关于交通洞新型节能照明灯的选型与分析

张沛广

照明是工程交通洞建设中重要组成部分，为施工材料及设备运输提供可靠的保障，因此洞内照明灯是交通洞的运行不可缺少的一环。工程运行单位经常反应以往工程中的照明采用的大部分都是钠灯，具有损耗高、更换繁琐、运维成本高的缺点。本文通过针对灯具选型的对比，为后续其他工程的照明设计提出了设计思路和参考价值。

1 工程状况

阿尔塔什水利枢纽是塔里木河主要源流之一的叶尔羌河流域内最大的控制性山区水库工程，位于喀什地区莎车县霍什排甫乡和克孜勒苏柯尔克孜自治州阿克陶县的库斯拉甫乡交界处。工程任务为在保证向塔里木河干流生态供水目标的前提下，承担防洪、灌溉、发电等综合利用，电站装机容量755 MW，属于本枢纽为大（1）型Ⅰ等工程。枢纽工程由拦河坝，1#、2#表孔溢洪洞，中孔泄洪洞，1#、2#深孔放空排沙洞，发电引水系统，电站厂房，生态基流引水洞及其厂房，过鱼建筑物等主要建筑物组成。

1#交通洞布置在左岸，全长约1.8 km，用于连接阿尔塔什水利枢纽坝区左岸平台和3#公路。1#交通洞洞宽7.2 m，弧顶高7.1 m，整个交通洞共设置2台箱变，容量均为30 kVA，分别布置在进洞口的450 m和1 350 m处。交通洞照明如图1所示。

图1 交通洞照明示意图

2 照明灯的选择

2.1 照明灯防护等级及安装方式

由于本工程污秽等级为e级，地震烈度为Ⅷ度，故本工程对灯具的采购和安装具有较高的要求，因此，灯具选用IP65，防腐等级采用WF2，安装处灯具固定点及电气接线点采用软连接。

2.2 照明灯光通量及功率

根据NB/T 35008—2013《水力发电厂照明设计规范》隧洞过度段长度宜采用40 m，且采用均匀布置的方式，照明灯从3#公路进口0～55 m，为过渡段，灯的间距为5.5 m，共计11盏灯；55 m到1 749 m，灯的间距为11 m，共计154盏灯；1 749 m到1 809.5 m，灯的间距为5.5 m，共计11盏灯。考虑到交通洞高7.1 m，洞内车辆设计时速不大于20 km/h，考虑到整个交通洞全天运行，因此全段照度值取30 lx。

现对灯具进行初步选定，全洞内大致分为两种灯具分布，一种是5.5 m间距，一种是11 m间距，由于灯具布置规律且数量大，为简化计算，仅考虑2套照明灯照度叠加。

2.2.1 间距5.5 m照明灯的照度计算

由于本工程采用的单套照明灯作为一个点光源，单套灯具光照立体角按180°计，距离灯具中心水平距离2.75 m处为最远处，光通量计算如下。

（1）点光源在水平距离2.75 m处的水平照度单位分量：

式中θ——被照面的法线与入射光线的夹角；

h——点光源S至特定点P的垂直高度，m；

l——点光源S至计算点的水平距离，m。

（2）点光源的最小光通量取值：

式中φ——点光源的光通量，lm；

Eh——点光源照射在2.75 m处产生的水平照度，取30 lx。

2.2.2 间距11 m照明灯的照度计算

由于本工程采用的单套照明灯作为一个点光源，单套灯具光照立体角也按180°计，距离灯具中心水平距离5.5m处为最远处，光通量计算如下。

（1）点光源在水平距离5.5 m处的水平照度单位分量：

式中θ——被照面的法线与入射光线的夹角；

h——点光源S至特定点P的垂直高度，m；

l——点光源S至计算点的水平距离，m。

（2）点光源的最小光通量取值：

式中φ——点光源的光通量，lm；

Eh——点光源照射在5.5 m处产生的水平照度，取30 lx；

通过两种间距灯具的对比，取最大值，因此选择光通量不小于9 616.1 lm的照明灯。

2.2.3 照明灯的灯源类型

初步确定两个方案，方案1采用100 W的隧道钠灯，方案2采用交通洞专用LED灯。根据厂家资料可知，照明灯参数见表1。

表1 灯具参数对比表

根据厂家资料可知钠灯和LED灯光衰曲线图如图2所示。

图2 LED灯与钠灯光衰对比图

根据厂家样本单套LED灯寿命不小于60 000 h，由图2可知，当运行小时数达到40 000 h时，光衰按照3%计，光通量为9 680 h。因此运行时间按40 000 h计。

根据厂家样本，单套钠灯寿命不小于10 000 h，由图2可知，当运行小时数达到5 000 h时，光衰按照5%计，钠灯光通量为9 680 h。因此当运行时间采用40 000 h时，隧洞每个钠灯需要更换8次，即8套。

根据《自治区发展改革委关于新疆电网电价调整有关事宜的通知》1～10 kV工业用电电价为0.378元/（kW·h），本次对比暂按0.378元/（kW·h）计。

（1）若采用LED灯，则照明灯在40 000 h内产生的总费用：

式中T1——40 000 h产生的总费用，元；

N——灯具数量，取176个；

C——每度电的电价，取0.378元/（kW·h）；

t——时间，取40 000 h

p——单个灯具的功率，取0.1 kW；

a——单个灯具价格，取1 200元；

b——40 000 h内需要替换灯具的数量，取1；

d——单套灯具施工安装费用，由于本工程地处偏远，根据现场提供的资料，考虑到交通灯各项费用，施工安装费取100元/套。

（1）若采用钠灯，则照明灯在40 000 h内产生的总费用：

式中T1——40 000 h产生的总费用，元；N——灯具数量，取176个；

C——每度电的电价，取0.378元/（kW·h）；

t——时间，取40 000 h；

p——单个灯具的功率，取0.15 kW；

a——单个灯具价格，取800元；

b——40 000 h内需要替换灯具的数量，取8；

d——单套灯具施工安装费用，由于本工程地处偏远，根据现场提供的资料，考虑到交通灯各项费用，施工安装费取100元/套。

综上所述，采用钠灯不仅造价高，二次后期运行更换比较频繁，综合考虑，因此采用100 W的LED灯。

3 照明灯的校验

根据NB/T 35008—2013《水力发电厂照明设计规范》，由上可知，照明灯的光通量为11 000 lm。

（1）为简化计算，间距5.5 m的灯具中，取交通洞进口第1套照明灯正下方S1点的照度（忽略灯具外的光照）为：

式中Eh1——交通洞第1套照明灯照射在特定S1产生的水平照度，lx；

h——交通洞第1套照明灯至特定点S1的垂直高度，m；

l——交通洞第1套照明灯至特定点S1的水平距离，m；

θ——被照面的法线与入射光线的夹角，取0。

（2）为简化计算，间距5.5 m的灯具中，求交通洞进口第2套照明灯在S1点的照度（忽略灯具外的光照）为：

式中Eh1——交通洞第2套照明灯照射在特定S1产生的水平照度，lx；

h——交通洞第2套照明灯至特定点S1的垂直高度，m；

l——交通洞第2套照明灯至特定点S1的水平距离，m；

θ——被照面的法线与入射光线的夹角，由式（3）可知cosθ取0.79；

因此，在S1点的照度可知

同理，依次类推，交通洞实际整体照度如下表所示。

间距5.5 m灯具照度见表2。

表2 交通洞间距5 m的LED灯照度分布表 lx

间距11 m灯具照度见表3。

表3 交通洞间距11 m的LED灯照度分布表 lx

最小照度为69 lx，满足工程规范要求。

4 结 语

最终本工程1#交通洞照明灯采用GF9031的100 W的LED泛光灯，防腐等级WF2，防护等级IP66，功率因数大于0.95，整灯的光通量11 000 lm。目前本工程交通洞施工及照明已投入运行，通过对照度的简单计算，满足工程规范要求。通过对灯具类型的选择及校验，总结如下：

（1）实际工程照明设计中，主要是针对照度的要求，因此在实际情况比较复杂，如果层层叠加取系数，计算复杂；在实际应用过程中可以忽略影响较小的因素，简化计算，前期可按照最小运行方式进行初步估算，选定灯具参数后，最终校验确定照明参数。

（2）钠灯目前在市场已被淘汰，根据对比可知，LED灯损耗小，寿命长，虽然单套成本高，但是从整个工程投入运行期进行对比，总体造价低。