張沛廣

照明是工程交通洞建設中重要組成部分，為施工材料及設備運輸提供可靠的保障，因此洞內照明燈是交通洞的運行不可缺少的一環(huán)。工程運行單位經常反應以往工程中的照明采用的大部分都是鈉燈，具有損耗高、更換繁瑣、運維成本高的缺點。本文通過針對燈具選型的對比，為后續(xù)其他工程的照明設計提出了設計思路和參考價值。

1 工程狀況

阿爾塔什水利樞紐是塔里木河主要源流之一的葉爾羌河流域內最大的控制性山區(qū)水庫工程，位于喀什地區(qū)莎車縣霍什排甫鄉(xiāng)和克孜勒蘇柯爾克孜自治州阿克陶縣的庫斯拉甫鄉(xiāng)交界處。工程任務為在保證向塔里木河干流生態(tài)供水目標的前提下，承擔防洪、灌溉、發(fā)電等綜合利用，電站裝機容量755 MW，屬于本樞紐為大（1）型Ⅰ等工程。樞紐工程由攔河壩，1#、2#表孔溢洪洞，中孔泄洪洞，1#、2#深孔放空排沙洞，發(fā)電引水系統，電站廠房，生態(tài)基流引水洞及其廠房，過魚建筑物等主要建筑物組成。

1#交通洞布置在左岸，全長約1.8 km，用于連接阿爾塔什水利樞紐壩區(qū)左岸平臺和3#公路。1#交通洞洞寬7.2 m，弧頂高7.1 m，整個交通洞共設置2臺箱變，容量均為30 kVA，分別布置在進洞口的450 m和1 350 m處。交通洞照明如圖1所示。

圖1 交通洞照明示意圖

2 照明燈的選擇

2.1 照明燈防護等級及安裝方式

由于本工程污穢等級為e級，地震烈度為Ⅷ度，故本工程對燈具的采購和安裝具有較高的要求，因此，燈具選用IP65，防腐等級采用WF2，安裝處燈具固定點及電氣接線點采用軟連接。

2.2 照明燈光通量及功率

根據NB/T 35008—2013《水力發(fā)電廠照明設計規(guī)范》隧洞過度段長度宜采用40 m，且采用均勻布置的方式，照明燈從3#公路進口0～55 m，為過渡段，燈的間距為5.5 m，共計11盞燈；55 m到1 749 m，燈的間距為11 m，共計154盞燈；1 749 m到1 809.5 m，燈的間距為5.5 m，共計11盞燈?？紤]到交通洞高7.1 m，洞內車輛設計時速不大于20 km/h，考慮到整個交通洞全天運行，因此全段照度值取30 lx。

現對燈具進行初步選定，全洞內大致分為兩種燈具分布，一種是5.5 m間距，一種是11 m間距，由于燈具布置規(guī)律且數量大，為簡化計算，僅考慮2套照明燈照度疊加。

2.2.1 間距5.5 m照明燈的照度計算

由于本工程采用的單套照明燈作為一個點光源，單套燈具光照立體角按180°計，距離燈具中心水平距離2.75 m處為最遠處，光通量計算如下。

（1）點光源在水平距離2.75 m處的水平照度單位分量：

式中θ——被照面的法線與入射光線的夾角；

h——點光源S至特定點P的垂直高度，m；

l——點光源S至計算點的水平距離，m。

（2）點光源的最小光通量取值：

式中φ——點光源的光通量，lm；

Eh——點光源照射在2.75 m處產生的水平照度，取30 lx。

2.2.2 間距11 m照明燈的照度計算

由于本工程采用的單套照明燈作為一個點光源，單套燈具光照立體角也按180°計，距離燈具中心水平距離5.5m處為最遠處，光通量計算如下。

（1）點光源在水平距離5.5 m處的水平照度單位分量：

式中θ——被照面的法線與入射光線的夾角；

h——點光源S至特定點P的垂直高度，m；

l——點光源S至計算點的水平距離，m。

（2）點光源的最小光通量取值：

式中φ——點光源的光通量，lm；

Eh——點光源照射在5.5 m處產生的水平照度，取30 lx；

通過兩種間距燈具的對比，取最大值，因此選擇光通量不小于9 616.1 lm的照明燈。

2.2.3 照明燈的燈源類型

初步確定兩個方案，方案1采用100 W的隧道鈉燈，方案2采用交通洞專用LED燈。根據廠家資料可知，照明燈參數見表1。

表1 燈具參數對比表

根據廠家資料可知鈉燈和LED燈光衰曲線圖如圖2所示。

圖2 LED燈與鈉燈光衰對比圖

根據廠家樣本單套LED燈壽命不小于60 000 h，由圖2可知，當運行小時數達到40 000 h時，光衰按照3%計，光通量為9 680 h。因此運行時間按40 000 h計。

根據廠家樣本，單套鈉燈壽命不小于10 000 h，由圖2可知，當運行小時數達到5 000 h時，光衰按照5%計，鈉燈光通量為9 680 h。因此當運行時間采用40 000 h時，隧洞每個鈉燈需要更換8次，即8套。

根據《自治區(qū)發(fā)展改革委關于新疆電網電價調整有關事宜的通知》1～10 kV工業(yè)用電電價為0.378元/（kW·h），本次對比暫按0.378元/（kW·h）計。

（1）若采用LED燈，則照明燈在40 000 h內產生的總費用：

式中T1——40 000 h產生的總費用，元；

N——燈具數量，取176個；

C——每度電的電價，取0.378元/（kW·h）；

t——時間，取40 000 h

p——單個燈具的功率，取0.1 kW；

a——單個燈具價格，取1 200元；

b——40 000 h內需要替換燈具的數量，取1；

d——單套燈具施工安裝費用，由于本工程地處偏遠，根據現場提供的資料，考慮到交通燈各項費用，施工安裝費取100元/套。

（1）若采用鈉燈，則照明燈在40 000 h內產生的總費用：

式中T1——40 000 h產生的總費用，元；N——燈具數量，取176個；

C——每度電的電價，取0.378元/（kW·h）；

t——時間，取40 000 h；

p——單個燈具的功率，取0.15 kW；

a——單個燈具價格，取800元；

b——40 000 h內需要替換燈具的數量，取8；

d——單套燈具施工安裝費用，由于本工程地處偏遠，根據現場提供的資料，考慮到交通燈各項費用，施工安裝費取100元/套。

綜上所述，采用鈉燈不僅造價高，二次后期運行更換比較頻繁，綜合考慮，因此采用100 W的LED燈。

3 照明燈的校驗

根據NB/T 35008—2013《水力發(fā)電廠照明設計規(guī)范》，由上可知，照明燈的光通量為11 000 lm。

（1）為簡化計算，間距5.5 m的燈具中，取交通洞進口第1套照明燈正下方S1點的照度（忽略燈具外的光照）為：

式中Eh1——交通洞第1套照明燈照射在特定S1產生的水平照度，lx；

h——交通洞第1套照明燈至特定點S1的垂直高度，m；

l——交通洞第1套照明燈至特定點S1的水平距離，m；

θ——被照面的法線與入射光線的夾角，取0。

（2）為簡化計算，間距5.5 m的燈具中，求交通洞進口第2套照明燈在S1點的照度（忽略燈具外的光照）為：

式中Eh1——交通洞第2套照明燈照射在特定S1產生的水平照度，lx；

h——交通洞第2套照明燈至特定點S1的垂直高度，m；

l——交通洞第2套照明燈至特定點S1的水平距離，m；

θ——被照面的法線與入射光線的夾角，由式（3）可知cosθ取0.79；

因此，在S1點的照度可知

同理，依次類推，交通洞實際整體照度如下表所示。

間距5.5 m燈具照度見表2。

表2 交通洞間距5 m的LED燈照度分布表 lx

間距11 m燈具照度見表3。

表3 交通洞間距11 m的LED燈照度分布表 lx

最小照度為69 lx，滿足工程規(guī)范要求。

4 結 語

最終本工程1#交通洞照明燈采用GF9031的100 W的LED泛光燈，防腐等級WF2，防護等級IP66，功率因數大于0.95，整燈的光通量11 000 lm。目前本工程交通洞施工及照明已投入運行，通過對照度的簡單計算，滿足工程規(guī)范要求。通過對燈具類型的選擇及校驗，總結如下：

（1）實際工程照明設計中，主要是針對照度的要求，因此在實際情況比較復雜，如果層層疊加取系數，計算復雜；在實際應用過程中可以忽略影響較小的因素，簡化計算，前期可按照最小運行方式進行初步估算，選定燈具參數后，最終校驗確定照明參數。

（2）鈉燈目前在市場已被淘汰，根據對比可知，LED燈損耗小，壽命長，雖然單套成本高，但是從整個工程投入運行期進行對比，總體造價低。