隧道電氣設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題分析

馬超、張?jiān)?/p>

（重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，重慶401331）

0 引言

城市市政隧道在縮短行車(chē)?yán)锍?、提高?chē)輛通行速度方面發(fā)揮重要作用，給人們的出行帶來(lái)便利，推動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展。所以，在城市市政建設(shè)中，隧道設(shè)計(jì)工程占據(jù)重要地位。在城市市政隧道高速發(fā)展中，一些設(shè)計(jì)問(wèn)題逐漸暴露出來(lái)，對(duì)隧道的發(fā)展帶來(lái)極大的影響。若隧道工程的電氣質(zhì)量、安全、運(yùn)行無(wú)法得到保障，必然會(huì)影響隧道的正常運(yùn)行。所以，當(dāng)前需要考慮的主要問(wèn)題是，如何提高隧道電氣設(shè)計(jì)水平。隧道工程本身就比較復(fù)雜，具有較高的技術(shù)性、專(zhuān)業(yè)性，正因如此，電氣設(shè)計(jì)也需要進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃、合理統(tǒng)籌、綜合考量。本文著重分析了隧道電氣設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題，以此為提高城市市政隧道建設(shè)質(zhì)量提供參考。

1 隧道供配電系統(tǒng)分析

隧道與普通道路工程不同，屬于一種特殊的構(gòu)造物，不僅建造的地理位置偏僻、環(huán)境復(fù)雜，且隧道還屬于一種隱蔽工程?；谒淼拦こ痰奶厥庑院蛷?fù)雜性，對(duì)工程設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。在隧道工程建設(shè)中，供配電系統(tǒng)是尤為重要的組成部分，供配電系統(tǒng)是否能夠正常、安全、穩(wěn)定、持續(xù)地運(yùn)行，直接決定了隧道工程的運(yùn)行安全。所以加強(qiáng)對(duì)隧道工程供配電系統(tǒng)建設(shè)的重視，提高隧道工程供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平至關(guān)重要。作為隧道工程中的供配電系統(tǒng)，首先必須滿足供電可靠性的要求。如果在隧道施工過(guò)程中，供電出現(xiàn)故障或問(wèn)題，很有可能會(huì)對(duì)施工人員的生命安全造成威脅，甚至?xí)驗(yàn)楣╇姽收蠈?dǎo)致各種安全事故的發(fā)生。若在隧道工程使用過(guò)程中，出現(xiàn)供電問(wèn)題，則會(huì)對(duì)隧道行車(chē)安全造成威脅，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致生命財(cái)產(chǎn)的損失。為了保證隧道工程中供配電系統(tǒng)的供電可靠性，在隧道電氣設(shè)計(jì)過(guò)程中，就需要嚴(yán)格按照國(guó)標(biāo)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50052—95）中的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范開(kāi)展設(shè)計(jì)工作。對(duì)于隧道工程的一級(jí)負(fù)荷，在供電系統(tǒng)中應(yīng)有2 個(gè)電源同時(shí)供電，如果其中1 個(gè)電源斷電了，那么另外的電源不會(huì)受到影響，能繼續(xù)保持供電。隧道工程的二級(jí)負(fù)荷，應(yīng)采用兩回線路供電，且要采用獨(dú)立電源。為了達(dá)到不間斷的供電裝置，可以采用蓄電池。

2 隧道電氣設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題

2.1 隧道供配電設(shè)計(jì)

供配電設(shè)計(jì)與照明設(shè)計(jì)、消防設(shè)計(jì)、智能化設(shè)計(jì)等隧道設(shè)計(jì)內(nèi)容有著密切聯(lián)系，應(yīng)該要按隧道實(shí)際情況、有關(guān)設(shè)計(jì)具體布置，科學(xué)地設(shè)計(jì)隧道的進(jìn)口、中部與出口。常使用的方法包括兩路雙重的10kV 供配電，能使有關(guān)設(shè)備的實(shí)際供電需求得到滿足；要想達(dá)到良好的供電效果，可以對(duì)一級(jí)負(fù)荷進(jìn)行UPS、EPS設(shè)置。在設(shè)計(jì)隧道供配電中，白天供電，電壓會(huì)有很多負(fù)載，出現(xiàn)電壓降低的現(xiàn)象；晚上則相反，會(huì)出現(xiàn)電壓升高的情況。這就導(dǎo)致燈具處于一個(gè)不穩(wěn)定的狀態(tài)下，如果電壓較高，將增加燈具的功耗，影響鈉燈的使用壽命。所以，優(yōu)化隧道供配電設(shè)計(jì)是一項(xiàng)不可忽視的環(huán)節(jié)，只有做好這項(xiàng)工作，才能保障電網(wǎng)質(zhì)量[1]。

2.2 隧道照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

從實(shí)際情況來(lái)看，隧道照明系統(tǒng)相比以往產(chǎn)生了一些變化，從智能化朝著可持續(xù)化、智慧化方向發(fā)展。二次配光技術(shù)、逆光照明的原理十分常見(jiàn)，也可以采用LED 燈、光纖維隧道燈替換傳統(tǒng)的高壓鈉燈，由此達(dá)到節(jié)約能源的目的。我國(guó)隧道照明發(fā)展起步比較晚，整體水平存在很大的差距，但是近年來(lái)的發(fā)展取得了良好效果。在《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D70/2-01—2014）中，主要對(duì)隧道照明系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展進(jìn)行了規(guī)范說(shuō)明，為我國(guó)隧道照明系統(tǒng)的發(fā)展指明了方向，且完善了隧道照明系統(tǒng)。

對(duì)于隧道工程照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，其要點(diǎn)包括這幾個(gè)方面：首先，從照明學(xué)的角度來(lái)看，為了防止眩光問(wèn)題的發(fā)生，隧道照明應(yīng)對(duì)隧道入口段、中間段、出口段的照明進(jìn)行把握。面對(duì)光都要有一個(gè)適應(yīng)的過(guò)程，尤其是當(dāng)光強(qiáng)度變化時(shí)。車(chē)輛在行駛過(guò)程中，其速度相對(duì)比較快，進(jìn)入隧道后，人們需要幾秒鐘適應(yīng)光度的變化[2]。白天，車(chē)輛駕駛?cè)藛T進(jìn)入隧道時(shí)，隧道內(nèi)部、外部的光線有著顯著的差異，極易產(chǎn)生黑洞效應(yīng)的問(wèn)題。當(dāng)車(chē)輛駛到隧道出口時(shí)，也會(huì)因?yàn)樗淼揽诠饩€太亮，出現(xiàn)白洞效應(yīng)，這將會(huì)增加交通安全事故發(fā)生概率。為了避免這一問(wèn)題的發(fā)生，將有效的照明方法應(yīng)用于隧道內(nèi)部，縮小隧道內(nèi)部、外部的光亮差異。其次，現(xiàn)今的隧道照明方法是在視覺(jué)條件前提下，滿足隧道工程整體照明要求，還要重視節(jié)能控制。比如，隧道的光度在白天、晚上都存在差異，要采用各種不同調(diào)光設(shè)備來(lái)調(diào)整與控制隧道照明環(huán)境?？蓪⒆赃m應(yīng)模糊控制技術(shù)應(yīng)用于隧道工程中，滿足不同階段的照明需求。為了實(shí)現(xiàn)隧道工程照明節(jié)能設(shè)計(jì)，選擇隧道燈具光源時(shí)，應(yīng)綜合考慮多個(gè)因素，包括顯色性、使用壽命等。高壓鈉燈、熒光燈、低壓鈉燈、高壓汞燈是比較常使用的燈具。相比其他光源，低壓鈉燈的光效更高，但是也存在一些缺點(diǎn)，如顯色性較差，使用時(shí)間較短。高壓汞燈光效不高，極易吸引蚊蟲(chóng)，且無(wú)法達(dá)到調(diào)光的效果。高壓鈉燈光效高，且使用壽命相對(duì)比較長(zhǎng)，透霧性能較好，是良好的公路隧道照明光源。而熒光燈也是常見(jiàn)的城市隧道燈，光效好、壽命長(zhǎng)均是其突出的優(yōu)點(diǎn)，還有良好的顯色性，所以，其應(yīng)用價(jià)值比較顯著。

隧道燈具都采用節(jié)光型燈具，能達(dá)到避免產(chǎn)生眩光的效果。采用放射式結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)，重新分配光源光通量的主要部件是反射器。通過(guò)反射器，能將光源發(fā)出的光投入到需要的方向。

燈具應(yīng)該有較高的光效，這樣才能達(dá)到綠色照明的要求。隧道燈具的光效與諸多方面有著密切聯(lián)系，包括反射器的材料、光學(xué)設(shè)計(jì)等。從實(shí)際情況來(lái)看，隧道燈具光效指標(biāo)為0.5 左右，很多燈具會(huì)使光源發(fā)出的光能產(chǎn)生一定損失，且有著較低的能量利用率；同時(shí)，由于很多光能沒(méi)有放射出燈具，將會(huì)使燈具溫度升高，減少燈具的使用壽命。選擇公路隧道燈具時(shí)，應(yīng)考慮隧道各個(gè)方面的要求，包括隧道特征、行車(chē)要求等，保障光學(xué)設(shè)計(jì)的科學(xué)性。當(dāng)前很多國(guó)家采用先進(jìn)的逆光照明技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)前方車(chē)輛的準(zhǔn)確辨認(rèn)[3]。公路隧道照明的主要方式是對(duì)稱(chēng)步燈，一座2000m 長(zhǎng)雙洞單向行車(chē)隧道，需要1000 套左右的燈具，功率是100kW，較傳統(tǒng)燈具能節(jié)省30%的投資和30%運(yùn)營(yíng)電力費(fèi)。逆光照明燈的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在節(jié)能省電方面，所以，應(yīng)將其廣泛應(yīng)用于隧道綠色照明中。另外，還要采用高反射率的材料作為燈具反射器。采用高純鋁、不銹鋼材料作為隧道燈具，表面需進(jìn)行拋光處理，以此提高反射率，提高燈具的光通維持率。

2.3 隧道電氣節(jié)能設(shè)計(jì)

要想達(dá)到隧道電氣節(jié)能施工效果，首先，隧道電氣施工要符合國(guó)家相關(guān)規(guī)范規(guī)定，且要完善隧道電氣節(jié)能施工的規(guī)范制度，使隧道工程的質(zhì)量安全得到保障。其次，應(yīng)遵循相應(yīng)的原則，即節(jié)能施工、降低電能消耗。因此，在施工中應(yīng)對(duì)消耗環(huán)節(jié)進(jìn)行明確，完善節(jié)能方案，使隧道電氣節(jié)能效果得以實(shí)現(xiàn)[4]。比如，在隧道施工過(guò)程中，施工單位應(yīng)該基于綠色環(huán)保的需求，盡量選擇節(jié)能環(huán)保材料，隧道中變電所的位置應(yīng)盡量設(shè)置在負(fù)荷中心，縮短供電距離，從而達(dá)到減少壓降損耗的目的。在電氣節(jié)能設(shè)計(jì)過(guò)程中，施工單位還可以考慮將埋地變壓器分散部分在負(fù)荷中心，使低壓供電半徑控制在數(shù)百米內(nèi)，由此達(dá)到降低電能損耗的效果，且使有色金屬的消耗作用大大降低。在隧道工程中，應(yīng)該滿足綠色照明的需求，可應(yīng)用高光燈具，采用電子整流器替代電感整流器，使設(shè)計(jì)達(dá)到電氣節(jié)能的效果。另外，還要考慮實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益。因此，科學(xué)地選擇隧道電氣設(shè)計(jì)方案，合理地應(yīng)用施工材料和設(shè)備，不僅能達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效益，還能實(shí)現(xiàn)節(jié)能施工的效果。

3 隧道電氣施工的要點(diǎn)

3.1 供電系統(tǒng)施工

隧道供電系統(tǒng)的安裝主要包括安裝配電柜、各個(gè)等級(jí)電壓變電站、地埋式變壓器等，還要做好隧道供電系統(tǒng)的施工，實(shí)現(xiàn)隧道工程的給排水、通風(fēng)照明等工作。為了保障隧道供電系統(tǒng)的有效性，可采用兩臺(tái)獨(dú)立的變壓器側(cè)饋線柜，設(shè)置在變電站內(nèi)部，也就是采用雙電源供電。另外，需要保障隧道應(yīng)急照明系統(tǒng)的連續(xù)性，置好隧道EPS 電源。在隧道工程運(yùn)行過(guò)程中，存在較多不確定性因素，而很多情況的發(fā)生也具有難以預(yù)防和控制的特點(diǎn)?；诖耍诠╇娤到y(tǒng)施工過(guò)程中，需要重視對(duì)應(yīng)急電源的設(shè)計(jì)。在規(guī)劃過(guò)程中，要結(jié)合隧道供電系統(tǒng)的實(shí)際情況，合理選擇應(yīng)急電源。施工單位要從多方面綜合考慮，確定實(shí)際負(fù)荷是1 級(jí)、2 級(jí)還是3 級(jí)，運(yùn)行時(shí)間以及能源需求，最終選擇適宜的應(yīng)急電源。一般在施工中，可用于隧道的典型備用電源是備用發(fā)電機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)、備用電源、回路電源的結(jié)合應(yīng)用。

3.2 照明系統(tǒng)施工

隧道的照明燈具就是所謂的隧道照明系統(tǒng)，種類(lèi)比較多，施工任務(wù)比較繁重。施工的質(zhì)量將極大地影響后期的燈具使用情況。因此，不同位置的隧道照明燈的安裝過(guò)程以及取得的照明效果均有所不同。為了保證燈具的美觀性，可采用LED 燈，要注意對(duì)稱(chēng)安裝布置。一般采用三分之一的基本照明實(shí)現(xiàn)應(yīng)急照明，將LED 燈以拱頂?shù)牟贾梅绞綉?yīng)用于車(chē)行通道、人行通道的照明安裝中。在實(shí)際施工中，應(yīng)正確地敷設(shè)線纜，且應(yīng)按照隧道照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖。檢驗(yàn)隧道照明燈的實(shí)際投射效果。

3.3 隧道照明與節(jié)能、監(jiān)控的矛盾

對(duì)于隧道管理來(lái)說(shuō)，隧道監(jiān)控發(fā)揮著重要作用。在隧道監(jiān)控工作中，極易與隧道照明產(chǎn)生矛盾，而導(dǎo)致矛盾的主要原因是夜間照明。為了達(dá)到省電的目的，運(yùn)營(yíng)人員在夜晚來(lái)臨時(shí)，將隧道內(nèi)的燈關(guān)閉。當(dāng)前非紅外線攝像頭廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)隧道中，夜間隧道內(nèi)無(wú)照明，攝像頭無(wú)法正常工作，浪費(fèi)了攝像頭和監(jiān)視設(shè)備的電能。這種間斷的監(jiān)控與隧道內(nèi)所需的監(jiān)控要求不相符，在夜間無(wú)法了解隧道內(nèi)的情況。在車(chē)輛出現(xiàn)故障之后，不僅無(wú)法取得良好的監(jiān)控效果，且無(wú)法提供必要的照明。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮當(dāng)隧道發(fā)生緊急情況時(shí)，隧道內(nèi)燈具應(yīng)能根據(jù)需要自動(dòng)對(duì)照明亮度進(jìn)行控制。比如，隧道內(nèi)如果發(fā)生火災(zāi)，系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)點(diǎn)亮所有的燈具，且系統(tǒng)的手動(dòng)控制能夠在監(jiān)控中心、隧道管理房等多處實(shí)現(xiàn)。綜合考慮包括安全、節(jié)能、監(jiān)控等方面因素，夜間在隧道內(nèi)提供照明是很有必要的。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隧道電氣設(shè)計(jì)作為一項(xiàng)電氣工程，在方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行考察，根據(jù)隧道工程的實(shí)際情況，科學(xué)地制定電氣方案，以此實(shí)現(xiàn)節(jié)能、安全的目的。本文通過(guò)分析隧道電氣設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題，為保障設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性提供參考。