技术的应用优势，相关管理单位就要根据具体情况，选择蓄电池储能、飞轮储能、超级电容储能等方式来达到能源管理效果。该地铁线路采用了超级电容储能方案，因为这种再生制动能量吸收装置具有较大的表面积和较高的功率密度，一般充电 10min就可达到额定容量的95%左右。另外，该装置还具有较为完善的存储系统和脉冲系统，可以同时串联和并联多个单体，进而发挥出一定的快速充电与放电功能，对电力进行快速释放与传输，并全面整合地铁制动能量，将其转化为增高直流母线电压，以此最大化降低地铁供电系统的电能消耗，使其保持长期稳定的运行性能[4]。

3.3 低压配电系统的节能降耗措施

为了最大化降低该地铁线路供电系统产生的电能消耗，在车站环境优化设计方面，就要充分考虑屏蔽门的安装，以便在此基础上有效隔绝地铁车站内外部环境，确保室内温差达到平衡，这样才能降低空调系统的整体运行负荷，有效控制电能消耗现象的发生。另外，还要对该地铁线路所用空调设备的数量加以合理调节与控制。例如，在春秋两季，地下车站站台层、站厅层的空调系统可按照1/3-1/2 的用量开启，而地面车站则以自然通风方式为主，只开启设备房内的空调系统。夏季时，由于气温较高，所以就要根据地铁车站内各个区域的实际温度和降温需要，灵活开启空调数量，并在空调系统内设置温控启动装置。同时，由于冬季外界气温较低，所以地下站台和站厅层的空调系统只需启动通风功能就能满足旅客的温度需求。此外，为了进一步达到节能降耗的标准，在对该地铁线路低压配电系统进行管理时，还要重视变频技术的合理应用，将其与各类机电系统相结合，如风机系统、电梯等设备，以此确保负载变化条件下电机的稳定输出，使其转速和响应速度等都能得到有效控制，进而大幅降低电能消耗问题的发生。在具体执行时，风机系统的风量和水量都可通过变频技术进行控制，这样在变频调速器的调节下就能确保电流量的最低消耗；对地铁电动扶梯进行能源管理时，应采用变频技术适当调整电梯运行速度，使其在非载客状态下降低0.15-0.20m/s 速度、载客状态下提升0.55-0.60m/s速度。这样既不影响乘客的正常使用，又能最大化降低电梯的电能损耗[5]。最后，为了减少地铁照明系统的电能消耗，应在车站内部和沿线积极引入各类 LED节能型灯具。而车辆段、停车场、室外广场等区域则安装太阳能照明灯具，这样才能在满足乘客照明需求的基础上，最大限度减少照明灯具带来的电能消耗。相对而言，地面站台、站厅层的照明设备，可配置相应的光照控制器和时间控制器，以便根据客流量合理控制灯具光照时间，这样才能获得理想的节能降耗效果，满足地铁站的正常运行需求。

结束语：

综上所述，地铁供电系统在日常运行过程中，难免会受到各种因素影响产生一定的电能消耗。为了避免这种情况的发生，相关单位和部门就要加大对地铁供电系统的节能降耗管理。在具体实施阶段，不仅要根据实际情况，在牵引供电系统和低压配电系统中合理引入节能降耗技术，而且还要构建基于大数据的智能能源管理系统，这样才能从根本上提高地铁站的节能减排管理水平，确保地铁线路的高效运行品质。

参考文献

[1]杨文旭.地铁供电系统节能降耗技术应用研究[J].设备管理与维修， 2023，（08）：39-41.

[2]张学昱，董科可，梁幸.地铁供电系统节能降耗技术应用研究[J].电脑采购， 2022，（09）：68-70.

[3]吴凡.地铁供电系统节能降耗技术应用研究[J].城市建筑空间， 2021，（01）：22-23.

[4]白玉龙.地铁供电系统节能降耗技术应用的探讨研究[J].品牌研究， 2020，（11）：249-250.

[5]辛京伟.地铁低压供电系统节能降耗浅析[J].技术与市场， 2024， （08）：26-27.