地铁车站照明配电系统优化设计
摘 要 针对目前地铁地下车站照明设计存在的问题, 从照明配电、参数计算、系统优化、灯具选择等方面提出了优化设计建议, 并在实际设计中应用, 取得了很好的设计效果。关键词 地铁车站 照明控制 优化设计
1 引言
地铁车站照明负荷容量大、供电时间长, 在地铁系统中照明的用电量仅次于通风空调、自动扶梯的用电量, 因此优化照明配电与控制设计, 对节约能源、降低投资和运营成本、方便系统维护具有重要的意义。结合实际地铁照明设计, 详细分析一个地铁车站内部照明系统优化设计配电和控制等情况。
2 照明分类及配电
地铁车站通常分地下两层: 站厅层和站台层, 其相应的机电设备通常按车站两端(A 端和B 端) 布置。车站照明分: 设备区照明、公共区工作照明、公共区节电照明、电缆夹层照明、导向标志照明、按负荷等级分: 一级负荷、二级负荷、三级负荷。一级负荷主要有: 事故照明、二类导向标志照明、三类导向标志照明、四类导向标志照明、公共区工作照明、节电照明; 二级负荷主要是设备区域工作照明和一类导向标志照明; 三级负荷主要有广告照明。事故照明电源室的进线电源引自变电所的两段低压母线, 并且采用蓄电池作为备用电源。以一地铁车站内部照明配电为例, 其照明配电系统如图1 所示。
3 照明系统参数计算
地铁车站照明设计可以采用多种方法, 通常在设计时, 多利用系数法或者单位容量法估算需要灯具的数量和供电变压器的容量。在此采用负荷密度法确定系统所选用照明器件参数, 通过二次优化设广告照明、事故照明、出入口照明等。 计使系统目标投入费用最佳。
311 平均照度
利用光源直接投射到车站地面上的光通量和通过室内表面相互反射再投到地面的光通量计算其平均照度。计算公式为
E av =N ΦUK/A ( 1) 式中E av — 车站地面平均照度, lx A 地铁站面积, m2 Φ 光源光通量, lm
N 光源数量
K 灯具的维护系数, K 参数查《照明设计手册》表22 12 、表2224
图1 照明配电系统图
U — 利用系数, U 参数查《照明设计手册》表5210车站照明计算结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 %。根据车站需要的Eav min和Eav max以及Φ 的大小确定光源的数量。
312 负荷密度
车站地面的负荷密度主要用于估算车站单位面积上的照明用电量。根据单位面积计算的平均照度Eav和房屋建筑资料、灯具技术参数计算车站地面
单位面积需要安装的电功率Pav , 计算公式为2) (2)
Pav =P0 Eav C1 C2 C3 (W/ m 式中Pav 在设计照度条件下地铁站单位面积所需最低电功率, W/ m2
P0 照度为1lx 时的单位容量, W/ (m2lx) ,P0 参数查《照明设计手册》表5213
Eav 车站地面平均照度, lx
C1 地铁站内各部分光反射比不同时的修正系数, C1 参数查《照明设计手册》表5211
C2 光源非100W 白炽灯或40W 荧光灯调整系数, C2 参数查《照明设计手册》表5212
C3 当灯具效率不是70 %时的校正系数, 当η = 60 %时, C3 = 1 ; 当η = 50 % 时, C3= 1147
313 专用变压器容量
理论设计照明系统需要的变压器容量计算公式为
S ≥113 Kb Pav A/ cosφ (3) 式中 S 变压器容量, VA Pav 在设计照度条件下地铁站单位面积需要的最低电功率, W/ m2 A 地铁车站地面面积, m2 Kb 配电系数, 双侧供电Kb= 1 , 单侧供电Kb= 2 实际安装的变压器其容量需要在满足上式条件下考虑一定余量。
4 参数优化设计
411 目标函数及约束
目标函数确定的原则是在满足式(1) ～ (3) 的前提下, 求解工程费用最小的工程参数。工程费用包括: 设备费、材料费、电器辅助设备费、劳务费及其他相关费用。通常工程费用为工程参数的非线性函数。对于照明系统需要优化的参数为S 、 Eav 。定义工程费用的目标函数为f 。
minf =f1 (S) + f2 (Eav) + W0 (4)
Smin ≤ S ≤ Smax
Eav min ≤ Eav ≤ Eav max 式中 f1( S) 与变电站的主要设备工程费用有关, f2( Eav) 与电缆和灯具的设备费用有关, W0 为其他不可预见费用, 并且W0 的大小近似为一常数。
412 规划求解
由于Eav 、S 都是离散型变量, 并且考虑的数值有限, 可采用穷举法利用计算机求解。设计优化后, 可将工程投资控制在最低。实际施工过程中还需要借助先进的工程管理思想、施工方法和安全措施作保证。
5 照明灯具选用
地铁车站因为其典型的工作环境, 照明系统在设计过程中需要考虑照明方式、照明光源以及照明光源性能和布置等。照明方式按照视觉工作程度、照度、显色性、配光及布置方法等因素选择。照明光源按照发光的机理分为热辐射光源、气体放电光源等因素选择。照明灯具的布置应满足的要求是: 照度充足均匀; 光线射向适当、无眩光、无阴影; 维修方便、安全; 灯泡安装容量最小; 布置整齐美观, 并能与建筑空间相协调等。
6 结束语
地铁车站照明控制系统是车站综合自动化系统的一个子系统, 通过对照明系统的优化设计, 与其他设计方式比较, 在同样控制效果条件下, 可大大降低系统的建设成本。
参考文献
1 北京照明学会照明设计委员会. 照明设计手册. 北京: 中国电力出版社, 1998 继电器作保护。
电动机绕组接成△形, 电源中一相断线(如A 相), 接于全电压下的绕组( 如BC 相) 其线电流变为115 倍相电流(即上述的IB= 115 IBC) , IBC = 2 3 IB, 这时线电流与相电流不是 3倍的关系, 用线电流来采集信号, 不能有效反映电动机是否真正过载。但是电动机在额定负载下断相运行时, IB= IC= 3 In , 此时使用断路器或一般的热继电器还能勉强起到保护作用, 只是当电动机在额定负载的65 % 下断线运行时( 这有很大的可能性), ICA = IAB = 0165 ×0158 IM= 0138 IM= 0138 In , IB= -IC= 0165 ×1173 IM= 1113 IM= 1113 In ,1113 In 未能达到112 In 的保护特性要求, 低压断路器或一般的热继电器不会动作(动作时间特别长, 超过电动机绕组的安全I2 t) 引起电动机的烧损。行家认为, 对电动机绕组接成△形, 电源中的一相断线, 最好使用带断相保护的热继电器。目前市场上供应的J R20 系列、T 系列、3UA 系列等都带有断相保护功能。由三相热双金属元件、上导板、下导板、杠杆、顶头等组成的断相保护热继电器的简单原理是: 上导板的脚在双金属元件的右侧(二者之间有一定的间隙) 、下导板的脚在双金属元件的左侧(二者保持一定的间距) 当三相负载过载达一定值时, 双金属元件发热变形。推动下导板, 碰撞杠杆, 杠杆使顶头顶开热继电器, 使之动作; 当某相断电时, 此相双金属元件冷却, 向恢复原状方向变形, 上导板就作右方向移动, 而下导板在另两相电流加热下仍往左方向移, 由此产生一个顺时针方向的转动, 结果仍是推动杠杆、顶头使热继电器动作。
要较完善地保护电动机的断相运行还有许多方式, 如采用欠电流继电器、负序电流滤过器、低电压继电器、负序电压滤过器、零序电压保护器、埋入式(埋入电动机绕组内) 的双金属式温度继电器、半导体热敏元件等。
5 最佳电动机回路
最佳的电动机回路如图10 所示, QF 为仅带短
