轨道交通机电设备系统节能技术研究

马栋

中铁十六局集团电气化工程有限公司

1 前言

轨道交通机电设备有给排水设备、中央空调、车辆空调、自动门、屏蔽门以及消防喷淋系统、AFC系统、电源控制等系统中的设备，针对上述设备的管理主要有集中式、分散式两种，依托管理系统加强调度落实轨道交通运营目标。在信息时代轨道交通机电设备可经由服务器获取动态的文本及图像等资料，为轨道交通运输部门科学使用机电设备提供依据。然而，当前有些机电设备系统存在能耗较高的问题，与轨道交通运输系统节能环保发展趋势背道而驰，阻滞轨道交通机电设备更新迭代。基于此，为使轨道交通运输系统良性发展研究轨道交通机电设备系统节能技术显得尤为重要。

2 轨道交通机电设备发展现况

轨道交通机电设备是城市轨道及铁路交通运输所需装备的统称，主要包括牵引供电、通信信号、机车车辆、安全保障、养路机械、运营管理等方面相关的机电装备。当前我国属于轨道交通建设世界最大市场之一，未来将致力于实现机电设备国产化发展目标，在自主知识产权助力下研发更新技术，助力轨道交通机电设备生产。轨道交通机电设备制造业是提供优质装备的“主力军”，该市场进入壁垒较高，相较于一般的机电设备制造业该市场竞争激烈，同时具有较高的资金壁垒及技术壁垒。为避免恶性竞争及资源浪费，当前我国针对轨道交通机电设备生产制造市场加强监管，严格审查机电设备设计、生产、质检等各个环节并针对市场准入制度予以完善，根据市场需求助推轨道交通机电设备革新。新时代对轨道交通机电设备绿色、节能、环保的要求更高，然而相关设备在设计制造及系统性运用进程中却存在设计低效、节能方法欠佳、综合管理滞后、人才不足的问题，影响轨道交通机电设备系统节能成效。

3 轨道交通机电设备系统节能要点

3.1 标准为基

在轨道交通建设进程中专职机构不断积累经验并设定标准，旨在引导该运输系统良性发展，亦针对轨道交通机电设备节能提出要求，为有关设备系统能效评定给予支持。这就需要轨道交通机电设备系统节能做到标准为基，以《城市轨道交通机电设备节能要求》（GB∕T 35553—2017）为例，采用三相异步电动机试验法、标准化风道进行性能试验法、容积式压缩机验收试验等方法对电力变压器、工业通风机、不间断电源设备等进行能效评定，确保对有关设备系统节能成效的评价科学高效，旨在“以评促改”，为轨道交通机电设备系统节能规划设计提供依据，保障该系统节能达标，满足新时代轨道交通可持续发展需要。

3.2 循序渐进

轨道交通机电设备系统节能技术的有效应用重点在于循序渐进，主要源于设备需与系统相匹配，亦在轨道交通综合管理能力的范畴，基于此相关设备需与其所在系统齐头并进，在具备节能环保优势的同时还需通过检修、规范操作、故障处理达到节能的目的。这就需要用动态眼光看待轨道交通机电设备系统节能问题，持续引入新理念、新设备、新技术。例如，可在轨道交通机电设备系统中引入传感器，负责全天候监控机电设备，将系统中的信息通过传感器显示在中央处理器中，使轨道交通机电设备系统管理部门能时刻了解节能情况，在此基础上调适系统及设备参数，还可为有关设备检修、运维、养护、更换提供条件，继而从实际出发循序渐进的改善机电设备系统使轨道交通更具节能优势。

3.3 创新争优

创新是助推轨道交通机电设备系统节能及可持续发展的内驱动力，使轨道交通能与时俱进，以BAS（EMCS）系统为例，依托计算机程序在特定条件下针对局域环路进行控制并达到节省能耗的目的，与以往的控制系统相比此系统平台更为安全稳定、组态软件灵活多样、控制网络合一、系统功能模块化、人机界面友好、可接入各类设备，在此基础上实现轨道交通机电设备安全监测、管理、检修目标，还可应用测量、统计、预测等功能为轨道交通机电设备系统节能效果优化提供依据。以轨道交通机电设备系统诊断为例，可在BAS（EMCS）系统获取测量值的同时分析需求，整合跳闸电流、设备维护、操作时间等数据为系统诊断及节能参数优化提供一手资料，加之告警管理、事件管理、趋势曲线等功能模块，为轨道交通机电设备系统节能技术创新给予帮助[1]。

4 轨道交通机电设备系统节能主要技术

4.1 照明节能技术

轨道交通机电设备系统在应用照明节能技术之初需依据用电负荷分布规律合理设置配电室，达到减少线路损耗的目的，照明供电回路需合理划分，根据客流设计投切照明回路，在此基础上选择节能照明设备，例如在公共区设置节能型荧光灯，将金属卤化物及其他照明光源安装在车辆段大空间内，气体放电灯还需配备无功补偿装置，在站厅或进出口通道处安装广告灯箱，计算照度时需考虑到广告灯箱对公共区照明带来的影响，尽量减少照明灯具，列车停运后关闭广告灯箱减少能耗。在使用照明装置的同时安装电子镇流器，解决传统照明装置功率因数低、功率损耗大、维系较为困难等问题。在轨道交通机电设备系统中使用LED照明装置，发挥该照明设备能耗低、高效光、免维护、易控制、寿命长等优势，同时还可利用LED灯美化环境。

4.2 复合屏蔽门技术

屏蔽门在轨道交通运输中属于重要的组成部分，具有自动、安全、稳定等特点，可降低轨道交通机电设备系统用电负荷，例如在复合屏蔽门的上端设置控风阀通风口，能在轨道交通运输系统中引入自然风，有效控制空调负荷并减少通风能耗，在设计通风口时需考虑结构荷载、密封效果等因素。复合屏蔽门的突出特点是功能性强，在轨道交通机电设备系统节能技术水平不断提升的背景下将凸显其复合性，与照明能耗、人流量等数据的整合关联在一起，为该系统能耗控制提供复合型信息，使轨道交通机电设备系统节能管控更具综合性及实效性。

4.3 环控系统节能技术

首先，轨道交通机电设备运输系统可配置多联机，依据节能需要灵活匹配电容量，具有系统设计简单、无技术壁垒等特点，可解决系统季节性能耗超标的问题，可优化系统能源调配效果，联合运用冷却塔供冷技术实现节能目标；其次，改进环控系统运行模式，利用水系统完成能源调节任务，通过冷却水、冷冻水流量双变解决水体运输能耗问题，用变水温调节模式取代单一的水系统，使机组整体可以节约能耗；最后，加大环控系统能耗监控力度，在局部监控的同时增强能耗监控关联性，从一体化的角度切入根据监控结果改进系统，推行针对性、整体性兼具的节能策略，提升环控系统节能水平。

4.4 “互联网+”节能技术

信息时代轨道交通机电设备系统节能技术发展离不开软硬件及网络系统，旨在共享节能数据，赋予各系统联动性，打造集成化的节能技术应用体系，这就需要轨道交通机电设备系统节能有效运用“互联网+”技术，例如在将传感器敷设在机电设备所处系统的前提下利用大数据技术，搜集、存储、挖掘有关系统节能数据的内在价值，总结以往的节能技术应用经验，关注有关设备实际的能耗，预测系统能耗趋势，使轨道交通机电设备系统节能技术的应用有据可依，以免技术与现实不符。新时代节能数据属于轨道交通机电设备系统优化升级的宝贵资源，除通过挖掘数据价值加强管控外，还可利用数据创设节能评价模型及能耗风控模型，旨在利用计算机技术分析现阶段轨道交通机电设备系统节能优劣，在此基础上改进该系统，从能耗管理、设备运维、线路设计等方面着手完善该系统节能技术应用体系[2]。

5 轨道交通机电设备系统节能技术应用的路径

5.1 提高节能系统设计质量

为使轨道交通机电设备系统节能技术得以发挥作用需加大设计力度：第一，架构设计。新时代轨道交通机电设备系统节能技术的应用离不开硬件及软件，前者包括Web服务器、应用服务器、数据库服务器等，后者包括高级应用层、技术支撑层、数据采集层等；第二，实施设计方案。在架构设计完毕后要规设节能数据采集系统，敷设网络并连接终端设备获取各类信息，在软件分析基础上用状态图、报表等方式显示节能情况并分析电能质量，研究电流电压谐波、电压偏压、谐波潮流等，创设节能模型，从定量角度切入挖掘数据，研究能源流转、平衡状态、综合利用等情况，采用因素分析、统计分析、平衡分析、结构分析等方法并形成OLAP模型；第三，生成节能策略。利用数字系统预测机电设备能耗，从历史数据中采样为参数设计奠定基础，建立非线性能源消耗数字模型，对轨道交通机电设备系统能耗予以控制，有效降低该系统运营成本。

5.2 改进机电设备系统节能的方法

在轨道交通机电设备系统创新争优的背景下该系统节能的方法不断丰富，需立足实际改进节能方法，提高机电设备系统节能质量。以车辆节能为例，可选用交流牵引系统，发挥变频调速优势，解决附加电阻发热通风制冷设备能耗上涨的问题，该系统具有再生制动功能，利用车辆制动工况概率高、不同车辆牵引力存在差异及车辆行驶密度大的特点回收制动能量，加之选用轻体不锈钢车辆节约运输能量，还可减轻轨道磨耗，降低维修频率，达到机电设备系统节能的目的。

5.3 加强机电设备系统综合管理

轨道交通机电设备种类较多，环境控制系统、车站机电设备监控等系统的运行要求各异，加之相关系统节能标准的约束，需加强机电设备系统综合管理。首先，管理人员要充分的了解轨道交通机电设备系统及节能需要，在此基础上做好顶层设计，紧抓节能要点，整合节能所需资源，如技术、设备、制度等；其次，关注系统运行动态，立足节能管控要点加强干预，及时解决机电设备能耗大于预期的问题，使机电设备系统节能技术的应用更具实时性；最后，反观轨道交通机电设备系统节能技术应用实况，发现节能短板，调整管理对策，改进设备系统，使该系统可以与时俱进，继而提升轨道交通机电设备系统的节能水平。

5.4 培养机电设备系统节能人才

轨道交通机电设备系统节能技术的有效应用离不开人才，只有相关系统的管理者、检修人员、设计者均能树立节能意识并遵循国家标准、实事求是、重视创新才能助推该系统持续发展并提升节能水平。这就需要针对轨道交通机电设备系统节能人才加强培训，助其掌握新理念、了解新标准、懂得新技术，能将培训所学内容应用到日常工作中，旨在为该系统节能降耗夯实人才基石。

6 结束语

综上所述，轨道交通机电设备系统节能技术的高效运用具有助推该系统可持续发展的价值，这就需要该系统能将标准为基、循序渐进及创新争优视为节能技术应用的要点，结合实际妥善运用照明节能技术、“互联网+”节能技术、环控系统节能等技术，在此基础上提高节能系统设计质量，改进机电设备系统节能方法，加强机电设备系统综合管理，还需培养机电设备系统节能人才，继而助推轨道交通机电设备系统良性发展。