隧道電氣設計中應注意的幾個問題分析

馬超、張元杰

（重慶電子工程職業學院，重慶401331）

0 引言

城市市政隧道在縮短行車里程、提高車輛通行速度方面發揮重要作用，給人們的出行帶來便利，推動城市經濟發展。所以，在城市市政建設中，隧道設計工程占據重要地位。在城市市政隧道高速發展中，一些設計問題逐漸暴露出來，對隧道的發展帶來極大的影響。若隧道工程的電氣質量、安全、運行無法得到保障，必然會影響隧道的正常運行。所以，當前需要考慮的主要問題是，如何提高隧道電氣設計水平。隧道工程本身就比較復雜，具有較高的技術性、專業性，正因如此，電氣設計也需要進行科學規劃、合理統籌、綜合考量。本文著重分析了隧道電氣設計中應注意的問題，以此為提高城市市政隧道建設質量提供參考。

1 隧道供配電系統分析

隧道與普通道路工程不同，屬于一種特殊的構造物，不僅建造的地理位置偏僻、環境復雜，且隧道還屬于一種隱蔽工程。基于隧道工程的特殊性和復雜性，對工程設計也提出了更高的要求。在隧道工程建設中，供配電系統是尤為重要的組成部分，供配電系統是否能夠正常、安全、穩定、持續地運行，直接決定了隧道工程的運行安全。所以加強對隧道工程供配電系統建設的重視，提高隧道工程供配電系統的設計水平至關重要。作為隧道工程中的供配電系統，首先必須滿足供電可靠性的要求。如果在隧道施工過程中，供電出現故障或問題，很有可能會對施工人員的生命安全造成威脅，甚至會因為供電故障導致各種安全事故的發生。若在隧道工程使用過程中，出現供電問題，則會對隧道行車安全造成威脅，嚴重的會導致生命財產的損失。為了保證隧道工程中供配電系統的供電可靠性，在隧道電氣設計過程中，就需要嚴格按照國標《供配電系統設計規范》（GB 50052—95）中的相關設計規范開展設計工作。對于隧道工程的一級負荷，在供電系統中應有2 個電源同時供電，如果其中1 個電源斷電了，那么另外的電源不會受到影響，能繼續保持供電。隧道工程的二級負荷，應采用兩回線路供電，且要采用獨立電源。為了達到不間斷的供電裝置，可以采用蓄電池。

2 隧道電氣設計中應注意的問題

2.1 隧道供配電設計

供配電設計與照明設計、消防設計、智能化設計等隧道設計內容有著密切聯系，應該要按隧道實際情況、有關設計具體布置，科學地設計隧道的進口、中部與出口。常使用的方法包括兩路雙重的10kV 供配電，能使有關設備的實際供電需求得到滿足；要想達到良好的供電效果，可以對一級負荷進行UPS、EPS設置。在設計隧道供配電中，白天供電，電壓會有很多負載，出現電壓降低的現象；晚上則相反，會出現電壓升高的情況。這就導致燈具處于一個不穩定的狀態下，如果電壓較高，將增加燈具的功耗，影響鈉燈的使用壽命。所以，優化隧道供配電設計是一項不可忽視的環節，只有做好這項工作，才能保障電網質量[1]。

2.2 隧道照明系統設計

從實際情況來看，隧道照明系統相比以往產生了一些變化，從智能化朝著可持續化、智慧化方向發展。二次配光技術、逆光照明的原理十分常見，也可以采用LED 燈、光纖維隧道燈替換傳統的高壓鈉燈，由此達到節約能源的目的。我國隧道照明發展起步比較晚，整體水平存在很大的差距，但是近年來的發展取得了良好效果。在《公路隧道照明設計細則》（JTG/T D70/2-01—2014）中，主要對隧道照明系統的應用發展進行了規范說明，為我國隧道照明系統的發展指明了方向，且完善了隧道照明系統。

對于隧道工程照明系統的設計來說，其要點包括這幾個方面：首先，從照明學的角度來看，為了防止眩光問題的發生，隧道照明應對隧道入口段、中間段、出口段的照明進行把握。面對光都要有一個適應的過程，尤其是當光強度變化時。車輛在行駛過程中，其速度相對比較快，進入隧道后，人們需要幾秒鐘適應光度的變化[2]。白天，車輛駕駛人員進入隧道時，隧道內部、外部的光線有著顯著的差異，極易產生黑洞效應的問題。當車輛駛到隧道出口時，也會因為隧道口光線太亮，出現白洞效應，這將會增加交通安全事故發生概率。為了避免這一問題的發生，將有效的照明方法應用于隧道內部，縮小隧道內部、外部的光亮差異。其次，現今的隧道照明方法是在視覺條件前提下，滿足隧道工程整體照明要求，還要重視節能控制。比如，隧道的光度在白天、晚上都存在差異，要采用各種不同調光設備來調整與控制隧道照明環境。可將自適應模糊控制技術應用于隧道工程中，滿足不同階段的照明需求。為了實現隧道工程照明節能設計，選擇隧道燈具光源時，應綜合考慮多個因素，包括顯色性、使用壽命等。高壓鈉燈、熒光燈、低壓鈉燈、高壓汞燈是比較常使用的燈具。相比其他光源，低壓鈉燈的光效更高，但是也存在一些缺點，如顯色性較差，使用時間較短。高壓汞燈光效不高，極易吸引蚊蟲，且無法達到調光的效果。高壓鈉燈光效高，且使用壽命相對比較長，透霧性能較好，是良好的公路隧道照明光源。而熒光燈也是常見的城市隧道燈，光效好、壽命長均是其突出的優點，還有良好的顯色性，所以，其應用價值比較顯著。

隧道燈具都采用節光型燈具，能達到避免產生眩光的效果。采用放射式結構的光學系統，重新分配光源光通量的主要部件是反射器。通過反射器，能將光源發出的光投入到需要的方向。

燈具應該有較高的光效，這樣才能達到綠色照明的要求。隧道燈具的光效與諸多方面有著密切聯系，包括反射器的材料、光學設計等。從實際情況來看，隧道燈具光效指標為0.5 左右，很多燈具會使光源發出的光能產生一定損失，且有著較低的能量利用率；同時，由于很多光能沒有放射出燈具，將會使燈具溫度升高，減少燈具的使用壽命。選擇公路隧道燈具時，應考慮隧道各個方面的要求，包括隧道特征、行車要求等，保障光學設計的科學性。當前很多國家采用先進的逆光照明技術，能夠實現對前方車輛的準確辨認[3]。公路隧道照明的主要方式是對稱步燈，一座2000m 長雙洞單向行車隧道，需要1000 套左右的燈具，功率是100kW，較傳統燈具能節省30%的投資和30%運營電力費。逆光照明燈的優勢體現在節能省電方面，所以，應將其廣泛應用于隧道綠色照明中。另外，還要采用高反射率的材料作為燈具反射器。采用高純鋁、不銹鋼材料作為隧道燈具，表面需進行拋光處理，以此提高反射率，提高燈具的光通維持率。

2.3 隧道電氣節能設計

要想達到隧道電氣節能施工效果，首先，隧道電氣施工要符合國家相關規范規定，且要完善隧道電氣節能施工的規范制度，使隧道工程的質量安全得到保障。其次，應遵循相應的原則，即節能施工、降低電能消耗。因此，在施工中應對消耗環節進行明確，完善節能方案，使隧道電氣節能效果得以實現[4]。比如，在隧道施工過程中，施工單位應該基于綠色環保的需求，盡量選擇節能環保材料，隧道中變電所的位置應盡量設置在負荷中心，縮短供電距離，從而達到減少壓降損耗的目的。在電氣節能設計過程中，施工單位還可以考慮將埋地變壓器分散部分在負荷中心，使低壓供電半徑控制在數百米內，由此達到降低電能損耗的效果，且使有色金屬的消耗作用大大降低。在隧道工程中，應該滿足綠色照明的需求，可應用高光燈具，采用電子整流器替代電感整流器，使設計達到電氣節能的效果。另外，還要考慮實際經濟效益。因此，科學地選擇隧道電氣設計方案，合理地應用施工材料和設備，不僅能達到良好的經濟效益，還能實現節能施工的效果。

3 隧道電氣施工的要點

3.1 供電系統施工

隧道供電系統的安裝主要包括安裝配電柜、各個等級電壓變電站、地埋式變壓器等，還要做好隧道供電系統的施工，實現隧道工程的給排水、通風照明等工作。為了保障隧道供電系統的有效性，可采用兩臺獨立的變壓器側饋線柜，設置在變電站內部，也就是采用雙電源供電。另外，需要保障隧道應急照明系統的連續性，置好隧道EPS 電源。在隧道工程運行過程中，存在較多不確定性因素，而很多情況的發生也具有難以預防和控制的特點。基于此，在供電系統施工過程中，需要重視對應急電源的設計。在規劃過程中，要結合隧道供電系統的實際情況，合理選擇應急電源。施工單位要從多方面綜合考慮，確定實際負荷是1 級、2 級還是3 級，運行時間以及能源需求，最終選擇適宜的應急電源。一般在施工中，可用于隧道的典型備用電源是備用發電機、柴油發電機、備用電源、回路電源的結合應用。

3.2 照明系統施工

隧道的照明燈具就是所謂的隧道照明系統，種類比較多，施工任務比較繁重。施工的質量將極大地影響后期的燈具使用情況。因此，不同位置的隧道照明燈的安裝過程以及取得的照明效果均有所不同。為了保證燈具的美觀性，可采用LED 燈，要注意對稱安裝布置。一般采用三分之一的基本照明實現應急照明，將LED 燈以拱頂的布置方式應用于車行通道、人行通道的照明安裝中。在實際施工中，應正確地敷設線纜，且應按照隧道照明系統的設計圖。檢驗隧道照明燈的實際投射效果。

3.3 隧道照明與節能、監控的矛盾

對于隧道管理來說，隧道監控發揮著重要作用。在隧道監控工作中，極易與隧道照明產生矛盾，而導致矛盾的主要原因是夜間照明。為了達到省電的目的，運營人員在夜晚來臨時，將隧道內的燈關閉。當前非紅外線攝像頭廣泛應用于國內隧道中，夜間隧道內無照明，攝像頭無法正常工作，浪費了攝像頭和監視設備的電能。這種間斷的監控與隧道內所需的監控要求不相符，在夜間無法了解隧道內的情況。在車輛出現故障之后，不僅無法取得良好的監控效果，且無法提供必要的照明。在設計中，應充分考慮當隧道發生緊急情況時，隧道內燈具應能根據需要自動對照明亮度進行控制。比如，隧道內如果發生火災，系統應自動點亮所有的燈具，且系統的手動控制能夠在監控中心、隧道管理房等多處實現。綜合考慮包括安全、節能、監控等方面因素，夜間在隧道內提供照明是很有必要的。

4 結語

總而言之，隧道電氣設計作為一項電氣工程，在方案設計過程中，設計人員應對現場進行考察，根據隧道工程的實際情況，科學地制定電氣方案，以此實現節能、安全的目的。本文通過分析隧道電氣設計中應注意的問題，為保障設計的科學合理性提供參考。