高速公路隧道配電照明節(jié)能分析

倪利鋒

中國(guó)聯(lián)合工程有限公司 浙江 杭州 310000

高速公路隧道配電照明是隧道交通安全保障的重要基礎(chǔ)，它在為駕駛員提供安全照明便利的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了對(duì)隧道車流的有效疏導(dǎo)，避免出現(xiàn)隧道內(nèi)交通擁堵問題，有效緩解交通運(yùn)輸壓力。從消解駕駛員所產(chǎn)生的視覺“黑洞效應(yīng)”、降低隧道交通事故風(fēng)險(xiǎn)幾率層面講，高速公路隧道配電照明工程的實(shí)施是非常有必要的。

一、高速公路隧道配電照明的用電等級(jí)

高速公路隧道配電照明在用電等級(jí)方面相當(dāng)嚴(yán)謹(jǐn)，一般采用一級(jí)配電與二級(jí)保護(hù)方式，整體供電設(shè)計(jì)追求嚴(yán)謹(jǐn)，在隧道用電等級(jí)與隧道供電電壓方面需要分別提出要求。首先是隧道用電等級(jí)方面，需要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)需要與用電量分布情況進(jìn)行分析，合理提出布局供電線路與供電設(shè)備，再設(shè)置用電等級(jí)；其次要確定電源進(jìn)線、變電所配電室的配電裝置、用電設(shè)備的位置與線路走向等等。在負(fù)荷計(jì)算方面應(yīng)該按照用電設(shè)備對(duì)隧道配電照明工作中的最大負(fù)荷計(jì)算內(nèi)容進(jìn)行分析，并選擇變壓器與電線規(guī)格型號(hào)。另外要繪制臨時(shí)用電工程平面圖、配電裝置布置圖、配電系統(tǒng)接線圖以及接地裝置設(shè)計(jì)圖，做好變壓器與配電室防護(hù)裝置設(shè)置；在隧道供電電壓用電等級(jí)方面，需要在長(zhǎng)距離供電方面采用10k V供電，在經(jīng)過變壓后調(diào)整用電設(shè)備供電，明確用電等級(jí)。供電線路方面一般采用380V/220V三相五線系統(tǒng)，且作業(yè)地段照明電壓≤36V，成洞地段方面可采用220V，另外低壓線路末端電壓≤10%[1]。變壓器容量應(yīng)該參考電氣設(shè)備用電總?cè)萘窟M(jìn)行確定，保證單臺(tái)設(shè)備容量超過變壓器容量的1/3時(shí)，需要考慮增加啟動(dòng)附加容量。

假設(shè)隧道長(zhǎng)度L為500m～1000m，其供配電系統(tǒng)的用電負(fù)荷等級(jí)應(yīng)該按照封閉長(zhǎng)度劃分、隧道類型進(jìn)行設(shè)置。如果隧道為三類隧道，可參照國(guó)家對(duì)用電負(fù)荷分級(jí)原則，采用二級(jí)用電負(fù)荷等級(jí)。就供電電源與容量而言，需要通過隧道變電所分析各類用電負(fù)荷分布基礎(chǔ)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較調(diào)整供電要求，再結(jié)合隧道主線走向設(shè)置兩路10k V電源進(jìn)線，一用一備。而每路10k V電源電纜線均能承擔(dān)100%的用電負(fù)荷，它的10k V電源均引自于110k V變電站[2]。

在具體施工中，主要針對(duì)高速公路隧道設(shè)置附屬構(gòu)筑物，預(yù)留遠(yuǎn)期接口接配電回路，電源主要從近期設(shè)置變電所引出。在該過程中，需要提高用電負(fù)荷功率因數(shù)，而無功功率補(bǔ)償方面采用低壓側(cè)集中和分散結(jié)合方式。而在變電所低壓母線側(cè)則設(shè)置了無功功率因數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償裝置，其中電容器方面則采用自動(dòng)循環(huán)投切方式，要求補(bǔ)償后功率因數(shù)可達(dá)到0.9以上。在配電原則方面，主要針對(duì)分散設(shè)備展開，率先保證供電距離較遠(yuǎn)的用電設(shè)備擁有較高電壓水平，可考慮采用放射式配電方式，而對(duì)負(fù)荷不大且均勻分布的用電設(shè)備可采用樹干式配電方式。在隧道內(nèi)的消防應(yīng)急照明燈具與疏散指示標(biāo)志處理方面配置蓄電池，保證連續(xù)供電時(shí)間均在1.5小時(shí)以上[3]。

二、高速公路隧道配電照明的配電計(jì)量與保護(hù)

在高速公路隧道配電照明的配電方式方面采用到了繼電保護(hù)，其中采用到10k V電源進(jìn)線柜，同時(shí)設(shè)置電流速斷即延時(shí)過電流保護(hù)，而10k V母線聯(lián)絡(luò)柜方面設(shè)置電流速斷保護(hù)。變壓器柜方面設(shè)置了電流速斷、過電流、過負(fù)荷、低壓側(cè)單相接地保護(hù)、輕重瓦斯保護(hù)、溫度保護(hù)。低壓進(jìn)線總開關(guān)位置設(shè)置過載延時(shí)、短路速斷保護(hù)。高壓配電系統(tǒng)方面采用到了智能微機(jī)電力監(jiān)控儀，其中集電氣參數(shù)檢測(cè)、保護(hù)、通訊和控制于一體，如此可實(shí)現(xiàn)智能型繼電保護(hù)，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或?qū)崟r(shí)采集功能并面向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。另外還有低壓系統(tǒng)智能電量?jī)x表，它采用定時(shí)或?qū)崟r(shí)采集功能并面向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。整體看來，高速公路隧道配電照明的配電方式多樣，所選用設(shè)備和主材內(nèi)容突出，性能可靠，技術(shù)先進(jìn)，便于維護(hù)，符合高速公路隧道工程項(xiàng)目的特殊環(huán)境與隧道照明要求[4]。

三、高速公路隧道配電照明的節(jié)能管理策略

高速公路的隧道配電照明主要消耗在隧道出入口位置。為同時(shí)做到隧道內(nèi)部燈源光照亮度提高、實(shí)現(xiàn)隧道節(jié)能照明優(yōu)化，可選擇在洞口兩側(cè)鋪設(shè)淺色瓷磚，配合白色涂料，提高反光效果，有效提升隧道內(nèi)亮度。另外，需要結(jié)合隧道實(shí)際環(huán)境引進(jìn)隧道建設(shè)思維，科學(xué)利用地形環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行分析，制定出一套永久性減弱洞口光照亮度的有效方案。一般來說隧道耗電量較大，且清潔能源無法完全供應(yīng)隧道用電實(shí)際需求，為此必須采用輔助用電模式，如此配合風(fēng)能與太陽能供電方式，最大限度減少能源消耗，節(jié)約資金成本。就以雙洞四車道隧道為例，其中每個(gè)隧道的進(jìn)口、出口洞外亮度都按照3500cd/㎡進(jìn)行設(shè)計(jì)，為有效避免車輛進(jìn)出下穿通道產(chǎn)生“黑洞”與“白洞”效應(yīng)，將對(duì)駕駛員的視覺觀感不適度降到最低，需要對(duì)出入口段亮度設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。將隧道照明分為入口段、過渡段、中間段出口段。其中對(duì)入口段與出口段設(shè)計(jì)方面應(yīng)該圍繞其照明區(qū)間進(jìn)行調(diào)整，通過過渡段設(shè)計(jì)防止推遲亮度適應(yīng)由于推遲亮度適應(yīng)而降低適度所設(shè)的照明區(qū)間，中間段為隧道內(nèi)部除出入口、過渡段的區(qū)間照明。在隧道配電箱配置方面，需要為遠(yuǎn)期預(yù)留配電回路。而在隧道入口段則可設(shè)定亮度為L(zhǎng)20，如此可加強(qiáng)洞口光照反射效果，如此可實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道光線的有效過渡。在該過程中，還需要設(shè)計(jì)減光結(jié)構(gòu)，有效減輕眼部不適，同時(shí)做好節(jié)能保護(hù)，如此節(jié)約大量隧道維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用[5]。

高速公路中應(yīng)該設(shè)計(jì)智能化照明控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)照明時(shí)序進(jìn)行有效分級(jí)控制，解決照明曲線不符合實(shí)際這一缺陷問題，避免出現(xiàn)隧道過度照明與無效照明問題。智能控制系統(tǒng)中采用到了傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等等，這些技術(shù)可結(jié)合隧道內(nèi)外亮度差進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)規(guī)劃交通運(yùn)輸量因素，實(shí)施智能化調(diào)節(jié)，在保證高速公路隧道照明亮度的同時(shí)再保證做到能源節(jié)約。另一方面，通過光纖傳導(dǎo)技術(shù)中的光學(xué)元件改變光的傳遞方向，確保光伴隨光纖進(jìn)行傳導(dǎo)，如此可保證光被投射到指定地點(diǎn)上，有效提高光的利用效率。另外，光纖傳導(dǎo)還會(huì)將自然光引入到隧道中，有效降低能源供應(yīng)成本[6]。

在隧道應(yīng)急照明方面，一旦發(fā)生事故災(zāi)害進(jìn)行分析，確保電源停電時(shí)啟用應(yīng)急照明與誘導(dǎo)指示照明，確保應(yīng)急照明標(biāo)準(zhǔn)不低于基本段亮度的10%，且不應(yīng)低于0.2cd/㎡，同時(shí)保證供電電源連續(xù)供電時(shí)間在1.5小時(shí)以上。在隧道接地與安全保護(hù)方面采用低壓配電系統(tǒng)，其中配備用三相四線制TN-S保護(hù)系統(tǒng)，主要對(duì)配電設(shè)備與金屬構(gòu)件、支架的外露可導(dǎo)電部分、裝置外可導(dǎo)電部分進(jìn)行連接(與PE線連接)。另外在進(jìn)出隧道的金屬管道與建筑物金屬構(gòu)件上設(shè)置等電位聯(lián)結(jié)。

四、高速公路隧道配電照明的智能監(jiān)控

針對(duì)高速公路隧道的配電照明設(shè)計(jì)智能監(jiān)控技術(shù)體系，需要明確設(shè)計(jì)范圍與等級(jí)，同時(shí)設(shè)計(jì)火災(zāi)探測(cè)報(bào)警設(shè)施，實(shí)施中央控制管理，其設(shè)計(jì)內(nèi)容就包括了隧道監(jiān)控系統(tǒng)(主要為設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng))、緊急電話系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)以及電源防雷系統(tǒng)等等。隧道監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)采用到了完全開放式的集成系統(tǒng)，其所承載的技術(shù)設(shè)備配備與發(fā)展到位，同時(shí)支持多種聯(lián)網(wǎng)組合，其系統(tǒng)開放性為消防無線信號(hào)聯(lián)網(wǎng)引入隧道提供相應(yīng)接口設(shè)施。具體來說，為確保隧道安全暢通運(yùn)營(yíng)，需要提高隧道內(nèi)車輛通行能力，優(yōu)化管理隧道防災(zāi)能力，追求“以人為本”的隧道科學(xué)化應(yīng)用、維護(hù)與管理原則。再者，需要建立智能化模式，并對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警與聯(lián)動(dòng)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，優(yōu)化節(jié)能模式，爭(zhēng)取建立多系統(tǒng)集成綜合智能監(jiān)控系統(tǒng)，保證實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道管理的智能化操作。在該過程中，要始終保持系統(tǒng)集成綜合智能監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)立性，卻賦予其自診斷功能，及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)隧道照明系統(tǒng)異常與故障問題，迅速排除故障問題。再者，應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)選型考慮隧道照明配電工作環(huán)境，最大限度成熟先進(jìn)技術(shù)與朝南品，結(jié)合關(guān)鍵設(shè)備采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的冗余配置，圍繞子系統(tǒng)配置與控制建立模塊化結(jié)構(gòu)體系，保證系統(tǒng)應(yīng)用安全可靠性。另外應(yīng)該在監(jiān)控系統(tǒng)中增加MTBF，如此調(diào)整照明配電節(jié)能操作，升級(jí)維修要求，保證隧道內(nèi)所有照明配電設(shè)備的防護(hù)等級(jí)都能達(dá)到IP65[7]。

總結(jié)

高速公路隧道照明系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)管理方面要點(diǎn)頗多，還存在諸多不足問題，所以還要圍繞節(jié)能方面作出更多努力。具體來說，就要遵循國(guó)家政策對(duì)高速公路隧道建設(shè)進(jìn)行調(diào)整，提出照明系統(tǒng)配電豐富技術(shù)性對(duì)策，同時(shí)更多借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)隧道照明技術(shù)，對(duì)照明配電的設(shè)計(jì)與運(yùn)營(yíng)模式進(jìn)行有效完善，進(jìn)而建立一套標(biāo)準(zhǔn)且高效的高速公路照明評(píng)價(jià)體系，充分利用各種清潔能源、智能控制系統(tǒng)對(duì)高速公路隧道照明配電技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，同時(shí)減少電能的無用消耗，對(duì)高速公路隧道項(xiàng)目實(shí)施照明配電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)化管理。