電氣化鐵路隧道照明節能探討

司馬玉山

（中鐵二十一局集團 電務電化工程有限公司，甘肅　蘭州　730000）

電氣化鐵路隧道照明節能探討

司馬玉山

（中鐵二十一局集團 電務電化工程有限公司，甘肅蘭州730000）

近年來，隨著我國電氣化鐵路的迅速發展，特別是鐵路長大隧道的記錄不斷被刷新，電氣化鐵路隧道照明系統也隨之增多。目前，在節能減排已成為我國經濟發展的主基調背景下，如何提高隧道照明系統的利用率、解決實際運營過程中節能和安全運營的矛盾，已成為當前迫切需要解決的問題。本論述就有效節約電能降低運營成本、提高鐵路運營的安全性，從而達到提高電氣化鐵路運營社會效益和經濟效益的目標進行探討，在設計階段采用以下方法進行節能控制：將隧道劃分為四個段，根據不同段的亮度合理布置燈具；選用特殊聲控照明系統、LED燈、特殊反光材料節約電能。

節能；隧道照明；自動控制；LED；節約能耗；聲控

本論述就電氣化隧道照明節能問題從設計階段和運營管理階段，通過不同的節能控制方法進行節能控制。

1　電氣化鐵路隧道照明設計階段

1.1電氣化鐵路隧道照明系統區段劃分及取值

在設計階段把電氣化鐵路隧道劃分為入口段、過渡段、中間段、出口段等部分，根據規范要求的各個段最低亮度要求，分別設計各段照明系統布置。

入口段亮度計算公式：Lth=K×L20（S），式中Lth為入口段亮度（cd/m2）；K為入口段亮度折減系數，可根據規范查表取值；L20（S）洞外亮度（cd/m2）。

過渡段由TR1、TR2、TR3三個照明段組成，其中Ltr1=0.3 Lth、Ltr2=0.1 Lth、Ltr3=0.035 Lth。

根據以上公式，在設計階段對各段的照明燈具、開關箱、插座箱、配電箱進行合理設計，達到合理布局、節約電能的要求。

1.2電氣化鐵路隧道照明系統控制系統選取

在設計階段選用合理的隧道照明控制方式和控制系統是電氣化隧道照明節能的關鍵所在。

目前國內隧道照明系統的控制方式主要有三種：手動控制、分時段進行的時序控制和分級控制。

手動控制：在電氣化鐵路隧道中，通過設置在隧道口的電源開關箱及洞內的照明控制箱，人工進行照明系統的逐級控制。這種只使用于線路檢修人員檢修線路，但在電氣化鐵路正常運行時，為了保障列車的安全運行，一般設置為長明燈，這就造成了巨大的電能浪費。手動照明控制控制點分散、管理不便、電能浪費大，因此不宜在電氣化隧道照明中單獨采用手動控制系統。

分級控制的工作原理為：在隧道口、隧道外合理位置布設檢測照度的儀器，將隧道外、隧道入口處的光強度數據信息傳輸到主控制系統進行處理，分別逐級控制電氣化隧道內各區段的照明強度。電氣化鐵路隧道照明系統在設計階段，為了保證列車的運行安全，其設計參數值取值較大。隧道外照度的取值，往往是按夏季日照時間最長時提取最大亮度，用來設計隧道內燈具的布置位置及所采用的燈具功率。而在電氣化鐵路運行中，設計值偏大而實際光強度需求量較小，這樣就造成了大量電能的浪費。在隧道因布局限制，大量回路線無法布置安裝，一般只能做到人工控制2-3級，隧道內燈具基本都處于最大亮度，無法對整個隧道的照明進行有效的節能控制，因此分級控制不宜在電氣化鐵路隧道照明系統中采用。

分時控制系統：分時段照明控制方式吸納了傳統照明控制方式，具有節約電能、靈活多變的特點，其基本原理是依靠中心控制系統，通過數字模擬轉換器來控制隧道的配電照明。所謂的分時段智能照明控制系統就是實現了照明開關的自主控制、告別了傳統照明方式的手動、人工控制。該系統雖然很好地解決了傳統照明控制方式對“照明控制相對分散和不利于有效管理”等問題，照明控制的集中高效管理的問題得到有效解決，但電氣化隧道照明系統主要用于列車通過時的照明和日常檢修時的照明，因列車表、檢修時間不固定，無法對照明系統進行準確控制，因此分時段進行的時序控制，也不適用于電氣化鐵路隧道照明。

根據以上隧道照明系統的控制方式的優劣勢對比分析及滿足電氣化鐵路隧道照明的需求，可采用特殊聲控和手動控制相結合的綜合控制系統。

特殊聲控照明系統工作原理：列車駛入隧道前應鳴笛，距離隧道口262.5 m處司機因鳴笛，鳴笛時空氣被壓縮，氣流加快，也就是風速變大。火車鳴笛的聲音是有方向性的，在它正前方30 m 90度內為107～120 dB，列車在隧道內行駛時車輪撞擊鐵軌的聲音70～85 dB。而檢修人員在隧道內行走檢修時的分貝在15～50 dB，因此可根據隧道內列車運行時速、分貝范圍及檢修時的分貝范圍，設置雙層聲控系統。當列車靠近隧道口時，高分貝控制系統啟動，當列車駛出隧道時，隧道照明系統自動停止。在同一個隧道設計多段底分貝隧道照明聲控系統，當人工檢修到達隧道里程時，通過低分貝控制系統單獨啟動該處隧道照明系統，到達下一個隧道里程時該處隧道照明系統啟動，同時上一處隧道照明系統自動停止。特殊聲控照明系統最大限度地解決了電能浪費的缺點，同時一次性設備投入較小，經濟適用，最適合作為電氣化隧道照明的控制系統。

1.3電氣化鐵路隧道照明系統照明燈具的選型

隧道照明屬于定向照明的范疇，現有的隧道照明主要采用高壓鈉燈或直管型熒光燈，高壓鈉燈的優點是光效較高，缺點是光源的顯色性不好，高壓鈉燈發黃光也導致隧道照明的視覺效果不佳，影響行車安全，直管型熒光燈光源顯色性良好，但光效略低，具體指標見表1。

表1　照明燈主要技術指標

采用新型照明燈具和經濟適用的控制系統是保證電氣化隧道安全、節能運行的重要控制環節。高頻無極燈、LED燈在道路、隧道中已越來越多地被使用，而且節能效果和亮度效果有明顯改進。LED燈產品應用到電氣化鐵路隧道照明，不但能滿足隧道光效、光通量、光色、顯色性的要求，而且能節約能耗降低正常維護支出，從而達到節能且安全運行的目標。

LED燈工作原理：LED（Light Emitting Diode），發光二極管，是一種固態的半導體器件，它直接把電能轉化為光能。LED的控制中心是一個半導體的晶片，兩端分別連接電源正負極，用環氧樹脂把整個晶片密封。半導體晶片由三部分組成，即P型半導體（空穴）、N型半導體（主要是電子），中間是1至5個周期的量子阱。當電流作用于晶片時，電子和空穴就會被推向量子阱，在量子阱內電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發出能量。LED光效可達到370 lm/W以上，理論上比白熾燈節約能耗11%，比熒光燈節約能耗45%。隨著LED價格的快速下降，與傳統光源相比，LED具有顯著的優點：效率高、使用方便、環保、壽命長，特別是在電氣化隧道照明等定向照明等領域中將迅速得以推廣。

1.4電氣化鐵路隧道反射布置

電氣化隧道照明系統，在不增加負荷和照明燈具的前提下，通過隧道的光源反射布置也可以達到降低能耗的效果。首先選擇合適的燈具，然后重點調整其安裝角度，達到最佳的光強度效果。另外在隧道頂部與隧道壁做反光處理增大反光比，通過隧道頂和隧道壁的多次反射可使隧道照明反射光增量系數將比表面未作處理的隧道節約用電15%左右。

2　運營階段節約能耗

運營階段通過管理手段可以達到節約能耗的目的，即在電氣化隧道照明系統投運后，對隧道內光源、燈具進行定期維護，要做到對燈具進行定期清潔工作，對光源和附件進行檢修，尤其是要重點檢查氣體放電光源的無功補償電容是否有擊穿現象，此外還可以根據列車通行量及檢修頻率，適度調整照明控制系統。對電氣化隧道照明系統進行維護的主要目的是為了提高照明燈具的維護系數，使照明系統始終處于良好的工作狀態下，從而達到節約電能的目的。

3　結束語

通過采用以上節能方案和節能措施，可大大的提高隧道照明質量、降低能耗與隧道運營成本。在經濟技術迅猛發展的今天，通過不斷研究與總結，提高電氣化隧道照明節能技術，從而達到提高電氣化鐵路運營社會效益和經濟效益的目的。

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U453.7

A

10.3969/j.issn.1672-6375.2016.04.009

2016-3-1

司馬玉山（1982-），男，土族，甘肅臨夏人，大學本科，工程師，主要從事鐵路電氣化工作。