地铁车站照明系统节能技术研究

程明

摘 要：对车站的智能照明和直流照明进行研究，并对地铁照明系统的节能问题进行探讨。照明系统不仅可以起到照亮及装饰车站的效果，还可以影响乘客的情绪和客运的安全。设计不仅要满足车站基本运行功能如照度和功率密度等基本要求，还应设计出满足乘客安全和感觉舒适的车站照明。

关键词：地铁车站；节能；智能照明；直流照明；LED

中图分类号：TU8                                   文献标识码：A                                  文章编号：2096-6903（2023）07-0096-03

0 引言

同时地铁车站的建设规模非常庞大，站内各种用电设备种类繁多、数量多，用电能耗非常大。一座标准的地铁车站的用电负荷的能耗比例如下：弱电系统占2%～3%，门梯系统占4%～5%，环控系统占24%～30%，照明系统占10%～12.5%，牵引供电系统占50%～60%，其中非牵引能耗占比为占40%～50%。在非牵引能耗占比中，照明负荷用电量仅次于环控负荷。如果不采取有效的节能措施，那么电能的损耗是一种很大的浪费。

查阅了相关文献资料，发现世界各国不少学者和研究人员对地铁的节能进行了相关研究。卢海洋、尹华等对地铁车站节能现状进行了研究，对比不同技术和装置的节能效果，指出当前地铁车站节能存在的问题及未来的发展趋势[1]。帅品格研究了地铁车站照明系统节能研究与应用，提出了地铁车站照明节能方面存在的问题，并对关键位置设置应急照明，充分利用广告照明，改善照明灯具布局和控制方法等具体节能措施进行了详细的阐述和说明[2]。许琼果等研究了轨道交通直流照明系统各部分在实际应用中存在的优缺点，从直流照明系统的整流方案、电气保护设备、照明驱动电路、运行可靠性、接口类型等方面进行多方面的论述，并提出了未来轨道交通直流照明系统在故障诊断、健康状态评估以及完善标准方面提出新的研究方向[3]。

地铁照明负荷主要分为正常照明、应急照明和广告照明。应急照明为一级负荷，当发生火灾或市电断电等紧急情况下，能自动切换到后备电源供电，为站内人员疏散和应急事件处置提供照明。

地铁的正常照明主要为正常运营和人员检修作业等提供照明，当车站发生火灾的时候通过消防切非切除正常照明电源。广告照明为三级负荷，主要为公益广告和商业等提供照明。目前广州地铁正在推广采用智能照明和直流照明等照明新技术。

1 智能照明

智能照明是利用电力载波通讯技术、嵌入式计算机智能化信息处理、物联网技术、节能控制技术以及等有线/无线通讯技术组成的照明控制系统，可以实现对照明设备的智能化控制。每个车站设置一套智能照明控制系统。智能照明控制系统主要由主机、调光模块、开关模块、网关及面板、通信网络、照度传感器、红外传奇器以及其他功能和应用软件。智能照明输出单元主要由开关控制模块和调光控制模块组成。开关控制模块依据总线控制信号，由内部继电器控制各回路的通断。调光控制模块控制输出电压平均幅度，调节光源亮度，通常都具备开关功能。

系统单元主要由供电、总线、交换机、PC管理机等部分组成。电源模块用于给系统中各控制模块供电，保证正常工作。各类交换机实现不同通信标准间的数据格式转换。PC机通过计算机上的控制软件，实现对整个照明系统的控制与监测。

智能照明控制系统能对大多数LED灯具进行智能調光，在地铁车站内公共区和设备区大量使用LED光源，通过智能照明可以对特定地方，在特定时间对照明进行调光。采用智能照明控制技术将有助于车站照明的智能控制和节能，一般可以节约20%～40%的电能，从而有效减轻了供电的压力。

智能照明可按照不同的区域、不同的运营时段、不同的客流量等不同需求设置照明模式。通过智能照明控制系统，可进行时间控制。车站的照明模式表可分为白天正常模式、夜间正常模式、白天节电模式、夜间节电模式、火灾模式、停运模式等不同的模式，采用不同模式控制车站内各个区域的开启的照明数量和亮度。正常照明模式是公共区的工作照明、节电照明和广告照明全开。节电模式是关闭工作照明和广告照明，只开启节电照明。公共区的应急照明处于常亮状态。智能照明系统处于全自动控制，工作人员可以随时灵活更改所有控制程序。

2 直流照明

直流照明系统是指采用直流供配电的照明系统。直流照明目前已经在市政道路照明、轨道交通、城市隧道等场景中应用。直流照明系统从配电到末端灯具均为直流，因此系统中的电源、灯具、线路等均需满足直流配电要求。直流照明系统通常包括直流电源总控制柜、配电线路、灯具及附属装置，根据实际需要可配置直流电源分配电箱（柜）和监控系统[4]。

轨道交通照明系统采用直流供电方式有以下5点技术优势：①直流供电线路与大地隔离，可防止故障电流与大地形成回路，安全性较高。②照明灯具采用的大部分为LED照明灯具，灯具不需要整流模块，通过在变电所内设置有源滤波装置，大幅减少了谐波含量，有利于照明节能。③直流照明无交流频闪，照明质量更优，乘客乘车更加舒适。④直流配电采用两芯线供电，减少了电线和电缆的投资，不存在相序问题，便于智能控制。⑤直流照明线路中无电抗损耗，不需要无功补偿。

目前地铁新线建设中有2种轨道交通直流照明系统方案：一种是在0.4 kV低压开关柜室的每段母线设置一面整流柜，使用模块化的整流装置集中整流。将交流电整流成直流后接入照明配电室，在照明配电室对照明进行控制。另一种是分散的整流方案，即将交流电从变电所接入照明配电室。这种方案可不改变0.4 kV低压开关柜的系统型式，在各照明配电室内的照明配电箱中设置整流装置，实现集中整流、配电、控制和监测。

2.1 0.4kV低压开关柜室集中整流方案

目前在轨道交通的变电所低压柜设计中，一般将整流装置设计于低压柜中，将交流电整流为直流电之后再分配至各照明配电室。变电所集中整流系统图如图1所示。

轨道交通直流照明利用集中式供电方案，在变电所内开关柜中安装整流装置，便于变电所集中谐波治理，可以提高检修作业的独立性，提升轨道交通照明系统的可靠性和灵活性。目前，在广州、深圳等地铁线路中采用了集中式整流照明供电方案。

广州地铁8号线东延线的照明配电采用变电所集中整流方案，将集中式照明整流柜设置在车站地下二层0.4 kV变电所内，在0.4 kV变电所内每段母线上设置APF有源滤波装置进行谐波处理。通过0.4 kV变电所的电缆连接到车站的照明配电室的直流照明配电箱，最后配电至末端的LED灯具。设备区照明的LED灯具采用耐火或阻燃电线，车站公共区照明采用直流母线配电，以便于调光。直流LED灯具无频闪，对电网无谐波污染，灯具寿命长，整体光效高，光衰小，成本低。

2.2 分散式整流照明供电方案

分散整流方案就是在照明配电室的照明配电箱中设置整流配电装置实现整流。通过0.4 kV低压开关柜室引出交流电源，到照明配电室中的直流集中整流柜，从直流集中整流柜，引电至公共区照明配电总箱和设备区照明配电箱。不同于0.4 kV變电所集中整流，该方案是在照明配电室设置直流照明整流柜，将交流电整流为直流电，再分配到末端的照明配电箱和LED灯具。

分散整流方案缺点在于每面整流柜需要1 m宽，可能需要照明配电室增加面积，土建的投资可能相应需要增加。广州地铁12号线照明配电采用了分散式整流照明供电方案，在站厅和站台的A、B两端照明配电室分别安装了直流配电箱。由0.4 kV低压开关柜室提供的交流电源，经过照明配电室的直流照明整流柜的AC/DC整流模块输出直流电源，为设备区、公共区、出入口的LED灯具提供直流电。分散整流照明供电方案如图2所示。

3 照明设计的节能问题

在进行施工图设计时，设计师可以从以下两点考虑照明系统的节能问题。第一，应急照明和节电照明都应合理设置在所有关键位置，在上下楼梯和自动扶梯处、出入口、闸机、屏蔽门等关键位置应重点考虑设置应急照明。第二，要充分利用站内运营的广告照明，否则将会造成广告照明照度的浪费。通过对公共区照明的合理布局，最大限度地减少一般照明的开启数量或开启亮度，达到最大节能的目的。

设备房间照明通常由就地翘板开关控制，房间内灯具数量若超过2个，要考虑设置多联开关对照明进行控制，运营人员可以通过手动开启或关闭一定数量的灯具，达到节能的目的。设备区的应急照明在应急模式下由FAS强启，此时开关无法控制灯具。在以往的设计中，走廊的照明灯都是采用就地翘板开关控制的，采用智能照明后，通过设置在走廊的控制面板可以实现设备区走廊照明的智能控制，提高了管理水平，减少了维护费用。

目前新建地铁的照明灯具绝大多数使用的是LED灯具，LED灯具有以下8个优点：①LED灯发光效率高。与荧光灯相比可以达到30%～50%的节能效果。②LED灯具使用寿命长，寿命可达50000 h，且体积小，可以大大降低灯具的维护费用。③安全可靠性高，发热量低，无热辐射。④为全固体发光体，不含汞有利于环保。⑤响应时间短，起点快捷可靠。⑥防潮、耐低温，抗振动。⑦调光方便，结合地铁的智能照明和综合监控技术可实现自动调光，满足节能和照度调节的需要。⑧LED光源尺寸小，为定向发光，便于灯具配套和提高灯具效率[6]。

4 结束语

目前在照明领域各种新兴技术不断涌现，不管采用哪种照明技术，设计师都需要严格按照规范中对照度和功率密度的要求进行照明设计。根据《城市轨道交通照明》GB/T 16275-2008，设计应满足8.1、8.2中的关于城市轨道交通节能的要求。地铁中各场所的照明功率密度值应符合《城市轨道交通照明》GB/T 16275-2008中的规定，同时需要满足规范中关于城市轨道交通各类场所正常照明的标准值的照度要求。照明光源的选择应符合规范中4.2的要求。照明灯具应满足4.3的要求。

参考文献

[1] 卢海洋，尹华，郭华芳.地铁车站节能研究现状[J].新能源进展，2019，7（4）：333-345.

[2] 帅品格.地铁车站照明系统节能研究与应用[J].低碳世界，2020，10（6）：153-154.

[3] 许琼果，刘光伟，周斌.轨道交通直流照明系统研究综述[J].广东电力，2023，36（1）：20-28.

[4] 中国工程建设标准化协会.直流照明系统技术规程T/CECS 705-2020[S].2020.

[5] 中国国家标准化管理委员会.城市轨道交通照明：GB/T 16275-2008[S].

[6] 北京照明学会照明设计专业委员会.照明设计手册：第3版[M].北京：中国电力出版社，2016.