城軌車輛客室LED照明改造分析

李紹國

摘 要：文章以天津地鐵3號線城軌車輛客室LED照明改造為例，介紹了客室LED照明的特點，對客室LED照明燈具選型和節(jié)能效果進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：城軌車輛；LED照明；節(jié)能

中圖分類號：U270.381 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）03-0063-01

天津地鐵3號線，是天津市快速軌道交通網(wǎng)中的南北骨干線，全長33.7公里，全線共設(shè)26座車站，其中地下站18座、高架站7座、地面站1座。車輛采用B型車6輛編組，最高運行速度80km/h。

隨著社會能源日益緊張以及人們對綠色環(huán)保概念的不斷加強(qiáng)，如何降低軌道交通能耗越來越為軌道交通設(shè)計人員所重視，LED燈具應(yīng)用作為目前行業(yè)發(fā)展的方向，在節(jié)能效果、維護(hù)便利性等方面具有明顯優(yōu)勢。

1 LED光源優(yōu)勢

白光LED作為一種新型的固體光源進(jìn)入照明領(lǐng)域，成為第二代光源以后的第三代新型光源。隨著人們對半導(dǎo)體發(fā)光材料研究的不斷深入，以及LED制造工藝的不斷進(jìn)步和新材料的開發(fā)和應(yīng)用，LED光源被開始廣泛應(yīng)用于高速動車組、地鐵車輛、輕軌車輛等的客室照明。

相對于熒光燈燈源，軌道車輛采用LED光源的優(yōu)勢如下：

能耗低。相對于傳統(tǒng)的熒光燈管，LED光源能耗更低，在照度提高的情況下，單公里能耗比原有車降低至少40%，可大大降低運營成本。

有利于優(yōu)化城軌車輛輔助系統(tǒng)直流負(fù)載管理的冗余設(shè)計。當(dāng)車輛沒有高壓供電時，僅靠蓄電池組給列車提供 DC110V緊急供電。作為車輛低壓直流負(fù)載的一部分，客室照明消耗功率的大小也將一定程度上影響輔助系統(tǒng)直流負(fù)載管理的冗余設(shè)計。采用LED燈具在正常情況和緊急情況下的直流負(fù)載功率更小，列車低壓供電的冗余性更高，給車輛蓄電池容量的選型帶來一定的冗余。

壽命長，易維護(hù)。由于LED光源使用壽命較長（LED 壽命能達(dá)到50000h以上），是傳統(tǒng)熒光燈的5倍，不存在燈管頻繁更換的現(xiàn)象，減小后期維護(hù)工作量。

環(huán)保性好。LED光源光譜純正，其光譜中無紫外線及紅外線，保護(hù)人體的視覺，屬于典型的綠色照明光源。

抗振性能好。LED是用軟性硅膠封裝的固態(tài)光源，其結(jié)構(gòu)中沒有玻璃、鎢絲等易損可動部件，是一種全固體結(jié)構(gòu)。因此，相比于傳統(tǒng)熒光燈，LED更能夠經(jīng)受得住振動、沖擊而不致引起損壞。

2 原型車燈具說明

天津地鐵3號線客室熒光燈照明裝置為兩側(cè)縱向布置的熒光燈燈具，兩排燈帶由三條獨立的照明電路組成，即兩條正常照明電路和一條緊急照明電路，緊急照明在正常情況也用于正常照明。當(dāng)車內(nèi)正常照明失效時，緊急照明裝置能維持車內(nèi)照明45分鐘，故障照明裝置與門區(qū)的正常照明裝置采用同一光源。

天津地鐵3號線車輛客室及司機(jī)室光源均采用T8型熒光燈管，每支燈管單燈供電，配置有一個電子鎮(zhèn)流器或電子逆變器。對于新設(shè)備，在額定電壓下，普通照明與應(yīng)急照明在距地板面高800mm處，照度應(yīng)均高于200Lux。

燈具由燈體、燈罩、燈座、熒光燈管、電子鎮(zhèn)流器或電子逆變器組裝而成。燈體采用鋁合金擠制型材，燈罩采用鋁合金型材與聚碳酸脂型材粘接而成。燈罩透光率約55～60%之間。熒光燈管固定于燈座上，燈座通過安裝座固定于鋁型材燈體上，一個燈體上安裝2根燈管。燈管點亮后，由于兩熒光燈管中間留有間距，從燈罩正面觀察均有不同程度的暗區(qū)不被照亮。

3 技術(shù)方案

到天津地鐵車輛是在原有燈具的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，為減小改造工作量、改造難度以及改造成本，在滿足照度的前提下采用分散式控制、三面發(fā)光的LED燈條的改造方案。

用三面發(fā)光的LED燈條模塊替代原熒光燈管，燈具長度同燈體。LED色溫同原熒光燈管的色溫保持一致。光源采用高亮度LED燈珠，燈珠壽命能達(dá)到50000小時以上。燈條采用鋁合金型材作為固定支架，具有材質(zhì)輕，強(qiáng)度高，散熱性好等特點，同時為增大散熱面積提高散熱效率，將型材表面鍛壓為凹槽狀。

采用分散式控制方式，即每個燈源單獨供電，分別配置一個驅(qū)動電源，某一燈源故障時不會影響其他燈源的使用，驅(qū)動電源尺寸及安裝方式與現(xiàn)有車的鎮(zhèn)流器一致。驅(qū)動電源分為可調(diào)光驅(qū)動電源和非調(diào)光驅(qū)動電源，調(diào)光驅(qū)動電源共分為4個檔位，隨著使用年限的增加LED會出現(xiàn)一定的光衰、燈罩的透光率會降低，這時可通過調(diào)節(jié)驅(qū)動電源的拔碼開關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)輸出功率，以滿足客室的照度要求，約3年調(diào)節(jié)一個檔位。這樣可在燈具使用前期采用功率較低檔位，以減小能耗，節(jié)約運營成本。

按照原車設(shè)計，在每個門區(qū)內(nèi)設(shè)置一個應(yīng)急照明裝置，其供電電源電壓為DC110V，緊急照明在正常運行條件下也使用。當(dāng)客室內(nèi)照明失效時，應(yīng)急照明點亮。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

由于3號線電客車運營時間較短，熒光燈電子鎮(zhèn)流器故障率均較低，故建議在大修時進(jìn)行改造，按照車輛使用壽命30年計算，大修改造后繼續(xù)運營20年?？褪襆ED燈具改造成本在18萬/列左右，目前3號線共31列電客車，改造成本預(yù)計共558萬。以每年運行4200小時計算，熒光燈管后期維護(hù)總成本154.38萬元，LED光源后期維護(hù)總成本314.96萬元。

根據(jù)天津地鐵3號線電客車現(xiàn)有照明系統(tǒng)及LED燈具理論參數(shù)計算出31列車運營20年的理論能耗值如表1所示。

以運營20年計算，31列車LED照明改造可節(jié)省：717.34 -558-（314.96-154.38）=-1.24萬元。

綜合以上，按照理論計算數(shù)據(jù)測算，在運營10年后對3號線列車進(jìn)行客室LED照明改造經(jīng)濟(jì)效益并不明顯。

5 結(jié)語

從技術(shù)方案可行性分析，天津地鐵3號線電客車LED節(jié)能改造，分散式控制改造方案在技術(shù)上及可操作性上均可實現(xiàn)。從經(jīng)濟(jì)性能上對比分析，天津地鐵3號線電客車LED節(jié)能改造，前期投入比較大，經(jīng)濟(jì)效益并不明顯，但節(jié)能效果明顯且后期維護(hù)工作量較小，考慮到LED光源的諸多優(yōu)點，因此建議在3號線大修時進(jìn)行LED照明改造。

參考文獻(xiàn)

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