高速鐵路隧道照明控制方式探討

徐　凱

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津　300251)

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高速鐵路隧道照明控制方式探討

徐凱

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津300251)

高速鐵路隧道照明常見的控制方式一般分為交流控制及直流控制。交流控制由于受系統分布電容的影響，控制距離有一定的限制。直流控制不用考慮分布電容的影響，可實現長距離控制，但不能實現模式控制。針對交流及直流兩種控制方式存在的問題，并根據高速鐵路運營的實際需要，提出智能控制的方案。智能控制除具有常規控制功能外，還可實現模式控制，作為隧道照明控制的新技術，具有很好的推廣前景。結合各種控制方式的原理、功能和特點，給出各種控制方式的適用范圍。

高速鐵路；鐵路隧道；照明；交流控制；直流控制；智能控制

1　概述

隨著我國鐵路的快速發展，尤其近年來高速鐵路的建設取得了世人矚目的成就。到2015年底，高速鐵路運營里程達到了1.9萬km，占世界高速鐵路總里程60%以上[1]。

高速鐵路運行速度快，線路順直，曲線半徑大，在山區往往橋隧相連，全線會包含多座長大隧道。為保證行車安全，方便巡視和設備維修，及時發現和排除隱患，提高沿線設備運行質量以及在發生火災及其他災害時，能及時引導人員疏散[2-3]，隧道照明[4]變得尤為重要。高速鐵路集中體現了我國鐵路各領域科技發展的最高水平，針對為高速鐵路安全運行提供服務保障的隧道照明而言，其照明控制系統的設計理念及技術水平也應與高速鐵路的實際需求與發展相適應。

本文通過對已通車運營的高速鐵路現狀進行分析，總結交流控制與直流控制兩種常規控制方式存在的問題。結合技術的不斷發展與高速鐵路運營及維護的實際需要，提出了智能控制的方案，并對實際應用的案例進行了介紹。智能控制[5]作為隧道照明控制的新技術，具有很好的推廣前景。

另外，在高速鐵路項目的設計過程中，對各種控制方式的選用原則尚無統一的規定。本文結合各種控制方式的原理、功能和特點，給出了各自應用范圍的建議。

2　照明控制的現狀分析

目前，國內已通車的高速鐵路項目中，隧道照明的控制方式主要包括交流控制與直流控制兩種。下面分別對這兩種控制方式的特點、控制原理及存在的問題進行分析。

2.1交流控制方式

交流控制為一種較為傳統的控制方式[6]，借鑒了普速鐵路隧道照明的控制原理，多年來在各類型鐵路隧道中得到了廣泛的應用。在一些高速鐵路項目中也采用了這種控制方式，如大西高速鐵路、津秦客運專線、青榮城際鐵路等。控制原理如圖1所示[7]。

圖1　隧道照明交流控制原理

當首端控制箱轉換開關SA處于“手動檔”時，在首端控制箱或末端控制箱按下啟動按鈕1SB，接觸器KM帶電，末端控制箱繼電器K帶電，K常開接點閉合，線路自鎖，區間照明燈點亮。當在首端或末端控制箱按下停止按鈕2SB時，接觸器KM失電，照明燈關閉。當控制應急照明時，沿隧道壁每隔200 m設1處應急照明緊急啟動按鈕(圖1未表示)，在隧道內發生火災時，人員可以隨時從就近的一個按鈕箱點亮應急照明[8]。

巡視及維修人員在隧道口通過首端控制箱點亮照明燈，到此段照明供電臂末端時(一般不超過1.5 km)[9]，通過末端控制箱關閉此段照明燈。再接著啟動下一個供電臂的照明燈……

交流控制方式接線簡單、操作簡便、安全可靠，可實現對一個供電臂照明的首末端控制。但這種控制方式也存在如下不足。

首先，交流供電時，由于電纜線路導體之間，導體與大地之間都存在著電容，這種非電容形態形成了分布電容。當電纜過長時，就必須考慮分布電容的作用。電纜的電容效應會導致接觸器在“開”狀態下仍有一定的電壓差，從而產生“開態不穩定”現象，縮短元器件的使用壽命；接觸器吸合后，電纜的電容效應會導致接觸器無法釋放，即閉合后產生“失控”現象。根據以往的工程經驗，一般來說交流控制，其控制電纜長度不宜超過2 km[10]，相對于隧道照明來說適合于1個供電臂(約1.5 km)的控制。

其次，由于這種方式不能跨供電臂控制，若隧道長度大于3 km(即2個供電臂以上)，則無法在隧道口實現對整個隧道照明全開及全關控制。如果巡視人員忘記了關閉上一個供電臂的照明燈，由于高速鐵路夜間停運時間有限，若再返回關燈，不但費時費力，還會影響到整個巡視維護的計劃安排。

2.2直流控制方式

直流控制是為適應長大隧道照明的特點而設計的一種控制方式。直流控制方式采用直流220 V電壓，直流電源可由安裝在箱變洞室照明配電箱內的整流器提供，也可由EPS提供。直流控制方式控制距離長，在高速鐵路長大隧道中應用廣泛，如京滬高速鐵路、合福高速鐵路等。控制原理如圖2所示[11-12]。

與交流控制方式相類似，通過本供電臂首端箱與末端箱內的啟停按鈕實現對本段照明的兩端控制。所不同的是，在緊急情況下或發生事故時，可通過洞口兩端及隧道內每隔200 m一處的緊急啟動按鈕一鍵開啟隧道內全部照明燈，并可在洞口首末端一鍵關閉全部照明燈。

直流控制方式彌補了交流控制存在的不足。首先，由于直流供電時不用考慮分布電容的影響，可實現長距離控制。由各綜合洞室同時為直流控制母線提供直流電源，控制母線可以跨多個供電臂。其次，雖然直流控制在正常情況下也是按照單個供電臂進行兩端控制，但在隧道洞口設置了一鍵關燈功能。巡視及維修時即使忘記了關閉上一個供電臂的照明，到隧道出口也可一鍵關燈，避免返回關燈耽誤時間。

直流控制接線相對較為復雜，根據一些工程反饋的信息，在系統調試過程中有時會存在一定的難度。另外，直流控制依然是繼電器電路，具有一定的局限性。當隧道照明范圍很長時，無法實現較為復雜的模式控制，若需要模式控制就要考慮采用智能控制。

圖2　隧道照明直流控制原理

3　智能照明控制系統的應用

智能照明控制系統在民用大型建筑以及鐵路大中型站房、大型車庫等場所應用廣泛，技術也比較成熟。但在鐵路隧道方面應用較少，近兩年來在剛開通的長昆高速鐵路、沈丹客運專線以及在建的京沈高速鐵路等工程中逐步開始采用。智能照明控制系統構成簡單、調試方便、性能穩定。據長昆高速鐵路及沈丹客運專線反饋的信息，自通車以來，系統性能穩定、設備運行良好。下面以沈丹客運專線大頂山隧道為例簡要介紹智能照明控制系統的設計方案。

大頂山隧道全長6 265 m，設有3個電力隧道洞室，洞室間距約2 km。共分6個供電臂，每個供電臂長約1 km。智能照明控制系統由控制主機、電源模塊、智能控制模塊、智能控制面板及照明控制總線組成。共設有2臺智能照明控制主機，互為熱備運行，分別安裝在隧道兩端的電力洞室內。電源模塊及控制模塊安裝在各洞室照明配電箱內，智能控制面板安裝在每個供電臂首末端控制箱、洞口控制箱及每隔200 m設置的緊急啟動箱內。系統構成如圖3所示[13]。

圖3　大頂山隧道智能照明控制系統構成

隧道口首、末端控制箱可以實現對整個隧道照明全開、全關控制及對本供電臂的開/關控制。本供電臂的末端控制箱可實現對本供電臂的開/關控制。沿隧道壁每隔200 m設置1處緊急啟動箱，在緊急情況或發生事故時，可通過控制面板一鍵開啟隧道內全部照明燈。

由于控制模塊與控制面板具有可編程功能，可根據運營的實際需求設定不同的模式控制[14-15]、時段控制等。智能照明控制主機通過電力洞室箱變處的通信網絡與綜合維修工區聯網，可以進行遠程監控及遠程模式調整[16]。

智能照明控制與交流控制及直流控制相比，在技術與使用功能上具有很大的飛躍，但智能控制應用于高速鐵路隧道還處于摸索與起步階段，系統運行的效果還需經受時間的檢驗。對于主機、模塊及控制面板等硬件設備，其性能還有待于進一步完善，需要開發更能適應高速鐵路隧道環境的產品。對控制總線組網還應逐步適應隧道長距離傳輸的特點。

4　結語

隧道照明應根據線路的性質、等級、管理模式、隧道的分布及長度、防災救援等各種因素，選擇合理的控制方式，不僅有利于線路及設備的巡視與維護，更有利于防災救援及人員疏散。一般來說長度5 km以下的高速鐵路隧道適于采用交流控制，5 km及以上適于采用直流控制，對于長大隧道及有模式控制需求的隧道適于采用智能控制。另外，交流系統的分布電容對控制電路的影響，是設計時容易被忽視的問題，在采用交流控制時需重點加以注意。隨著新技術新產品的不斷出現，隧道照明控制也將越來越科學、合理。

[1]盛光祖.深入推進鐵路創新發展 為促進經濟社會發展做出新貢獻[N].人民鐵道報，2016-1-21(1).

[2]孫海富.石太鐵路客運專線太行山、南梁長大隧道防災救援設計研究[J].鐵道標準設計，2009(11):93-96.

[3]管鴻浩.武廣鐵路客運專線特長隧道防災疏散設計研究[J].鐵道標準設計，2010(1):135-138.

[4]楊劍.鐵路客運專線隧道照明設計[J].鐵道標準設計，2010(1):131-134.

[5]林昕，張超敏，徐智.EIB總線在智能照明中的控制策略[J].現代建筑電氣，2011(2):24-27.

[6]鐵道部專業設計院.鐵路工程設計技術手冊·電力[M].北京:中國鐵道出版社，1991.

[7]鐵道第三勘察設計院集團有限公司.青島至榮成城際鐵路工程施工圖[Z].天津：鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2014.

[8]鐵道第三勘察設計院集團有限公司，中鐵第四勘察設計院集團有限公司.TB/T10621—2014高速鐵路設計規范[S].北京:中國鐵道出版社，2014.

[9]鐵道第三勘察設計院.TB10008—2006鐵路電力設計規范[S].北京:中國鐵道出版社，2007.

[10]鐵道第三勘察設計院集團有限公司.長距離電機控制電路方案研究[R].天津：鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2013.

[11]鐵道第三勘察設計院集團有限公司.北京至上海新建高速鐵路工程施工圖[Z].天津：鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2010.

[12]中鐵第四勘察設計院集團有限公司.新建鐵路合福線合肥至福州段施工圖[Z].武漢：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2012.

[13]鐵道第三勘察設計院集團有限公司.沈陽至丹東鐵路客運專線工程施工圖[Z].天津：鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2013.

[14]劉廣軍.智能照明控制系統在鐵路站房中的應用[J].照明工程學報，2014(2):135-137.

[15]王淑晶.淺談智能照明控制系統在鐵路大型客站的應用[J].鐵道通信信號，2010(2):46-48.

[16]中鐵第四勘察設計院集團有限公司.TB10117—2008鐵路供電調度系統設計規范[S].北京:中國鐵道出版社，2008.

Discussion on the Control Method for High-speed Railway Tunnel Lighting

XU Kai

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation，Tianjin 300251， China)

The control methods of high-speed railway tunnel lighting are generally divided into AC control and DC control. Because of the influence of distributed capacitance， the control distance of AC control method is limited. The DC control method can realize long distance control independence of the influence of distributed capacitance， but it fails to achieve mode control. In view of the problems of AC and DC control methods and the practical needs of high-speed railway operation， this paper puts forward an intelligent control scheme. The intelligent control scheme can not only fulfill the conventional control， but also the mode control. As a new technology of tunnel lighting control， the intelligent control sees a wide application. The paper also defines the scope of application in perspective of the principle， function and characteristics of each control method．

High-speed railway; Railway tunnel; Lighting; AC control; DC control; Intelligent control

2016-01-21；

2016-02-29

徐凱(1968—)，男，高級工程師，1988年畢業于上海鐵道學院電器專業，E-mail：tsy_xk@sina.com。

1004-2954(2016)09-0129-03

U238； U453.7

ADOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.09.028