公路隧道供配电及照明设计初探

摘要：设计是工程的成败之本，是一项非常重要而充满挑战性的工作。公路隧道供配电和照明系统是保障公路隧道营运管理系统能够安全、可靠运行的前提和基础，由此可见其设计工作的重要性。本文分别对公路隧道供配电系统和照明系统的设计要点做了详细阐述。

关键词：公路隧道；供配电；照明；节能；视觉

Abstract: The design is the success or failure of the project, is a very important and challenging work. Highway tunnel lighting systems for power distribution and operations management is to protect the highway tunnel system to safe and reliable operation of the premise and foundation, we can see the importance of their design work. This paper on the highway tunnel lighting system for power distribution systems and the design features a detailed elaboration.

Keywords: highway tunnel; supply and distribution; lighting; energy; visual

中图分类号：U453.7文献标识码：A

公路隧道供配电系统的设计要点

（一）变压器容量的选取

隧道供配电设计中，变压器容量选取比较常用的方法是将一个隧道变电所总的计算负荷一分为二，正常情况下，由2台同容量的变压器各自承担总负荷的一半（2台变压器分别由一路10kV电源供电），当一路外电失电或一台变压器故障检修时，由另一台变压器承担全部负荷。笔者认为这种方法有如下不妥:

隧道用电负荷主要是照明和通风负荷，而隧道通风设计通常按1次设计、分期实施的模式进行。近期交通量较小，通风负荷也较小;远期(一般为10年之后)随着交通量的增长，通风负荷也相应增加。近期和远期的通风负荷有时相差达数百千瓦。若按远期负荷选取变压器将造成极大的浪费。

由于要求每台变压器在紧急情况下能承担全部负荷，变压器的容量就必须按总的计算负荷来选取。正常情况下，变压器的负载率仅为0.5甚至更低，必然造成变压器运行效率过低，损耗过大。

因此，较合理的做法是计算负荷按近期负荷考虑，采用增设变压器或更换大容量变压器的方法来满足远期的供电要求;单台变压器的容量按能承担全部一级负荷和部分重要二级负荷，并同时保证正常情况下变压器负载率在0.6～0.8之间这2个条件来选取。这样，在正常情况下，既可以使每台变压器达到如%以上的效率，同时在紧急情况下又可以充分利用干式变压器的短时过载能力，满足主要的供电需求，从而达到经济、节能、实用、安全可靠的目的。

当然，最终确定变压器容量时，还要综合考虑其它一些因素，如:环境温度的影响，降低温度可以提高变压器的输出功率和减少变压器的损耗；变压器台数的合理选择和技术经济比较等。

（二）洞外变电所的选址

由于隧道洞外地质地形条件千差万别，若变电所选址不合理须重新调整，则原有的低压配电系统就可能不适用了。比如高速公路隧道变电所从路线左侧调整至右侧，电缆敷设的长度可能会有上百米的差距，而某些1km左右的隧道只设置一个变电所，如果变电所从隧道进口端调整到出口端，则原有的整个低压配电系统甚至须全部调整。一般来讲，隧道洞外变电所的选址在遵循尽量靠近负荷中心的前提下，须考虑以下几方面问题：

1、隧道洞外地形地质情况

变电所应设置在洞口地形条件较好的位置，以便于施工和后期的运营管理，同时变电所场地须保持稳定，不能处于滑坡、泥石流等不良地质地带，以保证变电所的长期正常运行。

2、隧道土建的施工情况

隧道土建施工时往往会对隧道洞口场地进行改造、平整，以便用作混凝土搅拌站、钢筋房等施工场地，而且该洞口也是施工电源的引入点。变电所选址在临近隧道口的施工场地处，

在隧道完工后变电所的修建就可部分或完全利用原施工场地，同时变电所10kV外线的引入也较方便。

3、消防水源的位置

该因素主要是针对仅须在一端洞口设置变电所的隧道而言，为便于消防系统的控制和管理，隧道变电所应设置在有消防水源的一端。

（三）电缆的选择

在高速公路供配电设计中，尤其是隧道供配电设计中要注重电缆的选择，隧道照明大多采用回路分级控制，回路数较多，供配电电缆的量很大，尤其对于长及特长隧道，电缆截面的选择不仅对于投资成本，而且对于后期运营费用都将产生较大影响。电缆截面选择过大不仅会增加建造成本，而且线缆上的电能损耗也将增大，浪费电能，增加运营成本；电缆截面选择过小，则容易出现供电故障，对人员和设备的安全性造成威胁。在设计中，要尽量准确计算负荷与电流，核实电缆压降，正确选择电缆截面，在保证供电可靠的基础上提高经济性。

（四）应急电源的选择

在高速公路供电负荷中，机电的三大系统和隧道照明、消防负荷大多为一、二级负荷，所以应配备应急电源，除了配备柴油发电机组外，还多处使用UPS对重要设备进行供电，比如机房、收费负荷及隧道应急照明、变电所操作电源等负荷。

在隧道照明的应急供电过程中，在保证EPS产品质量的前提下，可以采用EPS取代UPS，EPS与UPS的区别是:

EPS具有持续供电功能，对于逆变切换时间要求不高，可有多路输出且对各路输出及蓄电池具有监控检测功能，日常着重旁路供电，市电停电时才转为逆变供电，电能利用率高（90%以上）。

UPS(在线式)仅有一路总输出，一般强调其稳压稳频、切换时间极短、净化市电三大功能，日常着重整流/逆变的双变换电路供电，只有在逆变器发生故障或超载时才转为旁路供电，电能利用率不高（80%～90%）。

采用隧道照明节能控制柜后，供电电压质量得到了一定保障，可以采用EPS取代UPS对应急照明等负荷进行供电，不仅可以降低成本，而且对于节能也有好处。在欧美等电网及供电质量比较完善的国家，为了节能，部分UPS已被逆变切换时间极短(小于10毫秒)的EPS取代。当然，由于EPS是离线式，是最后一道屏障，而且隧道内环境较为恶劣，所以必须满足可靠性的要求。

公路隧道照明设计的要点

（一）隧道照明区段的划分

隧道照明可划分为引入段、适应段、过渡段、基本段和出口段等五个区段照明，其每个区段照明的作用是：

1、引入段

消除“黑洞”现象，使驾驶员在洞口处能辨认障碍物。

2、适应段

进入隧道后，驾驶员能很快适应并消除“黑洞”现象。

3、过渡段

驾驶员逐渐适应隧道内部照明。

4、基本段

隧道内部基本照明。

5、出口段

在白天，使驾驶员能逐渐适应出口处的强光，消除“亮洞”现象；在夜间，使驾驶员能在洞内看清外部道路的线型及路上的障碍物，消除出口处的“黑洞”现象。

隧道照明的设计亮度以白天和夜间两种不同情况来确定，白天照明的隧道，其照明区段的划分和路面最低亮度可按表1进行设计。

表1 区段照明长度及路面最低亮度

注：（1）上表是以隧道口部环境亮度为4000cd/m2 为基本亮度拟定的，如果洞外亮度大于或小于4000cd/m2 表值应乘以系数k0。K0=洞外环境亮度/4000。

当洞口没有减光措施时，要考虑缩短或取代引入段。

当设计速度超过80km/h 时应作专门研究。

在白天，隧道出口段的照明亮度同入口段的照明亮度，应比隧道内基本照明亮度值高；在夜间，则相反，应低于隧道内基本照明亮度值，当隧道外有路灯照明时，隧道内路面亮度值不得低于露天亮度值的2倍。

（二）照明光源及灯具

照明光源及灯具的选择是否适当是隧道照明质量有无保证的关键。隧道照明的光源，除应满足在隧道特定环境下的光效、光通量、寿命及工作特性、光色、显色性和控制配光的难易程度等要求外，还应选择在汽车排烟形成的烟雾中仍能保证有良好能见度的光源。

因此，通常情况下，应使用在烟雾中有较好透视性的低压钠灯或高压钠灯，如果是短隧道或柴油车比率较小的隧道，烟雾会少些，亦可使用显色性相对较好的荧光灯。隧道出入口的照明，可选用光通量高的高压钠灯。选择照明器时应注意选择尺寸合理、耐腐蚀性强、不易老化、防潮和防喷流的灯具。照明器应有较好的配光性能，避免眩光，可采用专用的隧道灯。

（三）照明灯具的布置

在我国隧道照明设计中，大多采用灯具两侧交错或对称布置方式。有些隧道因灯具间距布置不合理，产生隧道照明光斑或者让驾驶员在行驶过程中产生灯光频闪效应，使驾驶员产生视觉疲劳，对行驶的安全性构成威胁。灯光频闪效应与行车速度和灯具布置间距有关，规范要求闪烁频率应大于15Hz或小于25Hz，CIEO88同时建议对于行驶时间超过205的隧道，应避免闪烁频率位于4Hz一11Hz之间。当灯具发光面长度大于相邻灯具首尾间距时可看成连续光带，可忽略闪烁频率限制。所以在隧道照明设计中，在满足照度、均匀度以及频闪要求的前提下，可以优化调整灯具的布置，减少灯具数量，达到节能省电的目的。

表2 不产生闪烁的灯具间距要求

（四）隧道照明调光控制方式

目前国内大多数隧道照明控制中，不论是手动控制还是自动控制，都采用回路分级调光控制，这种控制方式会因关掉某个或某几个照明回路后，引起照度分布的不均匀。产生光斑效应，甚至使照度达不到要求，而LED灯或无极灯都能实现灯具的无极调光控制。无极调光通过控制灯具电流来调整光源光通量，无需间隔开关灯具，可以进一步提高亮度的均匀性、夜间隧道内行车的舒适感和安全系数，同时更精确地控制亮度，避免灯具的反复开关，延长灯具使用寿命，节约能源，降低养护支出。

随着各种控制理论的不断发展，智能照明调控装置已经出现和应用，可以实现根据白天、夜晚以及车流量大小等因素随时改变隧道的照明水平，节约电能，同时满足行车要求，尤其是当车流量减少时，能够根据隧道特点，实现全部灯具整体亮度减弱，降低能耗，同时保证隧道内亮度均匀度不变，保证行车安全性。智能控制系统可采取光控、声控或时控，调光手段将比以前更先进、方便和灵活。

结语

综上，公路隧道照明设计应首先根据当地光气候等实际情况，对洞口土建进行精心设计，降低洞口景物亮度，选择适宜的设计参数，并且要采用新颖的察觉对比法进行隧道照明设计理念和视觉科学的研究成果，严格把握好一个合适的“度”，即采用合适的隧道照明设计标准值，切实解决好隧道有的视觉问题。

参考文献

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[2]唐健.公路隧道照明设计中几个问题的探讨[J].铁道勘测与设计，2004.1.

[3]林国辉，李勘.隧道供、配电系统中存在的问题及解决方案[J].公路交通技术，2004.8.