高速公路隧道配電照明節(jié)能分析

倪利鋒

中國聯(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，它在為駕駛員提供安全照明便利的同時，也實現了對隧道車流的有效疏導，避免出現隧道內交通擁堵問題，有效緩解交通運輸壓力。從消解駕駛員所產生的視覺“黑洞效應”、降低隧道交通事故風險幾率層面講，高速公路隧道配電照明工程的實施是非常有必要的。

一、高速公路隧道配電照明的用電等級

高速公路隧道配電照明在用電等級方面相當嚴謹，一般采用一級配電與二級保護方式，整體供電設計追求嚴謹，在隧道用電等級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方面，需要根據施工現場需要與用電量分布情況進行分析，合理提出布局供電線路與供電設備，再設置用電等級；其次要確定電源進線、變電所配電室的配電裝置、用電設備的位置與線路走向等等。在負荷計算方面應該按照用電設備對隧道配電照明工作中的最大負荷計算內容進行分析，并選擇變壓器與電線規(guī)格型號。另外要繪制臨時用電工程平面圖、配電裝置布置圖、配電系統(tǒng)接線圖以及接地裝置設計圖，做好變壓器與配電室防護裝置設置；在隧道供電電壓用電等級方面，需要在長距離供電方面采用10k V供電，在經過變壓后調整用電設備供電，明確用電等級。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]。變壓器容量應該參考電氣設備用電總容量進行確定，保證單臺設備容量超過變壓器容量的1/3時，需要考慮增加啟動附加容量。

假設隧道長度L為500m～1000m，其供配電系統(tǒng)的用電負荷等級應該按照封閉長度劃分、隧道類型進行設置。如果隧道為三類隧道，可參照國家對用電負荷分級原則，采用二級用電負荷等級。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荷分布基礎，結合經濟技術比較調整供電要求，再結合隧道主線走向設置兩路10k V電源進線，一用一備。而每路10k V電源電纜線均能承擔100%的用電負荷，它的10k V電源均引自于110k V變電站[2]。

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

二、高速公路隧道配電照明的配電計量與保護

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，其中采用到10k V電源進線柜，同時設置電流速斷即延時過電流保護，而10k V母線聯(lián)絡柜方面設置電流速斷保護。變壓器柜方面設置了電流速斷、過電流、過負荷、低壓側單相接地保護、輕重瓦斯保護、溫度保護。低壓進線總開關位置設置過載延時、短路速斷保護。高壓配電系統(tǒng)方面采用到了智能微機電力監(jiān)控儀，其中集電氣參數檢測、保護、通訊和控制于一體，如此可實現智能型繼電保護，實現定時或實時采集功能并面向主機傳輸數據。另外還有低壓系統(tǒng)智能電量儀表，它采用定時或實時采集功能并面向主機傳輸數據。整體看來，高速公路隧道配電照明的配電方式多樣，所選用設備和主材內容突出，性能可靠，技術先進，便于維護，符合高速公路隧道工程項目的特殊環(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。為同時做到隧道內部燈源光照亮度提高、實現隧道節(jié)能照明優(yōu)化，可選擇在洞口兩側鋪設淺色瓷磚，配合白色涂料，提高反光效果，有效提升隧道內亮度。另外，需要結合隧道實際環(huán)境引進隧道建設思維，科學利用地形環(huán)境特點進行分析，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隧道用電實際需求，為此必須采用輔助用電模式，如此配合風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，其中每個隧道的進口、出口洞外亮度都按照3500cd/㎡進行設計，為有效避免車輛進出下穿通道產生“黑洞”與“白洞”效應，將對駕駛員的視覺觀感不適度降到最低，需要對出入口段亮度設計進行優(yōu)化。將隧道照明分為入口段、過渡段、中間段出口段。其中對入口段與出口段設計方面應該圍繞其照明區(qū)間進行調整，通過過渡段設計防止推遲亮度適應由于推遲亮度適應而降低適度所設的照明區(qū)間，中間段為隧道內部除出入口、過渡段的區(qū)間照明。在隧道配電箱配置方面，需要為遠期預留配電回路。而在隧道入口段則可設定亮度為L20，如此可加強洞口光照反射效果，如此可實現對隧道光線的有效過渡。在該過程中，還需要設計減光結構，有效減輕眼部不適，同時做好節(jié)能保護，如此節(jié)約大量隧道維護保養(yǎng)費用[5]。

高速公路中應該設計智能化照明控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)照明時序進行有效分級控制，解決照明曲線不符合實際這一缺陷問題，避免出現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、計算機技術等等，這些技術可結合隧道內外亮度差進行設計，同時規(guī)劃交通運輸量因素，實施智能化調節(jié)，在保證高速公路隧道照明亮度的同時再保證做到能源節(jié)約。另一方面，通過光纖傳導技術中的光學元件改變光的傳遞方向，確保光伴隨光纖進行傳導，如此可保證光被投射到指定地點上，有效提高光的利用效率。另外，光纖傳導還會將自然光引入到隧道中，有效降低能源供應成本[6]。

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

四、高速公路隧道配電照明的智能監(jiān)控

針對高速公路隧道的配電照明設計智能監(jiān)控技術體系，需要明確設計范圍與等級，同時設計火災探測報警設施，實施中央控制管理，其設計內容就包括了隧道監(jiān)控系統(tǒng)(主要為設備監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng))、緊急電話系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)以及電源防雷系統(tǒng)等等。隧道監(jiān)控與報警系統(tǒng)采用到了完全開放式的集成系統(tǒng)，其所承載的技術設備配備與發(fā)展到位，同時支持多種聯(lián)網組合，其系統(tǒng)開放性為消防無線信號聯(lián)網引入隧道提供相應接口設施。具體來說，為確保隧道安全暢通運營，需要提高隧道內車輛通行能力，優(yōu)化管理隧道防災能力，追求“以人為本”的隧道科學化應用、維護與管理原則。再者，需要建立智能化模式，并對火災自動報警與聯(lián)動模式進行設計優(yōu)化，優(yōu)化節(jié)能模式，爭取建立多系統(tǒng)集成綜合智能監(jiān)控系統(tǒng)，保證實現對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)獨立性，卻賦予其自診斷功能，及時準確發(fā)現隧道照明系統(tǒng)異常與故障問題，迅速排除故障問題。再者，應該根據系統(tǒng)選型考慮隧道照明配電工作環(huán)境，最大限度成熟先進技術與朝南品，結合關鍵設備采用計算機系統(tǒng)中的冗余配置，圍繞子系統(tǒng)配置與控制建立模塊化結構體系，保證系統(tǒng)應用安全可靠性。另外應該在監(jiān)控系統(tǒng)中增加MTBF，如此調整照明配電節(jié)能操作，升級維修要求，保證隧道內所有照明配電設備的防護等級都能達到IP65[7]。

總結

高速公路隧道照明系統(tǒng)在運營管理方面要點頗多，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，就要遵循國家政策對高速公路隧道建設進行調整，提出照明系統(tǒng)配電豐富技術性對策，同時更多借鑒國內外先進隧道照明技術，對照明配電的設計與運營模式進行有效完善，進而建立一套標準且高效的高速公路照明評價體系，充分利用各種清潔能源、智能控制系統(tǒng)對高速公路隧道照明配電技術內容進行調整優(yōu)化，同時減少電能的無用消耗，對高速公路隧道項目實施照明配電系統(tǒng)的動態(tài)化管理。