軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能技術研究

馬棟

中鐵十六局集團電氣化工程有限公司

1 前言

軌道交通機電設備有給排水設備、中央空調、車輛空調、自動門、屏蔽門以及消防噴淋系統(tǒng)、AFC系統(tǒng)、電源控制等系統(tǒng)中的設備，針對上述設備的管理主要有集中式、分散式兩種，依托管理系統(tǒng)加強調度落實軌道交通運營目標。在信息時代軌道交通機電設備可經(jīng)由服務器獲取動態(tài)的文本及圖像等資料，為軌道交通運輸部門科學使用機電設備提供依據(jù)。然而，當前有些機電設備系統(tǒng)存在能耗較高的問題，與軌道交通運輸系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保發(fā)展趨勢背道而馳，阻滯軌道交通機電設備更新迭代?；诖?，為使軌道交通運輸系統(tǒng)良性發(fā)展研究軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能技術顯得尤為重要。

2 軌道交通機電設備發(fā)展現(xiàn)況

軌道交通機電設備是城市軌道及鐵路交通運輸所需裝備的統(tǒng)稱，主要包括牽引供電、通信信號、機車車輛、安全保障、養(yǎng)路機械、運營管理等方面相關的機電裝備。當前我國屬于軌道交通建設世界最大市場之一，未來將致力于實現(xiàn)機電設備國產(chǎn)化發(fā)展目標，在自主知識產(chǎn)權助力下研發(fā)更新技術，助力軌道交通機電設備生產(chǎn)。軌道交通機電設備制造業(yè)是提供優(yōu)質裝備的“主力軍”，該市場進入壁壘較高，相較于一般的機電設備制造業(yè)該市場競爭激烈，同時具有較高的資金壁壘及技術壁壘。為避免惡性競爭及資源浪費，當前我國針對軌道交通機電設備生產(chǎn)制造市場加強監(jiān)管，嚴格審查機電設備設計、生產(chǎn)、質檢等各個環(huán)節(jié)并針對市場準入制度予以完善，根據(jù)市場需求助推軌道交通機電設備革新。新時代對軌道交通機電設備綠色、節(jié)能、環(huán)保的要求更高，然而相關設備在設計制造及系統(tǒng)性運用進程中卻存在設計低效、節(jié)能方法欠佳、綜合管理滯后、人才不足的問題，影響軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能成效。

3 軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能要點

3.1 標準為基

在軌道交通建設進程中專職機構不斷積累經(jīng)驗并設定標準，旨在引導該運輸系統(tǒng)良性發(fā)展，亦針對軌道交通機電設備節(jié)能提出要求，為有關設備系統(tǒng)能效評定給予支持。這就需要軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能做到標準為基，以《城市軌道交通機電設備節(jié)能要求》（GB∕T 35553—2017）為例，采用三相異步電動機試驗法、標準化風道進行性能試驗法、容積式壓縮機驗收試驗等方法對電力變壓器、工業(yè)通風機、不間斷電源設備等進行能效評定，確保對有關設備系統(tǒng)節(jié)能成效的評價科學高效，旨在“以評促改”，為軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能規(guī)劃設計提供依據(jù)，保障該系統(tǒng)節(jié)能達標，滿足新時代軌道交通可持續(xù)發(fā)展需要。

3.2 循序漸進

軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能技術的有效應用重點在于循序漸進，主要源于設備需與系統(tǒng)相匹配，亦在軌道交通綜合管理能力的范疇，基于此相關設備需與其所在系統(tǒng)齊頭并進，在具備節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢的同時還需通過檢修、規(guī)范操作、故障處理達到節(jié)能的目的。這就需要用動態(tài)眼光看待軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能問題，持續(xù)引入新理念、新設備、新技術。例如，可在軌道交通機電設備系統(tǒng)中引入傳感器，負責全天候監(jiān)控機電設備，將系統(tǒng)中的信息通過傳感器顯示在中央處理器中，使軌道交通機電設備系統(tǒng)管理部門能時刻了解節(jié)能情況，在此基礎上調適系統(tǒng)及設備參數(shù)，還可為有關設備檢修、運維、養(yǎng)護、更換提供條件，繼而從實際出發(fā)循序漸進的改善機電設備系統(tǒng)使軌道交通更具節(jié)能優(yōu)勢。

3.3 創(chuàng)新爭優(yōu)

創(chuàng)新是助推軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能及可持續(xù)發(fā)展的內驅動力，使軌道交通能與時俱進，以BAS（EMCS）系統(tǒng)為例，依托計算機程序在特定條件下針對局域環(huán)路進行控制并達到節(jié)省能耗的目的，與以往的控制系統(tǒng)相比此系統(tǒng)平臺更為安全穩(wěn)定、組態(tài)軟件靈活多樣、控制網(wǎng)絡合一、系統(tǒng)功能模塊化、人機界面友好、可接入各類設備，在此基礎上實現(xiàn)軌道交通機電設備安全監(jiān)測、管理、檢修目標，還可應用測量、統(tǒng)計、預測等功能為軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能效果優(yōu)化提供依據(jù)。以軌道交通機電設備系統(tǒng)診斷為例，可在BAS（EMCS）系統(tǒng)獲取測量值的同時分析需求，整合跳閘電流、設備維護、操作時間等數(shù)據(jù)為系統(tǒng)診斷及節(jié)能參數(shù)優(yōu)化提供一手資料，加之告警管理、事件管理、趨勢曲線等功能模塊，為軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能技術創(chuàng)新給予幫助[1]。

4 軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能主要技術

4.1 照明節(jié)能技術

軌道交通機電設備系統(tǒng)在應用照明節(jié)能技術之初需依據(jù)用電負荷分布規(guī)律合理設置配電室，達到減少線路損耗的目的，照明供電回路需合理劃分，根據(jù)客流設計投切照明回路，在此基礎上選擇節(jié)能照明設備，例如在公共區(qū)設置節(jié)能型熒光燈，將金屬鹵化物及其他照明光源安裝在車輛段大空間內，氣體放電燈還需配備無功補償裝置，在站廳或進出口通道處安裝廣告燈箱，計算照度時需考慮到廣告燈箱對公共區(qū)照明帶來的影響，盡量減少照明燈具，列車停運后關閉廣告燈箱減少能耗。在使用照明裝置的同時安裝電子鎮(zhèn)流器，解決傳統(tǒng)照明裝置功率因數(shù)低、功率損耗大、維系較為困難等問題。在軌道交通機電設備系統(tǒng)中使用LED照明裝置，發(fā)揮該照明設備能耗低、高效光、免維護、易控制、壽命長等優(yōu)勢，同時還可利用LED燈美化環(huán)境。

4.2 復合屏蔽門技術

屏蔽門在軌道交通運輸中屬于重要的組成部分，具有自動、安全、穩(wěn)定等特點，可降低軌道交通機電設備系統(tǒng)用電負荷，例如在復合屏蔽門的上端設置控風閥通風口，能在軌道交通運輸系統(tǒng)中引入自然風，有效控制空調負荷并減少通風能耗，在設計通風口時需考慮結構荷載、密封效果等因素。復合屏蔽門的突出特點是功能性強，在軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能技術水平不斷提升的背景下將凸顯其復合性，與照明能耗、人流量等數(shù)據(jù)的整合關聯(lián)在一起，為該系統(tǒng)能耗控制提供復合型信息，使軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能管控更具綜合性及實效性。

4.3 環(huán)控系統(tǒng)節(jié)能技術

首先，軌道交通機電設備運輸系統(tǒng)可配置多聯(lián)機，依據(jù)節(jié)能需要靈活匹配電容量，具有系統(tǒng)設計簡單、無技術壁壘等特點，可解決系統(tǒng)季節(jié)性能耗超標的問題，可優(yōu)化系統(tǒng)能源調配效果，聯(lián)合運用冷卻塔供冷技術實現(xiàn)節(jié)能目標；其次，改進環(huán)控系統(tǒng)運行模式，利用水系統(tǒng)完成能源調節(jié)任務，通過冷卻水、冷凍水流量雙變解決水體運輸能耗問題，用變水溫調節(jié)模式取代單一的水系統(tǒng)，使機組整體可以節(jié)約能耗；最后，加大環(huán)控系統(tǒng)能耗監(jiān)控力度，在局部監(jiān)控的同時增強能耗監(jiān)控關聯(lián)性，從一體化的角度切入根據(jù)監(jiān)控結果改進系統(tǒng)，推行針對性、整體性兼具的節(jié)能策略，提升環(huán)控系統(tǒng)節(jié)能水平。

4.4 “互聯(lián)網(wǎng)+”節(jié)能技術

信息時代軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能技術發(fā)展離不開軟硬件及網(wǎng)絡系統(tǒng)，旨在共享節(jié)能數(shù)據(jù)，賦予各系統(tǒng)聯(lián)動性，打造集成化的節(jié)能技術應用體系，這就需要軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能有效運用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術，例如在將傳感器敷設在機電設備所處系統(tǒng)的前提下利用大數(shù)據(jù)技術，搜集、存儲、挖掘有關系統(tǒng)節(jié)能數(shù)據(jù)的內在價值，總結以往的節(jié)能技術應用經(jīng)驗，關注有關設備實際的能耗，預測系統(tǒng)能耗趨勢，使軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能技術的應用有據(jù)可依，以免技術與現(xiàn)實不符。新時代節(jié)能數(shù)據(jù)屬于軌道交通機電設備系統(tǒng)優(yōu)化升級的寶貴資源，除通過挖掘數(shù)據(jù)價值加強管控外，還可利用數(shù)據(jù)創(chuàng)設節(jié)能評價模型及能耗風控模型，旨在利用計算機技術分析現(xiàn)階段軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)劣，在此基礎上改進該系統(tǒng)，從能耗管理、設備運維、線路設計等方面著手完善該系統(tǒng)節(jié)能技術應用體系[2]。

5 軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能技術應用的路徑

5.1 提高節(jié)能系統(tǒng)設計質量

為使軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能技術得以發(fā)揮作用需加大設計力度：第一，架構設計。新時代軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能技術的應用離不開硬件及軟件，前者包括Web服務器、應用服務器、數(shù)據(jù)庫服務器等，后者包括高級應用層、技術支撐層、數(shù)據(jù)采集層等；第二，實施設計方案。在架構設計完畢后要規(guī)設節(jié)能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，敷設網(wǎng)絡并連接終端設備獲取各類信息，在軟件分析基礎上用狀態(tài)圖、報表等方式顯示節(jié)能情況并分析電能質量，研究電流電壓諧波、電壓偏壓、諧波潮流等，創(chuàng)設節(jié)能模型，從定量角度切入挖掘數(shù)據(jù)，研究能源流轉、平衡狀態(tài)、綜合利用等情況，采用因素分析、統(tǒng)計分析、平衡分析、結構分析等方法并形成OLAP模型；第三，生成節(jié)能策略。利用數(shù)字系統(tǒng)預測機電設備能耗，從歷史數(shù)據(jù)中采樣為參數(shù)設計奠定基礎，建立非線性能源消耗數(shù)字模型，對軌道交通機電設備系統(tǒng)能耗予以控制，有效降低該系統(tǒng)運營成本。

5.2 改進機電設備系統(tǒng)節(jié)能的方法

在軌道交通機電設備系統(tǒng)創(chuàng)新爭優(yōu)的背景下該系統(tǒng)節(jié)能的方法不斷豐富，需立足實際改進節(jié)能方法，提高機電設備系統(tǒng)節(jié)能質量。以車輛節(jié)能為例，可選用交流牽引系統(tǒng)，發(fā)揮變頻調速優(yōu)勢，解決附加電阻發(fā)熱通風制冷設備能耗上漲的問題，該系統(tǒng)具有再生制動功能，利用車輛制動工況概率高、不同車輛牽引力存在差異及車輛行駛密度大的特點回收制動能量，加之選用輕體不銹鋼車輛節(jié)約運輸能量，還可減輕軌道磨耗，降低維修頻率，達到機電設備系統(tǒng)節(jié)能的目的。

5.3 加強機電設備系統(tǒng)綜合管理

軌道交通機電設備種類較多，環(huán)境控制系統(tǒng)、車站機電設備監(jiān)控等系統(tǒng)的運行要求各異，加之相關系統(tǒng)節(jié)能標準的約束，需加強機電設備系統(tǒng)綜合管理。首先，管理人員要充分的了解軌道交通機電設備系統(tǒng)及節(jié)能需要，在此基礎上做好頂層設計，緊抓節(jié)能要點，整合節(jié)能所需資源，如技術、設備、制度等；其次，關注系統(tǒng)運行動態(tài)，立足節(jié)能管控要點加強干預，及時解決機電設備能耗大于預期的問題，使機電設備系統(tǒng)節(jié)能技術的應用更具實時性；最后，反觀軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能技術應用實況，發(fā)現(xiàn)節(jié)能短板，調整管理對策，改進設備系統(tǒng)，使該系統(tǒng)可以與時俱進，繼而提升軌道交通機電設備系統(tǒng)的節(jié)能水平。

5.4 培養(yǎng)機電設備系統(tǒng)節(jié)能人才

軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能技術的有效應用離不開人才，只有相關系統(tǒng)的管理者、檢修人員、設計者均能樹立節(jié)能意識并遵循國家標準、實事求是、重視創(chuàng)新才能助推該系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展并提升節(jié)能水平。這就需要針對軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能人才加強培訓，助其掌握新理念、了解新標準、懂得新技術，能將培訓所學內容應用到日常工作中，旨在為該系統(tǒng)節(jié)能降耗夯實人才基石。

6 結束語

綜上所述，軌道交通機電設備系統(tǒng)節(jié)能技術的高效運用具有助推該系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的價值，這就需要該系統(tǒng)能將標準為基、循序漸進及創(chuàng)新爭優(yōu)視為節(jié)能技術應用的要點，結合實際妥善運用照明節(jié)能技術、“互聯(lián)網(wǎng)+”節(jié)能技術、環(huán)控系統(tǒng)節(jié)能等技術，在此基礎上提高節(jié)能系統(tǒng)設計質量，改進機電設備系統(tǒng)節(jié)能方法，加強機電設備系統(tǒng)綜合管理，還需培養(yǎng)機電設備系統(tǒng)節(jié)能人才，繼而助推軌道交通機電設備系統(tǒng)良性發(fā)展。