隧道电气设计中应注意的几个问题分析

2021-05-04马超张元杰

运输经理世界 2021年17期

马超、张元杰

（重庆电子工程职业学院，重庆401331）

0 引言

城市市政隧道在缩短行车里程、提高车辆通行速度方面发挥重要作用，给人们的出行带来便利，推动城市经济发展。所以，在城市市政建设中，隧道设计工程占据重要地位。在城市市政隧道高速发展中，一些设计问题逐渐暴露出来，对隧道的发展带来极大的影响。若隧道工程的电气质量、安全、运行无法得到保障，必然会影响隧道的正常运行。所以，当前需要考虑的主要问题是，如何提高隧道电气设计水平。隧道工程本身就比较复杂，具有较高的技术性、专业性，正因如此，电气设计也需要进行科学规划、合理统筹、综合考量。本文着重分析了隧道电气设计中应注意的问题，以此为提高城市市政隧道建设质量提供参考。

1 隧道供配电系统分析

隧道与普通道路工程不同，属于一种特殊的构造物，不仅建造的地理位置偏僻、环境复杂，且隧道还属于一种隐蔽工程。基于隧道工程的特殊性和复杂性，对工程设计也提出了更高的要求。在隧道工程建设中，供配电系统是尤为重要的组成部分，供配电系统是否能够正常、安全、稳定、持续地运行，直接决定了隧道工程的运行安全。所以加强对隧道工程供配电系统建设的重视，提高隧道工程供配电系统的设计水平至关重要。作为隧道工程中的供配电系统，首先必须满足供电可靠性的要求。如果在隧道施工过程中，供电出现故障或问题，很有可能会对施工人员的生命安全造成威胁，甚至会因为供电故障导致各种安全事故的发生。若在隧道工程使用过程中，出现供电问题，则会对隧道行车安全造成威胁，严重的会导致生命财产的损失。为了保证隧道工程中供配电系统的供电可靠性，在隧道电气设计过程中，就需要严格按照国标《供配电系统设计规范》（GB 50052—95）中的相关设计规范开展设计工作。对于隧道工程的一级负荷，在供电系统中应有2 个电源同时供电，如果其中1 个电源断电了，那么另外的电源不会受到影响，能继续保持供电。隧道工程的二级负荷，应采用两回线路供电，且要采用独立电源。为了达到不间断的供电装置，可以采用蓄电池。

2 隧道电气设计中应注意的问题

2.1 隧道供配电设计

供配电设计与照明设计、消防设计、智能化设计等隧道设计内容有着密切联系，应该要按隧道实际情况、有关设计具体布置，科学地设计隧道的进口、中部与出口。常使用的方法包括两路双重的10kV 供配电，能使有关设备的实际供电需求得到满足；要想达到良好的供电效果，可以对一级负荷进行UPS、EPS设置。在设计隧道供配电中，白天供电，电压会有很多负载，出现电压降低的现象；晚上则相反，会出现电压升高的情况。这就导致灯具处于一个不稳定的状态下，如果电压较高，将增加灯具的功耗，影响钠灯的使用寿命。所以，优化隧道供配电设计是一项不可忽视的环节，只有做好这项工作，才能保障电网质量[1]。

2.2 隧道照明系统设计

从实际情况来看，隧道照明系统相比以往产生了一些变化，从智能化朝着可持续化、智慧化方向发展。二次配光技术、逆光照明的原理十分常见，也可以采用LED 灯、光纤维隧道灯替换传统的高压钠灯，由此达到节约能源的目的。我国隧道照明发展起步比较晚，整体水平存在很大的差距，但是近年来的发展取得了良好效果。在《公路隧道照明设计细则》（JTG/T D70/2-01—2014）中，主要对隧道照明系统的应用发展进行了规范说明，为我国隧道照明系统的发展指明了方向，且完善了隧道照明系统。

对于隧道工程照明系统的设计来说，其要点包括这几个方面：首先，从照明学的角度来看，为了防止眩光问题的发生，隧道照明应对隧道入口段、中间段、出口段的照明进行把握。面对光都要有一个适应的过程，尤其是当光强度变化时。车辆在行驶过程中，其速度相对比较快，进入隧道后，人们需要几秒钟适应光度的变化[2]。白天，车辆驾驶人员进入隧道时，隧道内部、外部的光线有着显著的差异，极易产生黑洞效应的问题。当车辆驶到隧道出口时，也会因为隧道口光线太亮，出现白洞效应，这将会增加交通安全事故发生概率。为了避免这一问题的发生，将有效的照明方法应用于隧道内部，缩小隧道内部、外部的光亮差异。其次，现今的隧道照明方法是在视觉条件前提下，满足隧道工程整体照明要求，还要重视节能控制。比如，隧道的光度在白天、晚上都存在差异，要采用各种不同调光设备来调整与控制隧道照明环境。可将自适应模糊控制技术应用于隧道工程中，满足不同阶段的照明需求。为了实现隧道工程照明节能设计，选择隧道灯具光源时，应综合考虑多个因素，包括显色性、使用寿命等。高压钠灯、荧光灯、低压钠灯、高压汞灯是比较常使用的灯具。相比其他光源，低压钠灯的光效更高，但是也存在一些缺点，如显色性较差，使用时间较短。高压汞灯光效不高，极易吸引蚊虫，且无法达到调光的效果。高压钠灯光效高，且使用寿命相对比较长，透雾性能较好，是良好的公路隧道照明光源。而荧光灯也是常见的城市隧道灯，光效好、寿命长均是其突出的优点，还有良好的显色性，所以，其应用价值比较显著。

隧道灯具都采用节光型灯具，能达到避免产生眩光的效果。采用放射式结构的光学系统，重新分配光源光通量的主要部件是反射器。通过反射器，能将光源发出的光投入到需要的方向。

灯具应该有较高的光效，这样才能达到绿色照明的要求。隧道灯具的光效与诸多方面有着密切联系，包括反射器的材料、光学设计等。从实际情况来看，隧道灯具光效指标为0.5 左右，很多灯具会使光源发出的光能产生一定损失，且有着较低的能量利用率；同时，由于很多光能没有放射出灯具，将会使灯具温度升高，减少灯具的使用寿命。选择公路隧道灯具时，应考虑隧道各个方面的要求，包括隧道特征、行车要求等，保障光学设计的科学性。当前很多国家采用先进的逆光照明技术，能够实现对前方车辆的准确辨认[3]。公路隧道照明的主要方式是对称步灯，一座2000m 长双洞单向行车隧道，需要1000 套左右的灯具，功率是100kW，较传统灯具能节省30%的投资和30%运营电力费。逆光照明灯的优势体现在节能省电方面，所以，应将其广泛应用于隧道绿色照明中。另外，还要采用高反射率的材料作为灯具反射器。采用高纯铝、不锈钢材料作为隧道灯具，表面需进行抛光处理，以此提高反射率，提高灯具的光通维持率。

2.3 隧道电气节能设计

要想达到隧道电气节能施工效果，首先，隧道电气施工要符合国家相关规范规定，且要完善隧道电气节能施工的规范制度，使隧道工程的质量安全得到保障。其次，应遵循相应的原则，即节能施工、降低电能消耗。因此，在施工中应对消耗环节进行明确，完善节能方案，使隧道电气节能效果得以实现[4]。比如，在隧道施工过程中，施工单位应该基于绿色环保的需求，尽量选择节能环保材料，隧道中变电所的位置应尽量设置在负荷中心，缩短供电距离，从而达到减少压降损耗的目的。在电气节能设计过程中，施工单位还可以考虑将埋地变压器分散部分在负荷中心，使低压供电半径控制在数百米内，由此达到降低电能损耗的效果，且使有色金属的消耗作用大大降低。在隧道工程中，应该满足绿色照明的需求，可应用高光灯具，采用电子整流器替代电感整流器，使设计达到电气节能的效果。另外，还要考虑实际经济效益。因此，科学地选择隧道电气设计方案，合理地应用施工材料和设备，不仅能达到良好的经济效益，还能实现节能施工的效果。

3 隧道电气施工的要点

3.1 供电系统施工

隧道供电系统的安装主要包括安装配电柜、各个等级电压变电站、地埋式变压器等，还要做好隧道供电系统的施工，实现隧道工程的给排水、通风照明等工作。为了保障隧道供电系统的有效性，可采用两台独立的变压器侧馈线柜，设置在变电站内部，也就是采用双电源供电。另外，需要保障隧道应急照明系统的连续性，置好隧道EPS 电源。在隧道工程运行过程中，存在较多不确定性因素，而很多情况的发生也具有难以预防和控制的特点。基于此，在供电系统施工过程中，需要重视对应急电源的设计。在规划过程中，要结合隧道供电系统的实际情况，合理选择应急电源。施工单位要从多方面综合考虑，确定实际负荷是1 级、2 级还是3 级，运行时间以及能源需求，最终选择适宜的应急电源。一般在施工中，可用于隧道的典型备用电源是备用发电机、柴油发电机、备用电源、回路电源的结合应用。

3.2 照明系统施工

隧道的照明灯具就是所谓的隧道照明系统，种类比较多，施工任务比较繁重。施工的质量将极大地影响后期的灯具使用情况。因此，不同位置的隧道照明灯的安装过程以及取得的照明效果均有所不同。为了保证灯具的美观性，可采用LED 灯，要注意对称安装布置。一般采用三分之一的基本照明实现应急照明，将LED 灯以拱顶的布置方式应用于车行通道、人行通道的照明安装中。在实际施工中，应正确地敷设线缆，且应按照隧道照明系统的设计图。检验隧道照明灯的实际投射效果。

3.3 隧道照明与节能、监控的矛盾

对于隧道管理来说，隧道监控发挥着重要作用。在隧道监控工作中，极易与隧道照明产生矛盾，而导致矛盾的主要原因是夜间照明。为了达到省电的目的，运营人员在夜晚来临时，将隧道内的灯关闭。当前非红外线摄像头广泛应用于国内隧道中，夜间隧道内无照明，摄像头无法正常工作，浪费了摄像头和监视设备的电能。这种间断的监控与隧道内所需的监控要求不相符，在夜间无法了解隧道内的情况。在车辆出现故障之后，不仅无法取得良好的监控效果，且无法提供必要的照明。在设计中，应充分考虑当隧道发生紧急情况时，隧道内灯具应能根据需要自动对照明亮度进行控制。比如，隧道内如果发生火灾，系统应自动点亮所有的灯具，且系统的手动控制能够在监控中心、隧道管理房等多处实现。综合考虑包括安全、节能、监控等方面因素，夜间在隧道内提供照明是很有必要的。