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高速公路隧道供電照明節(jié)能改造研究

吳躍峰

（中鐵十五局集團(tuán)電氣化工程有限公司，上海，201615)

摘要：隨著現(xiàn)代社會(huì)的飛速發(fā)展以及市場經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的持續(xù)深入，我國高速公路項(xiàng)目工程建設(shè)施工效率不斷提升，而供電照明工程投入經(jīng)費(fèi)也逐步變成運(yùn)營單位之中需要承擔(dān)的一個(gè)較大負(fù)擔(dān)。怎樣有效縮減能源消耗，則變成隧道工程設(shè)計(jì)以及運(yùn)營機(jī)構(gòu)應(yīng)主力應(yīng)對的重要問題。本文由節(jié)能燈具、供配電優(yōu)化設(shè)計(jì)、合理選擇設(shè)備類型、完善布設(shè)燈具與采用有效的節(jié)能管理模式等層面制定了節(jié)能改造的有效對策。對優(yōu)化高速公路隧道服務(wù)運(yùn)行環(huán)境，合理實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能目標(biāo)，推進(jìn)高速公路建設(shè)事業(yè)的穩(wěn)定、持續(xù)與健康發(fā)展，有重要的實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：高速公路；隧道；供電照明；節(jié)能改造

0　前言

新時(shí)期，我國高速公路建設(shè)事業(yè)實(shí)現(xiàn)了快速迅猛的發(fā)展，相應(yīng)的使隧道建設(shè)環(huán)節(jié)逐步增多。當(dāng)前，關(guān)于隧道照明系統(tǒng)的節(jié)能主體通過選用高功率因數(shù)照明裝置，然而由于設(shè)計(jì)方案存在一定的不合理性，加之運(yùn)營管理工作不科學(xué)，令高速公路隧道照明系統(tǒng)雖然能夠滿足車輛可靠安全的通行，然而照明系統(tǒng)運(yùn)營的成本費(fèi)用卻始終較高。為此，怎樣有效提升隧道照明系統(tǒng)質(zhì)量，同時(shí)有效縮減能源消耗以及隧道工程照明系統(tǒng)運(yùn)營成本，創(chuàng)建更加可靠安全的隧道通行環(huán)境，則變成隧道工程科研設(shè)計(jì)單位、建設(shè)機(jī)構(gòu)以及運(yùn)營服務(wù)單位應(yīng)共同探討并解決的重要問題。

1　高速公路隧道工程供電照明系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)狀況

1.1應(yīng)用較多高能耗照明燈具

當(dāng)前，隧道工程照明系統(tǒng)更多的選擇高功率水平的燈具，例如高壓鈉燈等。該類高功率照明燈具呈現(xiàn)出顯色以及應(yīng)用屬性相對較差的問題。照明燈具光照強(qiáng)度不能利用本身做有效的管控，針對應(yīng)用電壓的要求范圍也較高，同時(shí)使用壽命期限較短。

1.2隧道工程供配電系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)包含較多不合理環(huán)節(jié)

當(dāng)前，隧道工程通常應(yīng)用的供電系統(tǒng)運(yùn)行模式是位于隧道洞口的方位建設(shè)變電所，應(yīng)用0.4千伏低壓線路滿足隧道之中各類用電系統(tǒng)設(shè)施的用電需要。應(yīng)用該類供電模式運(yùn)行的隧道項(xiàng)目，其供電距離在一些時(shí)候會(huì)實(shí)現(xiàn)一千米或是更遠(yuǎn)。恰恰由于低級的電壓水平以及遠(yuǎn)距離的供電傳輸線路會(huì)導(dǎo)致顯著的電力損耗。另外，一些隧道工程洞口變電所之中，在選擇變壓器類型的時(shí)候沒能遵循科學(xué)的原則。當(dāng)前，隧道工程照明系統(tǒng)中應(yīng)用的變壓器多為S9或是SC9類型。設(shè)計(jì)過程中選擇容量通常參考隧道之中以及洞口各類負(fù)荷的總?cè)萘浚?huì)做出一定預(yù)留。

1.3隧道工程照明系統(tǒng)運(yùn)行過程中造成電能浪費(fèi)

隧道工程照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員依照有關(guān)規(guī)范一般將隧道劃分成入口、過渡、中間以及出口等四個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。而過渡段之中則包含兩個(gè)部分，分別選擇在中間段的前方與后部進(jìn)行設(shè)計(jì)。各個(gè)部分距離以及照明則需要考量全年度隧道通行車輛的安全標(biāo)準(zhǔn)要求。在設(shè)計(jì)隧道之中最高照明強(qiáng)度環(huán)節(jié)，則應(yīng)依照全年度隧道之外最高亮度以及最大的車輛通行時(shí)速明確，合理設(shè)定隧道之中各個(gè)部分照明燈具的功率以及具體的分布密度。事實(shí)上，可完成自動(dòng)化控制的隧道照明系統(tǒng)較為有限，一般由于受到線路布線回路的影響限制，僅能實(shí)現(xiàn)兩級或三級人工管理或是自動(dòng)化管控。針對天氣環(huán)境、行車速度、車流量等重要參數(shù)，則基金在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)考量了最大值，令各個(gè)部分的照明距離以及照度由始至終均處在最大值的標(biāo)準(zhǔn)，這樣一來勢必造成了明顯的電能浪費(fèi)，不符合照明節(jié)能、環(huán)保的科學(xué)目標(biāo)。

1.4當(dāng)前隧道工程照明管理運(yùn)營過程中安全運(yùn)行以及節(jié)能發(fā)展目標(biāo)相沖突

一般來講，隧道工程運(yùn)營方為縮減電費(fèi)開支，通常均不選擇應(yīng)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，這是由于當(dāng)前已有的自動(dòng)化控制系統(tǒng)沒能考慮到天氣環(huán)境以及車流量等動(dòng)態(tài)變化的內(nèi)容。事實(shí)上，運(yùn)營方應(yīng)用手動(dòng)管控模式進(jìn)行工作，在規(guī)定要求的時(shí)間通過人工控制完成隧道照明系統(tǒng)的開關(guān)處理，在白天時(shí)段全部照明裝置均開啟，晚上則將一部分照明裝置關(guān)閉。一些運(yùn)營人員認(rèn)為白天時(shí)段存在嚴(yán)重的浪費(fèi)電能現(xiàn)象，因此在一些時(shí)候僅能開啟全目燈。而一天之中隧道洞口之外的亮度會(huì)不斷變化，依照司機(jī)行車由開始進(jìn)入直至開出隧道的整體過程視覺適應(yīng)性要求，如果隧道洞口之外的亮度較高，那么在進(jìn)入隧道洞口的亮度應(yīng)確保同隧道洞口之外亮度、洞口之內(nèi)的亮度形成良好交替。應(yīng)全面考量隧道入口位置洞口釋放出較多的廢氣可能影響到亮度、對比度以及最終的照明效果。因此，在該環(huán)節(jié)之中，應(yīng)確保隧道洞口具備充分的亮度，不然，當(dāng)車輛開入隧道洞口的一剎那，司機(jī)會(huì)產(chǎn)生眼前一片黑暗的感覺，也就是所謂的黑洞效應(yīng)。倘若前方恰好有故障車輛或是行駛速度較慢的機(jī)動(dòng)車，便極有可能導(dǎo)致惡性的連環(huán)撞車事故。

2　高速公路隧道供電照明節(jié)能改造策略

2.1應(yīng)用新型環(huán)保節(jié)能照明燈具

經(jīng)過不斷的試驗(yàn)分析，我們明確，采用光效水平高、應(yīng)用服務(wù)壽命長、環(huán)保節(jié)能、顯色良好、環(huán)保綠色、安全可靠、功能穩(wěn)定的電磁感應(yīng)照明裝置，可有效的減弱隧道工程內(nèi)部以及外部的視覺反差，令司機(jī)或是乘客無論在什么樣的氣候環(huán)境或是一天當(dāng)中的不同時(shí)段，均能夠舒適、安全、快速的通過隧道。因此，世界范圍內(nèi)不同國家均應(yīng)將其作為隧道工程節(jié)能環(huán)保研究的具體方向。電磁感應(yīng)燈具有明顯的優(yōu)勢特征，其功率因素可達(dá)到0.99，即有用功率的比值，這樣一來照明燈具的整體輸入電流便會(huì)較低，且無用功率通常是零，也就是說都是有用功，線路之中承受功率發(fā)揮出了全部的效率，勢必顯著降低了輸入導(dǎo)線的線徑，縮減輸配動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)施的經(jīng)費(fèi)投入，節(jié)約電能。

排除電磁感應(yīng)照明裝置之外，LED白光燈同樣為一類具有良好發(fā)展前途裝置。首先，LED白光燈為依照光學(xué)以及色度原理，通過已知色光LED技術(shù)進(jìn)行合成的。該類照明系統(tǒng)裝置體現(xiàn)出色彩飽和性強(qiáng)、光衰較慢、照明作用范圍較大、環(huán)保節(jié)能、光束不會(huì)形成較高熱量以及應(yīng)用壽命較長的現(xiàn)實(shí)特征。同傳統(tǒng)白光源比對，LED白光燈耗能僅僅為前者的百分之八十至百分之九十。

LED白光燈在隧道工程照明系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用，應(yīng)全面依照隧道工程各個(gè)范圍區(qū)域的亮度標(biāo)準(zhǔn)，選擇功率水平與之相適應(yīng)的照明裝置。一般，隧道工程內(nèi)部全段裝設(shè)基礎(chǔ)的照明燈具，位于入口以及出口位置依據(jù)不同區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)要求增加增強(qiáng)照明裝置，以完成各個(gè)不同區(qū)段的有效亮度管控。在設(shè)計(jì)布置隧道工程照明燈具的過程中，不僅應(yīng)考量具體的亮度分布，同時(shí)還應(yīng)衡量閃光性、誘導(dǎo)性、照明燈具便利維修管理性，因此可通過位于隧道工程上部中排安排布燈的模式，預(yù)防照明燈具不連續(xù)直射光從側(cè)面位置照射到車輛駕駛室進(jìn)而形成閃光問題。為有效預(yù)防閃光效應(yīng)，則可將頻率控制在2.5赫茲之下或是在15赫茲之上，進(jìn)而確保亮度更加均勻。照明燈具應(yīng)采用線形分布的方式，且逆光進(jìn)行布置，并完成十五度至三十度角度的固定，令光線能夠向車輛的前行方向照射。再者，應(yīng)采取自動(dòng)化調(diào)光管理系統(tǒng)，確保整體隧道滿足基本照明需求。位于隧道入口以及出口位置應(yīng)選擇增強(qiáng)照明，根據(jù)隧道工程外界亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，決定是開啟還是關(guān)閉。一般來講，白天時(shí)段應(yīng)采用增強(qiáng)照明，而傍晚時(shí)段則可將其關(guān)閉，僅開啟基本照明便可。隧道工程照明系統(tǒng)之中采用LED白光燈具不僅要符合隧道工程對于燈具光通量、應(yīng)用壽命、光效、運(yùn)行特征、光色、配光管理難易性、顯色性等標(biāo)準(zhǔn)要求，還應(yīng)節(jié)省運(yùn)行管理以及維護(hù)控制的成本費(fèi)用，確保經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性的運(yùn)行。

2.2優(yōu)化供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，科學(xué)實(shí)施設(shè)備選型

配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，可選擇中壓供電運(yùn)行模式，更新以往長距離隧道洞口處建設(shè)變電所的傳統(tǒng)方法?？赏ㄟ^十千伏中壓進(jìn)洞供電模式達(dá)到良好效果。該技術(shù)在國內(nèi)外較為成熟，采用先進(jìn)設(shè)備以及專用供電設(shè)施，因此極為適合于在高速公路工程項(xiàng)目中全面推廣應(yīng)用。

該系統(tǒng)模式主要包含升壓站、變壓器裝置、防滲漏專用插頭等高速公路工程中采用此技術(shù)模式優(yōu)勢在于，可實(shí)現(xiàn)高可靠的供電，且占地面積較小，產(chǎn)生的損耗較低且溫升較小，不會(huì)產(chǎn)生明顯的噪聲且所需的維護(hù)任務(wù)量較少。采用分路器裝置可令電網(wǎng)系統(tǒng)在一定范疇中實(shí)現(xiàn)隨意拓展，降低低壓損耗，有效解決布線難題，縮減抵押電路線徑，并使有色金屬材料用量顯著降低。

2.3完善燈具布設(shè)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)隧道工程照明系統(tǒng)過程中一般來講入口以及出口位置燈具照度以及密度應(yīng)最大，而中間區(qū)域則可合理縮減。該位置布設(shè)燈具的長度則是最長的，其他各個(gè)區(qū)域布設(shè)燈具的長度應(yīng)依照隧道工程具體長度以及需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。依照我國公路隧道通風(fēng)

照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，隧道工程照明系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)應(yīng)衡量具體的通行車流量以及行駛速度等因素，因此對隧道之中燈具照度的選擇產(chǎn)生影響的因素包含車輛通行速度、車流量以及隧道之外的亮度等。如果平均車速水平較高，則應(yīng)依照標(biāo)準(zhǔn)合理的提升入口位置以及過度位置的照明長度以及照度，中間以及出口位置照度也需要合理的提升，相反來講則應(yīng)降低。通過相關(guān)調(diào)查研究與現(xiàn)場實(shí)際測量，車輛進(jìn)入隧道洞口后，通常會(huì)降低行駛速度，一般會(huì)比正常速度降低百分之三十，因而在分析車速對于隧道之中各個(gè)位置照明亮度以及長度產(chǎn)生的影響之時(shí)，應(yīng)充分考慮到上述實(shí)際情況。在交通量迅猛增加時(shí)，則在入口、過度以及中間、出口位置的照度也應(yīng)隨之增加，相反則可合理降低。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，依照設(shè)計(jì)要求，可省略隧道洞口十米范圍內(nèi)的增強(qiáng)照明裝置。單向隧道之中，照明系統(tǒng)長度可區(qū)別于入口位置，一般長度為六十米為易，并可省略數(shù)十米長度的入口位置高密性燈具。

3　結(jié)語

總之，高速公路供電照明節(jié)能改造仍舊有很長的路要走，針對當(dāng)前我國具備的較大節(jié)能潛力，我們更應(yīng)進(jìn)一步深入探索并積極嘗試應(yīng)用科學(xué)的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)隧道技能照明。在確保車輛通行順暢、安全，駕駛員視覺舒適性的基礎(chǔ)上，應(yīng)利用科學(xué)合理的技能改造對策，創(chuàng)新運(yùn)營管理工作模式，通過有效的節(jié)能產(chǎn)品以及技術(shù)手段，方能顯著降低照明系統(tǒng)能耗，實(shí)現(xiàn)環(huán)保高效的工作目標(biāo)，并真正向著又好又快的發(fā)展方向努力前行。

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Highway tunnel lighting energy-saving power supply research

Wu YueFeng

(China Railway 15th Construction Bureau Company Limited,Shanghai,201615)

Abstract：With the rapid development of modern society and the continued deepening of the market economy the pace of construction,the construction of highway construction projects and improve efficiency, and powered lighting project investment funds have gradually become among the operating units need to take a larger burden.How to effectively reduce energy consumption,it becomes an important issue tunnel engineering and operators should be the main response.This paper consists of energy-saving lamps,power supply and distribution optimization design, selecting the type of device,perfect layout with the use of effective energy-saving lighting management and other aspects of the development of an effective energy-saving countermeasure.

Keywords：highway;tunnel;powered lighting;energy-saving