地鐵車站照明配電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計
摘 要 針對目前地鐵地下車站照明設(shè)計存在的問題, 從照明配電、參數(shù)計算、系統(tǒng)優(yōu)化、燈具選擇等方面提出了優(yōu)化設(shè)計建議, 并在實際設(shè)計中應(yīng)用, 取得了很好的設(shè)計效果。關(guān)鍵詞 地鐵車站 照明控制 優(yōu)化設(shè)計
1 引言
地鐵車站照明負(fù)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(fēng)空調(diào)、自動扶梯的用電量, 因此優(yōu)化照明配電與控制設(shè)計, 對節(jié)約能源、降低投資和運營成本、方便系統(tǒng)維護(hù)具有重要的意義。結(jié)合實際地鐵照明設(shè)計, 詳細(xì)分析一個地鐵車站內(nèi)部照明系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)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(yīng)的機(jī)電設(shè)備通常按車站兩端(A 端和B 端) 布置。車站照明分: 設(shè)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(dǎo)向標(biāo)志照明、按負(fù)荷等級分: 一級負(fù)荷、二級負(fù)荷、三級負(fù)荷。一級負(fù)荷主要有: 事故照明、二類導(dǎo)向標(biāo)志照明、三類導(dǎo)向標(biāo)志照明、四類導(dǎo)向標(biāo)志照明、公共區(qū)工作照明、節(jié)電照明; 二級負(fù)荷主要是設(shè)備區(qū)域工作照明和一類導(dǎo)向標(biāo)志照明; 三級負(fù)荷主要有廣告照明。事故照明電源室的進(jìn)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(nèi)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(shù)計算
地鐵車站照明設(shè)計可以采用多種方法, 通常在設(shè)計時, 多利用系數(shù)法或者單位容量法估算需要燈具的數(shù)量和供電變壓器的容量。在此采用負(fù)荷密度法確定系統(tǒng)所選用照明器件參數(shù), 通過二次優(yōu)化設(shè)廣告照明、事故照明、出入口照明等。 計使系統(tǒng)目標(biāo)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(nèi)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(shù)量
K 燈具的維護(hù)系數(shù), K 參數(shù)查《照明設(shè)計手冊》表22 12 、表2224
圖1 照明配電系統(tǒng)圖
U — 利用系數(shù), U 參數(shù)查《照明設(shè)計手冊》表5210車站照明計算結(jié)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(jù)車站需要的Eav min和Eav max以及Φ 的大小確定光源的數(shù)量。
312 負(fù)荷密度
車站地面的負(fù)荷密度主要用于估算車站單位面積上的照明用電量。根據(jù)單位面積計算的平均照度Eav和房屋建筑資料、燈具技術(shù)參數(shù)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(shè)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(shù)查《照明設(shè)計手冊》表5213
Eav 車站地面平均照度, lx
C1 地鐵站內(nèi)各部分光反射比不同時的修正系數(shù), C1 參數(shù)查《照明設(shè)計手冊》表5211
C2 光源非100W 白熾燈或40W 熒光燈調(diào)整系數(shù), C2 參數(shù)查《照明設(shè)計手冊》表5212
C3 當(dāng)燈具效率不是70 %時的校正系數(shù), 當(dāng)η = 60 %時, C3 = 1 ; 當(dāng)η = 50 % 時, C3= 1147
313 專用變壓器容量
理論設(shè)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(shè)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(shù), 雙側(cè)供電Kb= 1 , 單側(cè)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(shù)優(yōu)化設(shè)計
411 目標(biāo)函數(shù)及約束
目標(biāo)函數(shù)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(shù)。工程費用包括: 設(shè)備費、材料費、電器輔助設(shè)備費、勞務(wù)費及其他相關(guān)費用。通常工程費用為工程參數(shù)的非線性函數(shù)。對于照明系統(tǒng)需要優(yōu)化的參數(shù)為S 、 Eav 。定義工程費用的目標(biāo)函數(shù)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(shè)備工程費用有關(guān), f2( Eav) 與電纜和燈具的設(shè)備費用有關(guān), W0 為其他不可預(yù)見費用, 并且W0 的大小近似為一常數(shù)。
412 規(guī)劃求解
由于Eav 、S 都是離散型變量, 并且考慮的數(shù)值有限, 可采用窮舉法利用計算機(jī)求解。設(shè)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(jìn)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(shè)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(jī)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(yīng)滿足的要求是: 照度充足均勻; 光線射向適當(dāng)、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(diào)等。
6 結(jié)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(shè)計, 與其他設(shè)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(shè)成本。
參考文獻(xiàn)
1 北京照明學(xué)會照明設(shè)計委員會. 照明設(shè)計手冊. 北京: 中國電力出版社, 1998 繼電器作保護(hù)。
電動機(jī)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(guān)系, 用線電流來采集信號, 不能有效反映電動機(jī)是否真正過載。但是電動機(jī)在額定負(fù)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(hù)作用, 只是當(dāng)電動機(jī)在額定負(fù)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(dá)到112 In 的保護(hù)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(jī)繞組的安全I(xiàn)2 t) 引起電動機(jī)的燒損。行家認(rèn)為, 對電動機(jī)繞組接成△形, 電源中的一相斷線, 最好使用帶斷相保護(hù)的熱繼電器。目前市場上供應(yīng)的J R20 系列、T 系列、3UA 系列等都帶有斷相保護(hù)功能。由三相熱雙金屬元件、上導(dǎo)板、下導(dǎo)板、杠桿、頂頭等組成的斷相保護(hù)熱繼電器的簡單原理是: 上導(dǎo)板的腳在雙金屬元件的右側(cè)(二者之間有一定的間隙) 、下導(dǎo)板的腳在雙金屬元件的左側(cè)(二者保持一定的間距) 當(dāng)三相負(fù)載過載達(dá)一定值時, 雙金屬元件發(fā)熱變形。推動下導(dǎo)板, 碰撞杠桿, 杠桿使頂頭頂開熱繼電器, 使之動作; 當(dāng)某相斷電時, 此相雙金屬元件冷卻, 向恢復(fù)原狀方向變形, 上導(dǎo)板就作右方向移動, 而下導(dǎo)板在另兩相電流加熱下仍往左方向移, 由此產(chǎn)生一個順時針方向的轉(zhuǎn)動, 結(jié)果仍是推動杠桿、頂頭使熱繼電器動作。
要較完善地保護(hù)電動機(jī)的斷相運行還有許多方式, 如采用欠電流繼電器、負(fù)序電流濾過器、低電壓繼電器、負(fù)序電壓濾過器、零序電壓保護(hù)器、埋入式(埋入電動機(jī)繞組內(nèi)) 的雙金屬式溫度繼電器、半導(dǎo)體熱敏元件等。
5 最佳電動機(jī)回路
最佳的電動機(jī)回路如圖10 所示, QF 為僅帶短
