高速公路隧道低壓配電系統(tǒng)與照明系統(tǒng)故障分析及解決措施

劉 金

(遼寧省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 沈陽(yáng)市 110015)

高速公路隧道情況復(fù)雜，項(xiàng)目管控壓力大，近年來(lái)國(guó)內(nèi)高速公路隧道事故多發(fā)，多與隧道內(nèi)低壓配電與照明設(shè)施有關(guān)，雖然按照交通部要求開(kāi)展定期檢測(cè)，但仍存在著不同程度的安全隱患。

1 隧道機(jī)電系統(tǒng)特征

高速公路隧道機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，特別是高速公路隧道照明及低壓配電設(shè)施能否發(fā)揮其應(yīng)有的作用，直接影響高速公路隧道內(nèi)行車(chē)安全，通過(guò)日常巡查和檢修，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，預(yù)防隧道事故，減少經(jīng)濟(jì)損失，為高速公路行車(chē)安全及持續(xù)運(yùn)營(yíng)提供保障。

高速公路隧道機(jī)電設(shè)施具有以下五個(gè)特點(diǎn)：

(1)設(shè)備涉及范圍較廣，為確保高速公路的安全運(yùn)行，機(jī)電設(shè)備種類(lèi)多樣，給設(shè)備的管理與養(yǎng)護(hù)工作帶來(lái)一定的困難。

(2)設(shè)備運(yùn)行成本高，隧道機(jī)電設(shè)施的日常管理與養(yǎng)護(hù)工作需要投入大量的人力資源與財(cái)力資源。

(3)對(duì)設(shè)備安裝、操作的技術(shù)水平要求高。

(4)機(jī)電設(shè)施系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

(5)高速公路隧道機(jī)電設(shè)施系統(tǒng)技術(shù)含量高。

為確保高速公路正常運(yùn)營(yíng)，需要采取相應(yīng)的措施對(duì)隧道機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行管理與養(yǎng)護(hù)。

隧道機(jī)電各分項(xiàng)問(wèn)題整改前后檢測(cè)數(shù)量對(duì)比見(jiàn)圖1。

圖1 隧道機(jī)電各分項(xiàng)問(wèn)題整改前后檢測(cè)數(shù)量對(duì)比

2 系統(tǒng)故障與解決措施

2.1 系統(tǒng)故障問(wèn)題

2.1.1低壓配電設(shè)施

低壓配電設(shè)施是隧道機(jī)電系統(tǒng)重要組成部分，目前隧道低壓配電設(shè)施存在以下問(wèn)題：

(1)發(fā)電機(jī)自啟動(dòng)轉(zhuǎn)換功能缺失導(dǎo)致當(dāng)市電停電時(shí)無(wú)法及時(shí)向隧道機(jī)電設(shè)備進(jìn)行供電。僅憑EPS供電的應(yīng)急燈無(wú)法滿(mǎn)足隧道內(nèi)照度要求，構(gòu)成較大安全隱患。

(2)變電所電纜井及隧道電纜溝內(nèi)電纜預(yù)留空間較少，電纜井內(nèi)有積水，電纜使用年限較長(zhǎng)，出現(xiàn)部分老化情況，易發(fā)生火災(zāi)；外場(chǎng)設(shè)備電纜缺少標(biāo)識(shí)，線(xiàn)纜布線(xiàn)混亂，影響日后的維修改造工作[1]。

UPS電源的設(shè)計(jì)目的在于當(dāng)市電停止時(shí)，保證隧道內(nèi)機(jī)電設(shè)備不間斷供電，若發(fā)生火災(zāi)，一旦低壓配電與照明設(shè)施失效，將造成嚴(yán)重后果。

2.1.2照明設(shè)施

目前隧道照明設(shè)施狀況存在以下方面問(wèn)題：

(1)燈具短路故障、斷路故障、燈具設(shè)備損壞，造成照明燈具功能缺失。

(2)照明燈具老化，光衰較大，造成隧道內(nèi)照度值不符合安全規(guī)范要求。

上述問(wèn)題導(dǎo)致隧道內(nèi)照度值偏低，路面視認(rèn)效果不良，在車(chē)輛高速運(yùn)行情況下，駕駛?cè)藢?duì)現(xiàn)場(chǎng)路面的視認(rèn)情況受到一定影響，存在重大安全風(fēng)險(xiǎn)。隧道照明設(shè)施狀況直接影響隧道安全程度，需要通過(guò)持續(xù)性檢測(cè)和維修，提高隧道照明設(shè)施完好率[2]。

2.2 故障原因分析

2.2.1低壓配電設(shè)施

低壓配電設(shè)施是由一個(gè)或多個(gè)低壓開(kāi)關(guān)與相關(guān)的測(cè)量、控制、保護(hù)和信號(hào)等輔助元器件組成，其可能出現(xiàn)故障如下：

(1)斷路器不能合閘

斷路器不能合閘的原因歸結(jié)如下：進(jìn)線(xiàn)端沒(méi)有電源，而斷路器帶有欠壓線(xiàn)圈；先前跳閘可能是過(guò)載或出線(xiàn)側(cè)短路故障引起的，而脫扣器動(dòng)作后沒(méi)有及時(shí)地復(fù)位；塑殼斷路器的操作機(jī)構(gòu)損壞等。可采取如下排除措施：在斷路器開(kāi)斷短路電路的過(guò)程中，從進(jìn)線(xiàn)端恢復(fù)電壓，同時(shí)進(jìn)行手柄復(fù)位，再進(jìn)行合閘；對(duì)脫扣原因進(jìn)行查明、排除故障、手柄復(fù)位后合閘；更換操作機(jī)構(gòu)后再進(jìn)行合閘。

(2)斷路器跳閘

①若機(jī)械設(shè)備工作情況正常，檢查跳閘設(shè)定電流是否正確，跳閘部件是否移動(dòng)變形，觸點(diǎn)是否燒蝕，螺釘是否松動(dòng)，斷路器是否老化，線(xiàn)路之間是否有短路點(diǎn)和漏電等。

②檢測(cè)運(yùn)轉(zhuǎn)電流和機(jī)械設(shè)備啟動(dòng)是否在正常范圍內(nèi)，檢查機(jī)械設(shè)備是否工作正常，若不正常，再對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行檢測(cè)，檢查是否因?yàn)榭?dǎo)致電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)受阻。

(3)電容器數(shù)值變化不對(duì)

①電網(wǎng)負(fù)荷為滯后狀態(tài)，補(bǔ)償器卻顯示超前，或顯示滯后，但電容器在投入工作后的數(shù)值不增反減，這是由于電壓與電流信號(hào)的相位不對(duì)造成的。

②電網(wǎng)負(fù)荷為滯后狀態(tài)，補(bǔ)償器也顯示滯后，但電容器在投入工作后數(shù)值只隨負(fù)荷變化而變化，這是因?yàn)樵跊](méi)有經(jīng)過(guò)電流取樣互感器的情況下，投切電容器產(chǎn)生電流造成的，需要對(duì)電力信號(hào)調(diào)頻濾波，匹配濾波后的線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)見(jiàn)圖2。

圖2 隧道低壓配電設(shè)施濾波調(diào)頻信號(hào)

2.2.2照明設(shè)施

隧道照明系統(tǒng)故障主要有線(xiàn)路故障和燈具損壞、老化等，造成隧道內(nèi)照明燈具照度不足，構(gòu)成安全隱患。具體情況如下：

(1)線(xiàn)路故障

線(xiàn)路故障包括線(xiàn)路短路和斷路，電路中發(fā)生短路故障的表現(xiàn)為電氣線(xiàn)路往往由于短路、過(guò)載運(yùn)行、接觸電阻過(guò)大等原因，產(chǎn)生電火花、電弧或引起電線(xiàn)、電纜過(guò)熱，極易造成火災(zāi)。

短路一般有相間短路和對(duì)地短路兩種。相線(xiàn)之間相碰叫相間短路，相線(xiàn)與地線(xiàn)相碰，或相線(xiàn)與接地導(dǎo)體相碰，或相線(xiàn)與大地直接相碰叫做對(duì)地短路。

①使用絕緣導(dǎo)線(xiàn)、電纜時(shí)，沒(méi)有按具體環(huán)境選用，使導(dǎo)線(xiàn)的絕緣受高溫、潮濕或腐蝕等作用的影響而失去絕緣能力。

②線(xiàn)路年久失修、絕緣層陳舊老化或受損，導(dǎo)致線(xiàn)芯裸露。

③電源過(guò)電壓導(dǎo)致導(dǎo)線(xiàn)絕緣被擊穿。

④用金屬線(xiàn)捆扎絕緣導(dǎo)線(xiàn)或把絕緣導(dǎo)線(xiàn)掛在釘子上，日久磨損或生銹腐蝕導(dǎo)致絕緣受到破壞。

⑤裸導(dǎo)線(xiàn)安裝太低，搬運(yùn)金屬物件時(shí)不慎碰在電線(xiàn)上；金屬構(gòu)件搭落或小動(dòng)物跨接在電線(xiàn)上。

⑥安裝修理人員接錯(cuò)線(xiàn)路，或帶電作業(yè)時(shí)造成人為碰線(xiàn)短路。

⑦不按規(guī)程要求私接亂拉，管理不善，維護(hù)不當(dāng)造成短路。

(2)燈具自身照度不足

照度不足的原因如下：內(nèi)部分隧道建設(shè)時(shí)間較長(zhǎng)，燈具安裝時(shí)間跨度較長(zhǎng)，燈泡光衰嚴(yán)重；燈具臟污。通過(guò)收集近幾年隧道照明LED燈具亮度檢測(cè)數(shù)據(jù)，換算成光通量參數(shù)，最后繪制出光通量維持率隨燈具老化時(shí)間的變化曲線(xiàn)，如圖3。

圖3 光通量-燈具老化時(shí)變化曲線(xiàn)圖

目前仍存在部分隧道照明燈具故障及隧道部分設(shè)備電纜老化等安全隱患，不容忽視，需盡早排查整改。

2.3 解決措施

定期確認(rèn)隧道機(jī)電系統(tǒng)中亮度探測(cè)器和電力探測(cè)器的傳感能力及子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)能力，確保系統(tǒng)的安全保障能力和操作能力是完整的，需在以下幾個(gè)方面加強(qiáng)管理力度：

(1)細(xì)致檢查

電子工程設(shè)備的安裝范圍為除基礎(chǔ)以外部分，確保電子工程設(shè)備的安裝質(zhì)量是質(zhì)量監(jiān)控的關(guān)鍵，電纜、配電設(shè)施等工藝措施是技術(shù)專(zhuān)業(yè)性評(píng)估的內(nèi)容，應(yīng)定期進(jìn)行設(shè)備的安裝、調(diào)試和檢查，避免發(fā)生泄漏、電路老化和其他問(wèn)題，有必要結(jié)合設(shè)備存在的問(wèn)題制定對(duì)策，加強(qiáng)監(jiān)督，有效地保證機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行可靠性和安全性。

(2)深入排查

不同專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)工作需由不同專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員負(fù)責(zé)，檢測(cè)技術(shù)人員應(yīng)具備相應(yīng)資質(zhì)并持證上崗。通過(guò)深入排查隧道機(jī)電系統(tǒng)，分析系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量，提出整改建議及措施；確定故障出現(xiàn)的位置及原因、檢測(cè)信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量、檢測(cè)照明系統(tǒng)亮度及衰減，檢測(cè)供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量等。

(3)健康檢測(cè)

結(jié)合近年來(lái)全國(guó)隧道重大安全事故以及隧道機(jī)電系統(tǒng)檢測(cè)問(wèn)題，針對(duì)消防與救援設(shè)施功能缺失、照明設(shè)施損壞等重大安全隱患，通過(guò)委托第三方檢測(cè)單位每年一次甚至多次的巡查，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、公正客觀地反映問(wèn)題，做到防患于未然。

3 總結(jié)

對(duì)隧道機(jī)電系統(tǒng)中的低壓配電設(shè)施和照明設(shè)施進(jìn)行具體分析有利于準(zhǔn)確排查系統(tǒng)故障，并在第一時(shí)間對(duì)其采取針對(duì)性處理措施，可為高速公路隧道后期維護(hù)及改造工作提供參考依據(jù)。我們要不斷完善機(jī)電系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系，創(chuàng)新科學(xué)檢測(cè)方法，拓寬服務(wù)平臺(tái)，提升服務(wù)能力，為高速公路高質(zhì)量運(yùn)營(yíng)提供技術(shù)保障。