高速公路隧道配电照明节能分析

倪利锋

中国联合工程有限公司 浙江 杭州 310000

高速公路隧道配电照明是隧道交通安全保障的重要基础，它在为驾驶员提供安全照明便利的同时，也实现了对隧道车流的有效疏导，避免出现隧道内交通拥堵问题，有效缓解交通运输压力。从消解驾驶员所产生的视觉“黑洞效应”、降低隧道交通事故风险几率层面讲，高速公路隧道配电照明工程的实施是非常有必要的。

一、高速公路隧道配电照明的用电等级

高速公路隧道配电照明在用电等级方面相当严谨，一般采用一级配电与二级保护方式，整体供电设计追求严谨，在隧道用电等级与隧道供电电压方面需要分别提出要求。首先是隧道用电等级方面，需要根据施工现场需要与用电量分布情况进行分析，合理提出布局供电线路与供电设备，再设置用电等级；其次要确定电源进线、变电所配电室的配电装置、用电设备的位置与线路走向等等。在负荷计算方面应该按照用电设备对隧道配电照明工作中的最大负荷计算内容进行分析，并选择变压器与电线规格型号。另外要绘制临时用电工程平面图、配电装置布置图、配电系统接线图以及接地装置设计图，做好变压器与配电室防护装置设置；在隧道供电电压用电等级方面，需要在长距离供电方面采用10k V供电，在经过变压后调整用电设备供电，明确用电等级。供电线路方面一般采用380V/220V三相五线系统，且作业地段照明电压≤36V，成洞地段方面可采用220V，另外低压线路末端电压≤10%[1]。变压器容量应该参考电气设备用电总容量进行确定，保证单台设备容量超过变压器容量的1/3时，需要考虑增加启动附加容量。

假设隧道长度L为500m～1000m，其供配电系统的用电负荷等级应该按照封闭长度划分、隧道类型进行设置。如果隧道为三类隧道，可参照国家对用电负荷分级原则，采用二级用电负荷等级。就供电电源与容量而言，需要通过隧道变电所分析各类用电负荷分布基础，结合经济技术比较调整供电要求，再结合隧道主线走向设置两路10k V电源进线，一用一备。而每路10k V电源电缆线均能承担100%的用电负荷，它的10k V电源均引自于110k V变电站[2]。

在具体施工中，主要针对高速公路隧道设置附属构筑物，预留远期接口接配电回路，电源主要从近期设置变电所引出。在该过程中，需要提高用电负荷功率因数，而无功功率补偿方面采用低压侧集中和分散结合方式。而在变电所低压母线侧则设置了无功功率因数自动补偿装置，其中电容器方面则采用自动循环投切方式，要求补偿后功率因数可达到0.9以上。在配电原则方面，主要针对分散设备展开，率先保证供电距离较远的用电设备拥有较高电压水平，可考虑采用放射式配电方式，而对负荷不大且均匀分布的用电设备可采用树干式配电方式。在隧道内的消防应急照明灯具与疏散指示标志处理方面配置蓄电池，保证连续供电时间均在1.5小时以上[3]。

二、高速公路隧道配电照明的配电计量与保护

在高速公路隧道配电照明的配电方式方面采用到了继电保护，其中采用到10k V电源进线柜，同时设置电流速断即延时过电流保护，而10k V母线联络柜方面设置电流速断保护。变压器柜方面设置了电流速断、过电流、过负荷、低压侧单相接地保护、轻重瓦斯保护、温度保护。低压进线总开关位置设置过载延时、短路速断保护。高压配电系统方面采用到了智能微机电力监控仪，其中集电气参数检测、保护、通讯和控制于一体，如此可实现智能型继电保护，实现定时或实时采集功能并面向主机传输数据。另外还有低压系统智能电量仪表，它采用定时或实时采集功能并面向主机传输数据。整体看来，高速公路隧道配电照明的配电方式多样，所选用设备和主材内容突出，性能可靠，技术先进，便于维护，符合高速公路隧道工程项目的特殊环境与隧道照明要求[4]。

三、高速公路隧道配电照明的节能管理策略

高速公路的隧道配电照明主要消耗在隧道出入口位置。为同时做到隧道内部灯源光照亮度提高、实现隧道节能照明优化，可选择在洞口两侧铺设浅色瓷砖，配合白色涂料，提高反光效果，有效提升隧道内亮度。另外，需要结合隧道实际环境引进隧道建设思维，科学利用地形环境特点进行分析，制定出一套永久性减弱洞口光照亮度的有效方案。一般来说隧道耗电量较大，且清洁能源无法完全供应隧道用电实际需求，为此必须采用辅助用电模式，如此配合风能与太阳能供电方式，最大限度减少能源消耗，节约资金成本。就以双洞四车道隧道为例，其中每个隧道的进口、出口洞外亮度都按照3500cd/㎡进行设计，为有效避免车辆进出下穿通道产生“黑洞”与“白洞”效应，将对驾驶员的视觉观感不适度降到最低，需要对出入口段亮度设计进行优化。将隧道照明分为入口段、过渡段、中间段出口段。其中对入口段与出口段设计方面应该围绕其照明区间进行调整，通过过渡段设计防止推迟亮度适应由于推迟亮度适应而降低适度所设的照明区间，中间段为隧道内部除出入口、过渡段的区间照明。在隧道配电箱配置方面，需要为远期预留配电回路。而在隧道入口段则可设定亮度为L20，如此可加强洞口光照反射效果，如此可实现对隧道光线的有效过渡。在该过程中，还需要设计减光结构，有效减轻眼部不适，同时做好节能保护，如此节约大量隧道维护保养费用[5]。

高速公路中应该设计智能化照明控制系统，传统照明时序进行有效分级控制，解决照明曲线不符合实际这一缺陷问题，避免出现隧道过度照明与无效照明问题。智能控制系统中采用到了传感技术、计算机技术等等，这些技术可结合隧道内外亮度差进行设计，同时规划交通运输量因素，实施智能化调节，在保证高速公路隧道照明亮度的同时再保证做到能源节约。另一方面，通过光纤传导技术中的光学元件改变光的传递方向，确保光伴随光纤进行传导，如此可保证光被投射到指定地点上，有效提高光的利用效率。另外，光纤传导还会将自然光引入到隧道中，有效降低能源供应成本[6]。

在隧道应急照明方面，一旦发生事故灾害进行分析，确保电源停电时启用应急照明与诱导指示照明，确保应急照明标准不低于基本段亮度的10%，且不应低于0.2cd/㎡，同时保证供电电源连续供电时间在1.5小时以上。在隧道接地与安全保护方面采用低压配电系统，其中配备用三相四线制TN-S保护系统，主要对配电设备与金属构件、支架的外露可导电部分、装置外可导电部分进行连接(与PE线连接)。另外在进出隧道的金属管道与建筑物金属构件上设置等电位联结。

四、高速公路隧道配电照明的智能监控

针对高速公路隧道的配电照明设计智能监控技术体系，需要明确设计范围与等级，同时设计火灾探测报警设施，实施中央控制管理，其设计内容就包括了隧道监控系统(主要为设备监控系统、视频监控系统)、紧急电话系统、火灾自动报警系统以及电源防雷系统等等。隧道监控与报警系统采用到了完全开放式的集成系统，其所承载的技术设备配备与发展到位，同时支持多种联网组合，其系统开放性为消防无线信号联网引入隧道提供相应接口设施。具体来说，为确保隧道安全畅通运营，需要提高隧道内车辆通行能力，优化管理隧道防灾能力，追求“以人为本”的隧道科学化应用、维护与管理原则。再者，需要建立智能化模式，并对火灾自动报警与联动模式进行设计优化，优化节能模式，争取建立多系统集成综合智能监控系统，保证实现对隧道管理的智能化操作。在该过程中，要始终保持系统集成综合智能监控系统独立性，却赋予其自诊断功能，及时准确发现隧道照明系统异常与故障问题，迅速排除故障问题。再者，应该根据系统选型考虑隧道照明配电工作环境，最大限度成熟先进技术与朝南品，结合关键设备采用计算机系统中的冗余配置，围绕子系统配置与控制建立模块化结构体系，保证系统应用安全可靠性。另外应该在监控系统中增加MTBF，如此调整照明配电节能操作，升级维修要求，保证隧道内所有照明配电设备的防护等级都能达到IP65[7]。

总结

高速公路隧道照明系统在运营管理方面要点颇多，还存在诸多不足问题，所以还要围绕节能方面作出更多努力。具体来说，就要遵循国家政策对高速公路隧道建设进行调整，提出照明系统配电丰富技术性对策，同时更多借鉴国内外先进隧道照明技术，对照明配电的设计与运营模式进行有效完善，进而建立一套标准且高效的高速公路照明评价体系，充分利用各种清洁能源、智能控制系统对高速公路隧道照明配电技术内容进行调整优化，同时减少电能的无用消耗，对高速公路隧道项目实施照明配电系统的动态化管理。