地鐵車站照明配電系統(tǒng)優(yōu)化設計
摘 要 針對目前地鐵地下車站照明設計存在的問題, 從照明配電、參數計算、系統(tǒng)優(yōu)化、燈具選擇等方面提出了優(yōu)化設計建議, 并在實際設計中應用, 取得了很好的設計效果。關鍵詞 地鐵車站 照明控制 優(yōu)化設計
1 引言
地鐵車站照明負荷容量大、供電時間長, 在地鐵系統(tǒng)中照明的用電量僅次于通風空調、自動扶梯的用電量, 因此優(yōu)化照明配電與控制設計, 對節(jié)約能源、降低投資和運營成本、方便系統(tǒng)維護具有重要的意義。結合實際地鐵照明設計, 詳細分析一個地鐵車站內部照明系統(tǒng)優(yōu)化設計配電和控制等情況。
2 照明分類及配電
地鐵車站通常分地下兩層: 站廳層和站臺層, 其相應的機電設備通常按車站兩端(A 端和B 端) 布置。車站照明分: 設備區(qū)照明、公共區(qū)工作照明、公共區(qū)節(jié)電照明、電纜夾層照明、導向標志照明、按負荷等級分: 一級負荷、二級負荷、三級負荷。一級負荷主要有: 事故照明、二類導向標志照明、三類導向標志照明、四類導向標志照明、公共區(qū)工作照明、節(jié)電照明; 二級負荷主要是設備區(qū)域工作照明和一類導向標志照明; 三級負荷主要有廣告照明。事故照明電源室的進線電源引自變電所的兩段低壓母線, 并且采用蓄電池作為備用電源。以一地鐵車站內部照明配電為例, 其照明配電系統(tǒng)如圖1 所示。
3 照明系統(tǒng)參數計算
地鐵車站照明設計可以采用多種方法, 通常在設計時, 多利用系數法或者單位容量法估算需要燈具的數量和供電變壓器的容量。在此采用負荷密度法確定系統(tǒng)所選用照明器件參數, 通過二次優(yōu)化設廣告照明、事故照明、出入口照明等。 計使系統(tǒng)目標投入費用最佳。
311 平均照度
利用光源直接投射到車站地面上的光通量和通過室內表面相互反射再投到地面的光通量計算其平均照度。計算公式為
E av =N ΦUK/A ( 1) 式中E av — 車站地面平均照度, lx A 地鐵站面積, m2 Φ 光源光通量, lm
N 光源數量
K 燈具的維護系數, K 參數查《照明設計手冊》表22 12 、表2224
圖1 照明配電系統(tǒng)圖
U — 利用系數, U 參數查《照明設計手冊》表5210車站照明計算結果包括工作照明和事故照明, 其中工作照明占90 %～ 95 % , 事故照明占5 %～ 10 %。根據車站需要的Eav min和Eav max以及Φ 的大小確定光源的數量。
312 負荷密度
車站地面的負荷密度主要用于估算車站單位面積上的照明用電量。根據單位面積計算的平均照度Eav和房屋建筑資料、燈具技術參數計算車站地面
單位面積需要安裝的電功率Pav , 計算公式為2) (2)
Pav =P0 Eav C1 C2 C3 (W/ m 式中Pav 在設計照度條件下地鐵站單位面積所需最低電功率, W/ m2
P0 照度為1lx 時的單位容量, W/ (m2lx) ,P0 參數查《照明設計手冊》表5213
Eav 車站地面平均照度, lx
C1 地鐵站內各部分光反射比不同時的修正系數, C1 參數查《照明設計手冊》表5211
C2 光源非100W 白熾燈或40W 熒光燈調整系數, C2 參數查《照明設計手冊》表5212
C3 當燈具效率不是70 %時的校正系數, 當η = 60 %時, C3 = 1 ; 當η = 50 % 時, C3= 1147
313 專用變壓器容量
理論設計照明系統(tǒng)需要的變壓器容量計算公式為
S ≥113 Kb Pav A/ cosφ (3) 式中 S 變壓器容量, VA Pav 在設計照度條件下地鐵站單位面積需要的最低電功率, W/ m2 A 地鐵車站地面面積, m2 Kb 配電系數, 雙側供電Kb= 1 , 單側供電Kb= 2 實際安裝的變壓器其容量需要在滿足上式條件下考慮一定余量。
4 參數優(yōu)化設計
411 目標函數及約束
目標函數確定的原則是在滿足式(1) ～ (3) 的前提下, 求解工程費用最小的工程參數。工程費用包括: 設備費、材料費、電器輔助設備費、勞務費及其他相關費用。通常工程費用為工程參數的非線性函數。對于照明系統(tǒng)需要優(yōu)化的參數為S 、 Eav 。定義工程費用的目標函數為f 。
minf =f1 (S) + f2 (Eav) + W0 (4)
Smin ≤ S ≤ Smax
Eav min ≤ Eav ≤ Eav max 式中 f1( S) 與變電站的主要設備工程費用有關, f2( Eav) 與電纜和燈具的設備費用有關, W0 為其他不可預見費用, 并且W0 的大小近似為一常數。
412 規(guī)劃求解
由于Eav 、S 都是離散型變量, 并且考慮的數值有限, 可采用窮舉法利用計算機求解。設計優(yōu)化后, 可將工程投資控制在最低。實際施工過程中還需要借助先進的工程管理思想、施工方法和安全措施作保證。
5 照明燈具選用
地鐵車站因為其典型的工作環(huán)境, 照明系統(tǒng)在設計過程中需要考慮照明方式、照明光源以及照明光源性能和布置等。照明方式按照視覺工作程度、照度、顯色性、配光及布置方法等因素選擇。照明光源按照發(fā)光的機理分為熱輻射光源、氣體放電光源等因素選擇。照明燈具的布置應滿足的要求是: 照度充足均勻; 光線射向適當、無眩光、無陰影; 維修方便、安全; 燈泡安裝容量最小; 布置整齊美觀, 并能與建筑空間相協(xié)調等。
6 結束語
地鐵車站照明控制系統(tǒng)是車站綜合自動化系統(tǒng)的一個子系統(tǒng), 通過對照明系統(tǒng)的優(yōu)化設計, 與其他設計方式比較, 在同樣控制效果條件下, 可大大降低系統(tǒng)的建設成本。
參考文獻
1 北京照明學會照明設計委員會. 照明設計手冊. 北京: 中國電力出版社, 1998 繼電器作保護。
電動機繞組接成△形, 電源中一相斷線(如A 相), 接于全電壓下的繞組( 如BC 相) 其線電流變?yōu)?15 倍相電流(即上述的IB= 115 IBC) , IBC = 2 3 IB, 這時線電流與相電流不是 3倍的關系, 用線電流來采集信號, 不能有效反映電動機是否真正過載。但是電動機在額定負載下斷相運行時, IB= IC= 3 In , 此時使用斷路器或一般的熱繼電器還能勉強起到保護作用, 只是當電動機在額定負載的65 % 下斷線運行時( 這有很大的可能性), ICA = IAB = 0165 ×0158 IM= 0138 IM= 0138 In , IB= -IC= 0165 ×1173 IM= 1113 IM= 1113 In ,1113 In 未能達到112 In 的保護特性要求, 低壓斷路器或一般的熱繼電器不會動作(動作時間特別長, 超過電動機繞組的安全I2 t) 引起電動機的燒損。行家認為, 對電動機繞組接成△形, 電源中的一相斷線, 最好使用帶斷相保護的熱繼電器。目前市場上供應的J R20 系列、T 系列、3UA 系列等都帶有斷相保護功能。由三相熱雙金屬元件、上導板、下導板、杠桿、頂頭等組成的斷相保護熱繼電器的簡單原理是: 上導板的腳在雙金屬元件的右側(二者之間有一定的間隙) 、下導板的腳在雙金屬元件的左側(二者保持一定的間距) 當三相負載過載達一定值時, 雙金屬元件發(fā)熱變形。推動下導板, 碰撞杠桿, 杠桿使頂頭頂開熱繼電器, 使之動作; 當某相斷電時, 此相雙金屬元件冷卻, 向恢復原狀方向變形, 上導板就作右方向移動, 而下導板在另兩相電流加熱下仍往左方向移, 由此產生一個順時針方向的轉動, 結果仍是推動杠桿、頂頭使熱繼電器動作。
要較完善地保護電動機的斷相運行還有許多方式, 如采用欠電流繼電器、負序電流濾過器、低電壓繼電器、負序電壓濾過器、零序電壓保護器、埋入式(埋入電動機繞組內) 的雙金屬式溫度繼電器、半導體熱敏元件等。
5 最佳電動機回路
最佳的電動機回路如圖10 所示, QF 為僅帶短
