论文部分内容阅读
摘要：阐述了隧道电气设计的主要内容，常用的隧道电气设计方案，分析目前隧道电气设计中普遍存在的问题及其解决措施。
关键词：隧道电气设计；节能；防雷接地
1.引言
公路隧道有效地缩短行车里程，提高车辆的通行速度，极大地促进了地区经济的发展，因此，在目前的城市市政建设中大量使用了隧道设计工程。在公路隧道高速发展的同时，也逐步暴露了一些设计问题。本文从隧道电气工程设计的角度，结合某市一些隧道设计的实践，对隧道电气设计中应重点注意的若干问题谈一些个人的看法，供同行探讨。
2.隧道的供配电设计
2.1 隧道的供电负荷等级
按照规范GB 50052-95《供配电系统设计规范》，隧道工程应根据在该区域交通位置的重要性定为一级或二级负荷。因为隧道如果断电，可能导致区域交通中断，或严重威胁到人民的生命财产安全，特别在隧道处发生火灾、水患的时候。一级负荷应由两个电源供电；当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。二级负荷宜由两回线路供电；当两回供电条件有困难时，可由一回6 k V 及以上的架空线路或电缆供电。因此供电部门必须提供两回路10kV 独立电源供电，互为备用。但是目前大多数地区供电部门难以从地区电力网取得两个独立电源，或者这样做的成本非常高，隧道业主一般都不会采用这种高昂的设计方案，转而采用设置隧道自备应急电源（一般采用柴油发电机组）作为第二个电源。设置柴油发电机组要求采用快速自启动的发电机组，响应时间在15S 以内。而应急照明电源必须采用蓄电池等不间断供电装置的方式，才能保证隧道照明系统的正常运行，保证隧道交通安全。
2.2 隧道的供配电系统
大型的隧道工程一般设置一到两座10kV 变配电房，具体位置遵循以下原则：位于负荷中心；减少低压线路电压降；电缆进出方便；投资少。隧道的通风系统风塔是隧道的负荷中心，集中了风机、消防泵等许多设备，因此变配电房宜设置在两岸风塔处。变配电所电缆通道，可与排风通道和消防通道结合布置。
3.隧道照明系统设计
隧道照明是为了给使用者提供一定的舒适性和安全度，保证行驶车辆以设计速度安全顺畅地接近、穿越和通过隧道。在隧道照明系统的设计中，通常入口段和出口段灯具的密度和照度最大，中间段最小。而中间段灯具的布设长度一般最长，其他各段灯具的布设长度根据隧道实际长度和实际要求的不同而有所不同。根据国家< < 公路隧道通风照明设计规范> > 的设计要求，隧道照明的设计应考虑车流量和车速的因素，所以影响隧道内灯具照度的设计主要有车速、车流量和洞外亮度三个因素。
隧道照明主要应考虑三个方面的因素：①明暗适应：依据照明学的观点，桥洞、隧道照明应主要把握好入口区、过渡区、隧道区、出口区，四个区的光环境，以防止眩光的产生。②车辆尾气的排放：应选用气体穿透力强的光源，防止因汽车尾气过多而影响视觉环境。③光源的维修及后备光源的再起动：应尽量采用使用寿命长、便于维修更换及启动速度快、能在最
短时间内达到桥洞、隧道照明亮度、照度的照明光源。灯光不宜过多、过繁、过艳，否则将严重影响驾驶员及行人的视线，造成安全隐患。
4.隧道电气设计中的节能
目前有关隧道照明的节能，主要是采用高功率因数的照明灯具（配高效电子镇流器）、隧道内两侧铺反射率高的装修材料、尽量缩短供电电缆长度以减少线路损耗、合理布置配电房的位置、集中调光控制、减少洞外亮度等方法。为了进一步节能，一般还把隧道内的灯具分为全日灯、黄昏灯、白日灯和应急灯等几个回路进行人工或自动的控制。纵观现有的这些方法，虽然有一定的节能效果，但在实际运行中还是存在着电能的浪费现象，以及营运过程中产生的与行车安全和隧道监控之间的矛盾等问题。
4.1 隧道的照明节能措施
在整个隧道照明的设计规划中，就应该考虑节能问题。比如入口段照明通常由基本照明和加强照明两部分组成，前者的灯具布置同中间段照明相类似，后者的加强照明采用功率较大的灯具。由于洞外日光的投射进入，可利用作为入口段加强照明的部分，参照设计规范，可将离洞口10m以内的加强照明灯具予以省略。在单向交通隧道中，出口段照明的设计，其长度可与入口段有所不同，据相关资料证实，出口段长度取60 米是合适的，可省去几十米
入口段高密度布置的灯具，由中间段布置较为稀疏的灯具取代。出口段亮度也可有别于入口段，其亮度取中间段亮度的5 倍即可。在长隧道中，由于有充分的适应（过渡）时间，所以中间段亮度可适当降低。
4.2隧道的照明控制。
绿色照明要求灯具要有高的光效，目前国际上发达国家在隧道照明中采用了先进的逆光照明技术，其配光特点是通过一个特殊的斜倾式反光器将光束集中朝汽车前进方向投向路面，从而提高目标的背景亮度，使前方车辆或目标更容易辨认。较传统灯具节省投资3 0 %，节省运营电力费30%。逆光照明灯具节能省电，在隧道绿色照明中应大力推广。
电器附件对照明节能也有较大影响，其中整流器影响最大。随着绿色照明工程的推进，电力电子学进入到电光源领域，采用电子整流器取代电感整流器成为发展的趋势。荧光灯用电感整流器一般功率为灯管额定功率的2 0 %，高强度气体放电灯的整流器功耗为额定功率的1 5 % 左右。而电子整流器与电感整流器相比具有以下优点：
（1）自身功耗小，节约电能；
（2）可使灯具在高频条件下工作，光效提高；
（3）放电稳定，无频闪；
（4）燥声小，温升低，灯管寿命长，使用安全可靠；
（5）体积小，重量轻；
（6）可以实现调光。所以，它是实现绿色照明的一个重要措施。
5.隧道防雷接地设计
电气系统控制电路的雷电防护问题传统的隧道机电设备是采用开关按钮控制方式，这种控制方式，造成隧道电缆沟中敷设了大量的电缆，不仅使相互间干扰增强，也使工程成本上涨。随着计算机技术的发展，人们对隧道机电设备普遍采用计算机技术控制。计算机控制优点明确，只需一条控制总线，就能实现对隧道主要设备的控制，大大节省了电缆的费用。但是，计算机控制也有其缺点，由于其电路板采用大规模、超大规模集成电路元件，在雷电过电压情况下使系统非常脆弱，通信计算机、火灾报警器、情报显示牌、车辆检测器等都很容易被雷电打坏。为了隧道的安全营运，机电系统控制电路的雷电防护问题已显得日益突出。防雷接地设计问题要引起高度重视。防雷接地只是雷电流对地的一个泄放通道，防雷是综合性的，单纯强调防雷接地的重要性，防雷的效果并不明显。雷电流的串入，主要有三条通道：
其一是电源线；其二是信号线；其三是地电位反击。因而，考虑防雷方案时，主要重视电源端的防护。在电源进线串接性能较好的进口避雷器，作为一级防雷。在各楼层配电箱处加装防雷器，作为二级防雷。重要设备的前端还加装第三级电源防雷器，防止雷击浪涌电流。
另外，还要注意系统间的感应雷问题。有些计算机通信口已安装了避雷器，但仍然遭到雷击。究竟是什么原因使避雷器没发挥作用？是受到了雷电感应而被损坏。两系统的地线靠得太近，一旦其中一个系统受到雷电感应，立刻使其地电位抬高，从而对另一系统产生电位反击，这就形成系统间的感应雷破坏。技改措施是：在监控中心机房设均压环，在两电气系统间加装等电位连接器，再与均压排可靠连接，确保系统间互不干扰。
6.结束语
隧道电气设计是一项系统的电气工程，在方案设计阶段，设计人员应积极勘察现场，根据隧道工程的具体情况作出优化的电气方案，做到安全、节能、经济、实用，在条件许可的情况下，还要提高设计的起点，使设计具有一定的超前性。
关键词：隧道电气设计；节能；防雷接地
1.引言
公路隧道有效地缩短行车里程，提高车辆的通行速度，极大地促进了地区经济的发展，因此，在目前的城市市政建设中大量使用了隧道设计工程。在公路隧道高速发展的同时，也逐步暴露了一些设计问题。本文从隧道电气工程设计的角度，结合某市一些隧道设计的实践，对隧道电气设计中应重点注意的若干问题谈一些个人的看法，供同行探讨。
2.隧道的供配电设计
2.1 隧道的供电负荷等级
按照规范GB 50052-95《供配电系统设计规范》，隧道工程应根据在该区域交通位置的重要性定为一级或二级负荷。因为隧道如果断电，可能导致区域交通中断，或严重威胁到人民的生命财产安全，特别在隧道处发生火灾、水患的时候。一级负荷应由两个电源供电；当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。二级负荷宜由两回线路供电；当两回供电条件有困难时，可由一回6 k V 及以上的架空线路或电缆供电。因此供电部门必须提供两回路10kV 独立电源供电，互为备用。但是目前大多数地区供电部门难以从地区电力网取得两个独立电源，或者这样做的成本非常高，隧道业主一般都不会采用这种高昂的设计方案，转而采用设置隧道自备应急电源（一般采用柴油发电机组）作为第二个电源。设置柴油发电机组要求采用快速自启动的发电机组，响应时间在15S 以内。而应急照明电源必须采用蓄电池等不间断供电装置的方式，才能保证隧道照明系统的正常运行，保证隧道交通安全。
2.2 隧道的供配电系统
大型的隧道工程一般设置一到两座10kV 变配电房，具体位置遵循以下原则：位于负荷中心；减少低压线路电压降；电缆进出方便；投资少。隧道的通风系统风塔是隧道的负荷中心，集中了风机、消防泵等许多设备，因此变配电房宜设置在两岸风塔处。变配电所电缆通道，可与排风通道和消防通道结合布置。
3.隧道照明系统设计
隧道照明是为了给使用者提供一定的舒适性和安全度，保证行驶车辆以设计速度安全顺畅地接近、穿越和通过隧道。在隧道照明系统的设计中，通常入口段和出口段灯具的密度和照度最大，中间段最小。而中间段灯具的布设长度一般最长，其他各段灯具的布设长度根据隧道实际长度和实际要求的不同而有所不同。根据国家< < 公路隧道通风照明设计规范> > 的设计要求，隧道照明的设计应考虑车流量和车速的因素，所以影响隧道内灯具照度的设计主要有车速、车流量和洞外亮度三个因素。
隧道照明主要应考虑三个方面的因素：①明暗适应：依据照明学的观点，桥洞、隧道照明应主要把握好入口区、过渡区、隧道区、出口区，四个区的光环境，以防止眩光的产生。②车辆尾气的排放：应选用气体穿透力强的光源，防止因汽车尾气过多而影响视觉环境。③光源的维修及后备光源的再起动：应尽量采用使用寿命长、便于维修更换及启动速度快、能在最
短时间内达到桥洞、隧道照明亮度、照度的照明光源。灯光不宜过多、过繁、过艳，否则将严重影响驾驶员及行人的视线，造成安全隐患。
4.隧道电气设计中的节能
目前有关隧道照明的节能，主要是采用高功率因数的照明灯具（配高效电子镇流器）、隧道内两侧铺反射率高的装修材料、尽量缩短供电电缆长度以减少线路损耗、合理布置配电房的位置、集中调光控制、减少洞外亮度等方法。为了进一步节能，一般还把隧道内的灯具分为全日灯、黄昏灯、白日灯和应急灯等几个回路进行人工或自动的控制。纵观现有的这些方法，虽然有一定的节能效果，但在实际运行中还是存在着电能的浪费现象，以及营运过程中产生的与行车安全和隧道监控之间的矛盾等问题。
4.1 隧道的照明节能措施
在整个隧道照明的设计规划中，就应该考虑节能问题。比如入口段照明通常由基本照明和加强照明两部分组成，前者的灯具布置同中间段照明相类似，后者的加强照明采用功率较大的灯具。由于洞外日光的投射进入，可利用作为入口段加强照明的部分，参照设计规范，可将离洞口10m以内的加强照明灯具予以省略。在单向交通隧道中，出口段照明的设计，其长度可与入口段有所不同，据相关资料证实，出口段长度取60 米是合适的，可省去几十米
入口段高密度布置的灯具，由中间段布置较为稀疏的灯具取代。出口段亮度也可有别于入口段，其亮度取中间段亮度的5 倍即可。在长隧道中，由于有充分的适应（过渡）时间，所以中间段亮度可适当降低。
4.2隧道的照明控制。
绿色照明要求灯具要有高的光效，目前国际上发达国家在隧道照明中采用了先进的逆光照明技术，其配光特点是通过一个特殊的斜倾式反光器将光束集中朝汽车前进方向投向路面，从而提高目标的背景亮度，使前方车辆或目标更容易辨认。较传统灯具节省投资3 0 %，节省运营电力费30%。逆光照明灯具节能省电，在隧道绿色照明中应大力推广。
电器附件对照明节能也有较大影响，其中整流器影响最大。随着绿色照明工程的推进，电力电子学进入到电光源领域，采用电子整流器取代电感整流器成为发展的趋势。荧光灯用电感整流器一般功率为灯管额定功率的2 0 %，高强度气体放电灯的整流器功耗为额定功率的1 5 % 左右。而电子整流器与电感整流器相比具有以下优点：
（1）自身功耗小，节约电能；
（2）可使灯具在高频条件下工作，光效提高；
（3）放电稳定，无频闪；
（4）燥声小，温升低，灯管寿命长，使用安全可靠；
（5）体积小，重量轻；
（6）可以实现调光。所以，它是实现绿色照明的一个重要措施。
5.隧道防雷接地设计
电气系统控制电路的雷电防护问题传统的隧道机电设备是采用开关按钮控制方式，这种控制方式，造成隧道电缆沟中敷设了大量的电缆，不仅使相互间干扰增强，也使工程成本上涨。随着计算机技术的发展，人们对隧道机电设备普遍采用计算机技术控制。计算机控制优点明确，只需一条控制总线，就能实现对隧道主要设备的控制，大大节省了电缆的费用。但是，计算机控制也有其缺点，由于其电路板采用大规模、超大规模集成电路元件，在雷电过电压情况下使系统非常脆弱，通信计算机、火灾报警器、情报显示牌、车辆检测器等都很容易被雷电打坏。为了隧道的安全营运，机电系统控制电路的雷电防护问题已显得日益突出。防雷接地设计问题要引起高度重视。防雷接地只是雷电流对地的一个泄放通道，防雷是综合性的，单纯强调防雷接地的重要性，防雷的效果并不明显。雷电流的串入，主要有三条通道：
其一是电源线；其二是信号线；其三是地电位反击。因而，考虑防雷方案时，主要重视电源端的防护。在电源进线串接性能较好的进口避雷器，作为一级防雷。在各楼层配电箱处加装防雷器，作为二级防雷。重要设备的前端还加装第三级电源防雷器，防止雷击浪涌电流。
另外，还要注意系统间的感应雷问题。有些计算机通信口已安装了避雷器，但仍然遭到雷击。究竟是什么原因使避雷器没发挥作用？是受到了雷电感应而被损坏。两系统的地线靠得太近，一旦其中一个系统受到雷电感应，立刻使其地电位抬高，从而对另一系统产生电位反击，这就形成系统间的感应雷破坏。技改措施是：在监控中心机房设均压环，在两电气系统间加装等电位连接器，再与均压排可靠连接，确保系统间互不干扰。
6.结束语
隧道电气设计是一项系统的电气工程，在方案设计阶段，设计人员应积极勘察现场，根据隧道工程的具体情况作出优化的电气方案，做到安全、节能、经济、实用，在条件许可的情况下，还要提高设计的起点，使设计具有一定的超前性。