1　引言
　　轨道交通在北京市公共交通工具中所占份额巨大，且具有安全舒适、快速环保、运能大和能源消耗少等特点。相对于其他出行工具，如小汽车、公交车，轨道交通本身就具有重要的节能减排意义。但是由于轨道交通总耗电量巨大，仍存在一定的节能潜力，城市轨道交通的节能减排工作依旧十分重要。
　　城市轨道交通属于非常重要的公共设施，轨道交通中采取的节能措施，应在充分满足、完善轨道交通功能要求的前提下，减少能源消耗、提高能源的利用率，减少无谓消耗的能量，但决不能为了节能而降低其功能标准。下文主要是自减少无谓消耗的能量方面入手，从轨道交通配电系统设计方面分析可采取的节能措施。
　　 2　合理的进行负荷计算
　　在轨道交通中，通过负荷计算，可合理选择变压器的容量,实现经济运行，减少由于轻载运行造成的不必要电能损耗，通过减少变压器的有功损耗,从而达到节能的目的。
　　 2.1　有功损耗的计算
　　变压器的有功损耗按下式计算：ΔΡ=PO+Pk×β2 ，式中，ΔΡ：变压器的有功损耗(kW);ΡO：变压器的空载损耗(kW);PK：变压器的短路损耗(kW);β：变压器的负载率。
　　变压器的空载损耗：Ρo作为变压器的空载损耗又称铁损，它是由铁芯涡流损耗及漏磁损耗组成，其值与铁芯材料及制造工艺有关，与负荷大小无关，所以在选用变压器时最好选择高效低能耗型变压器，如S9、SL9、SCB9等。
　　变压器的短路损耗：ΡK是变压器额定负载传输的损耗又称变压器线损，它取决于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，并与负荷率平方成正比。因此在选择变压器时应选用阻值较小的绕组，如铜芯变压器。选择变压器时，应尽量减少变压器的台数，选用适当的大容量变压器。
　　 2.2　提高变压器的负载率
　　综合初装费，变压器、高/低压柜、土建投资及运行费用，还要使变压器在使用期内预留适当余量，变压器最经济节能运行的负载率一般应在75%～85%之间。在这方面轨道交通配电系统设计大有潜力可挖，地铁中配电变压器的负荷率较低。计算时，应选用合理的计算系数，提高变压器的负载率，使其经济节能地运行。
　　地铁内的负荷具有阶段性的特点，季节性较强。对于地铁内配电变压器容量的选择应满足车站用电负荷的运行要求，即当一台配电变压器故障或检修退出运行时，另一台配电变压器容量应能满足全部的一、二级负荷用电。另外，除了考虑一般照明和动力负荷的用电之外，还需适当预留广告照明及物业开发用电，为方便运营管理可以对广告照明及物业开发用电部分设置专用回路单独计量。由于轨道交通相关设计规范没有明确规定地铁配电系统计算负荷的方式，而地铁车站内各类用电负荷作为一种新型的负荷类型，其特点还没有得到充分认识，导致计算过程中对重要负荷需用系数的选取差异较大。若参照工业和民用建筑的设计规范来进行地铁的负荷计算，则会导致计算负荷与实际负荷严重不符。地铁车站内的负荷往往是按照远期考虑(30年后)来进行负荷计算的，由于远期动力照明负荷没比初期和近期增量成熟太多，而且还有样板可以参照，规范上也没有明确，又由于在设计时普遍存在“负荷计算大一点更安全”的理念，从而导致变压器负荷率较低。通过合理的负荷计算研究，力求使轨道交通中配电变电器实际负荷接近最佳设计，同时还能满足轨道交通远期负荷要求，以达到变压器的节能目的。由此可见通过合理的负荷计算选用高效低能耗的变压器对于节能是非常重要的。
　　 3　减少线路上的能量损耗
　　减少线路上的能量损耗，也可以达到节能的目的。众所周知，由于配电线路上存在电阻，所以在有电流流过时，就会产生有功功率损耗。轨道交通是一个综合性的大工程，线路上的总有功损耗是相当可观的，若想减少线路上的能耗那就必须在设计中予以重视。
　　 3.1　减少线路电阻
　　线路上的电流是不能改变的，要减少线路损耗，只有减小线路电阻。线路电阻R=P×L/S，即线路电阻与电阻率P成正比，与线路截面S成反比，与线路长度L成正比，因此减少线路的损耗应从以下几方面入手：应选用电导率较小的材质做导线，而地铁内一般选用铜芯电缆或者铜芯导线;可减小导线长度，合理配置轨道交通车站建筑形式，使变配电所的位置位于负荷中心，合理配电电缆竖井的位置，使得变配电所的进出线路由方便，缩短电缆的长度、母线的长度，减少线路损耗，尽可能减少回头输送电能的支线，从而达到节能的目的;还应增大导线截面，对于比较长的线路，除满足载流量、热稳定、动稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面，再加大一级导线截面，所增电缆购置费用可以在电缆使用年限中回收成本，这种方法主要适用于较大截面的电缆。
　　 3.2　进行无功措施，减少线路电流
　　进行无功补偿，可以采用集中无功自动补偿和分散无功补偿措施，来提高功率因数、降低线路损耗。有条件时，设备可进行就地补偿，提供用电设备的功率因数，降低线路的运行电流。
　　有功功率是满足设计功能所必须的，且不可变的重要因素。系统中的用电设备，如电动机、变压器、线路、气体放电灯中的整流器等都具有电感，会产生滞后的无功，需要从系统中引入超前的无功相抵消，这样超前的无功功率就会从系统经高、低压线路传输到用电设备，在线路上就产生了有功损耗，而这部分损耗是可以通过提高设备的自然功率因数，采用功率因数较高的同步电动机获得的;荧光灯可采用高次谐波系数低于15%的电子镇流器，自带电容补偿，如此就可以减少系统高、低压线路传输的超前无功功率。由于感抗产生的是滞后的无功，可采用电容器补偿，因为电容器产生的是超前的无功，两者可以相互抵消，即Q=QL-QC，进行无功补偿，可以提高功率因数，因而也减小了无功的需求量。当有条件时，无功补偿装置应就地安装，进行就地补偿，这样才能使线路上的无功传输减少，达到节能的目的。当然地铁中还可以采用有源滤波设备，抑制谐波电流在线路中的含量，以达到降低线路损耗的目的。
　　 4　照明设计中的节能措施
　　在轨道交通照明设计方面的选择上，宜选择高效、节能的光源、灯具，以及选用新技术灯具，来达到节能的目的。照明设计规范规定了各种场所的照度标准、视觉要求、照明功率密度等，所以照度标准是不可随意降低的，也不宜随便提高，若要有效地控制单位面积灯具安装功率，在满足照明质量的前提下，一般房间(场所)应优先采用高效发光的荧光灯(如T5、T8管)及紧凑型荧光灯，高架区间及高架车站的室外照明等宜采用高压钠灯、金属卤化物灯等高效气体放电光源。地铁配电系统中照明节能设计中的节能措施，并不是降低节能照度要求以及照明质量，而是力求降低照明系统中的光能损失，提高灯具的发光效率，最大限度的利用好电能。
　　 4.1　采用高效光源
　　由于白炽灯价格便宜，安装、维护简单，过去应用的最为广泛，但它因其发光率太低的知名弱点，十分容易被各种发光率高、光色好、显色性能优异的新光源取代。眼下最广泛使用的是低能耗性能卓越的光源用电附件，如电子镇流器、节能型电感镇流器、电子触发器以及电子变压器等;公共建筑场所内的荧光灯宜选用带有无功补偿的灯具;紧凑型荧光灯应优先选用电子镇流器;气体放电灯宜采用电子触发器。
4.2　选用新技术灯具
　　目前地铁内部采用的节能荧光灯已经基本上取代白炽灯，并适时的引入LED灯具，以及在轨道交通中的高架车站及区间选用新型能源灯具，如太阳能灯具，而轨道交通中的高架车站及高架区间应该充分利用自然采光。
　　4.3　合理的日常控制
　　在日常运营中，一般多通过对地铁照明设备的合理控制来达到节能的目的，比如说，地铁内公共区照明一般分为工作照明、节电照明、应急照明、广告照明、景观照明(主要为高架站)，附属用房区主要分为一般照明、应急照明。
　　公共区灯具可以采取高峰时段、非高峰时段两种模式，在高峰时段公共区照明全开，非高峰时段公共区照明关掉一半，从而达到节能的目的，对于地铁中附属用房(包括设备机房和办公用房)照明(包括附属用房区域内的应急照明)宜设置就地控制开关，对于房间内的应急照明采用强启开关模式，日常时可以关闭应急照明，火灾时应急照明可以强制点亮，不可影响火灾时应急照明的功能需求。另外地铁内可以采用在民建内应用比较成熟的智能照明控制系统，针对地铁车站内、公共区内的功能，以及每天不同时间的用途和场景，可对所设定区域内的灯具进行智能控制，满足各种环境对照明的控制要求。其中机场线就采用了松下照明的智能控制系统，对公共区内的灯具进行调光，不同时间调整不同的亮度。站厅、站台、出入口的公共区照明、标志照明、地面厅照明、广告照明等可在车站综控室由BAS控制，也可在照明配电室内进行控制。公共区的疏散照明为常明灯,不设控制。附属用房的正常照明及应急照明均采用就地控制，应急照明采用双控开关，在火灾时由FAS进行强启。
　　5　选用先进节能的电机电气设备
　　选用先进节能的电机电器设备。电扶梯及大型风机、水泵等采用变频控制，或者采用软起动器，节约设备用电。从运营管理上，当车站高峰过后，可以关闭部分公共照明设备，变频电扶梯低速运行，这样也可以达到节能的目的。
　　5.1　采用变频器
　　采用具有变频调速功能的公共交通重载荷型自动扶梯，其特点是当扶梯空驶一段时间后，会自动将速度由0.65m/s切换到0.13m/s的节能运行速度。当有人乘坐扶梯时，通过传感器感知后，其内部变频器将控制扶梯由0.13m/s平稳过渡到0.65m/s的正常运行速度，保证及时将乘客送至目的地。
　　由于地铁中通风空调设备及给排水等系统电机设备都是成套的设备，节能措施只能贯彻在运行过程中，除了上述用就地补偿电容器的方法减少线路因输送超前无功而引起的有功损耗外，还应减少电机的轻载和空载运行。风机采用变频器，通风空调系统的设备一般按远期高峰小时运行情况进行配置，而系统负荷随列车的对数、客流的变化而变化。在运行初期、近期客流及行车对数远没有达到设计水平，因此设备容量有较大的富裕量;同样在非高峰时段的系统负荷与高峰时段相比也有较大的差距，并存在设备容量富裕的问题。若采用变频调速器可使设备在负载下降时，自动调节转速，使其与负载的变化相适应。采用这种方式，可提高电机在轻载时的效率，以达到节能的目的。
　　5.2　采用软起动器
　　由于变频设备的价格仍偏高，因此在应用中会受到一定的限制。另一种节能方式是采用软起动器，软起动器设备通过按起动时间逐步调节可控硅的导通角，控制电压的变化。由于电压可连续调节，因此起动平稳，起动完毕后则全压投入运行。此设备也可采用测速反馈、电压负反馈或电流正反馈，利用反馈信息控制可控硅导通角，以达到速度随负载的变化而变化。它可用于电动机容量较大，又需要频繁起动的设备，以及附近用电设备对电压的稳定要求较高的场合。因为它从起动到运行，其电流变化不超过三倍，可保证电网电压的波动保持在所要求的范围内。但它是采用可控硅调压，正弦波未导通部分的电能将全部消耗在可控硅上，不会返回电网。软起动器价格比变频器便宜，适宜在水泵系统中大容量电动机的控制设备中应用。
　　5.3　采用先进的综合监控系统
　　采用综合监控系统对全线各车站内的变配电系统设备、通风空调系统设备、给排水系统设备、电梯系统设备、照明系统设备进行综合性的监控与调度管理。可以对全线的变电所系统的基础设备进行集中管理，并根据不同季节、各车站不同的客流情况、室内外的环境情况，通过综合监控系统程序的合理设计、运营调度人员的合理组织，减少能耗损失。
　　6　建议
　　加快开发高效、低耗的新型设备，改善设备系统针对目前城市轨道交通能耗大、能源利用效率较低的现状。
　　建立城市轨道交通设计节能标准。目前国内尚没有相关城市轨道交通设计节能标准。城市轨道交通应根据不同地区的气候特点，逐步建立完善出各种能耗标准，来指导与考核工程节能设计，并作为项目审批的首要条件。
　　提高城市轨道交通装备节能标准。目前，城市轨道交通尚没有专用的节能标准，通常只是套用一般楼宇建筑设备的节能标准。考虑到轨道交通的特殊性与影响性，其标准应高于一般楼宇建筑设备的标准，应对城市轨道交通装备的能耗标准进行严格规定，以便在设计选型、设备采购时有据可依。
　　鼓励城市轨道交通采用新型能源。随着科学技术的发展，太阳能、地热能源、海洋能源、风能等新型能源已开始应用于众多行业，对于城市轨道交通来说，属于城市公共交通，耗能量巨大，若能合理使用这些新型能源，会产生很好的经济和社会效益。所以在设计中应紧密跟踪各种新型能源的发展状态，适时的将太阳能、风能等引入城市轨道交通建设。
　　加强城市轨道交通运营节能管理，城市轨道交通的能耗水平除了与设施是否先进有关，还与运营节能管理是否到位密切相关。运营部门应充分了解设备系统的节能设计思想，按照设计模式进行系统控制，并根据具体情况进行优化。
　　节能涉及到多项专业技术，应以消耗有限的能源来取得最大的经济利益为目标，充分调动各方面积极因素，把节能分析、节能设计、节能管理紧密结合起来，保证各种节能设施的正常运转，并将节能作为建设决策的重要标准，达到降低综合能耗指标的目的。
　　7　结语
　　综上所述，城市轨道交通配电系统的节能潜力非常之大，应在设计过程中通盘考虑。但是在选用节能的新设备时，应在具体了解其原理、性能、效果，并从技术、经济方面进行分析比较后，再做出决定，从真正意义上实现节能的目的。