司馬玉山

（中鐵二十一局集團(tuán) 電務(wù)電化工程有限公司，甘肅　蘭州　730000）

電氣化鐵路隧道照明節(jié)能探討

司馬玉山

（中鐵二十一局集團(tuán) 電務(wù)電化工程有限公司，甘肅蘭州730000）

近年來(lái)，隨著我國(guó)電氣化鐵路的迅速發(fā)展，特別是鐵路長(zhǎng)大隧道的記錄不斷被刷新，電氣化鐵路隧道照明系統(tǒng)也隨之增多。目前，在節(jié)能減排已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主基調(diào)背景下，如何提高隧道照明系統(tǒng)的利用率、解決實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中節(jié)能和安全運(yùn)營(yíng)的矛盾，已成為當(dāng)前迫切需要解決的問(wèn)題。本論述就有效節(jié)約電能降低運(yùn)營(yíng)成本、提高鐵路運(yùn)營(yíng)的安全性，從而達(dá)到提高電氣化鐵路運(yùn)營(yíng)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)進(jìn)行探討，在設(shè)計(jì)階段采用以下方法進(jìn)行節(jié)能控制：將隧道劃分為四個(gè)段，根據(jù)不同段的亮度合理布置燈具；選用特殊聲控照明系統(tǒng)、LED燈、特殊反光材料節(jié)約電能。

節(jié)能；隧道照明；自動(dòng)控制；LED；節(jié)約能耗；聲控

本論述就電氣化隧道照明節(jié)能問(wèn)題從設(shè)計(jì)階段和運(yùn)營(yíng)管理階段，通過(guò)不同的節(jié)能控制方法進(jìn)行節(jié)能控制。

1　電氣化鐵路隧道照明設(shè)計(jì)階段

1.1電氣化鐵路隧道照明系統(tǒng)區(qū)段劃分及取值

在設(shè)計(jì)階段把電氣化鐵路隧道劃分為入口段、過(guò)渡段、中間段、出口段等部分，根據(jù)規(guī)范要求的各個(gè)段最低亮度要求，分別設(shè)計(jì)各段照明系統(tǒng)布置。

入口段亮度計(jì)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(shù)，可根據(jù)規(guī)范查表取值；L20（S）洞外亮度（cd/m2）。

過(guò)渡段由TR1、TR2、TR3三個(gè)照明段組成，其中Ltr1=0.3 Lth、Ltr2=0.1 Lth、Ltr3=0.035 Lth。

根據(jù)以上公式，在設(shè)計(jì)階段對(duì)各段的照明燈具、開(kāi)關(guān)箱、插座箱、配電箱進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，達(dá)到合理布局、節(jié)約電能的要求。

1.2電氣化鐵路隧道照明系統(tǒng)控制系統(tǒng)選取

在設(shè)計(jì)階段選用合理的隧道照明控制方式和控制系統(tǒng)是電氣化隧道照明節(jié)能的關(guān)鍵所在。

目前國(guó)內(nèi)隧道照明系統(tǒng)的控制方式主要有三種：手動(dòng)控制、分時(shí)段進(jìn)行的時(shí)序控制和分級(jí)控制。

手動(dòng)控制：在電氣化鐵路隧道中，通過(guò)設(shè)置在隧道口的電源開(kāi)關(guān)箱及洞內(nèi)的照明控制箱，人工進(jìn)行照明系統(tǒng)的逐級(jí)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(yùn)行時(shí)，為了保障列車(chē)的安全運(yùn)行，一般設(shè)置為長(zhǎng)明燈，這就造成了巨大的電能浪費(fèi)。手動(dòng)照明控制控制點(diǎn)分散、管理不便、電能浪費(fèi)大，因此不宜在電氣化隧道照明中單獨(dú)采用手動(dòng)控制系統(tǒng)。

分級(jí)控制的工作原理為：在隧道口、隧道外合理位置布設(shè)檢測(cè)照度的儀器，將隧道外、隧道入口處的光強(qiáng)度數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)街骺刂葡到y(tǒng)進(jìn)行處理，分別逐級(jí)控制電氣化隧道內(nèi)各區(qū)段的照明強(qiáng)度。電氣化鐵路隧道照明系統(tǒng)在設(shè)計(jì)階段，為了保證列車(chē)的運(yùn)行安全，其設(shè)計(jì)參數(shù)值取值較大。隧道外照度的取值，往往是按夏季日照時(shí)間最長(zhǎng)時(shí)提取最大亮度，用來(lái)設(shè)計(jì)隧道內(nèi)燈具的布置位置及所采用的燈具功率。而在電氣化鐵路運(yùn)行中，設(shè)計(jì)值偏大而實(shí)際光強(qiáng)度需求量較小，這樣就造成了大量電能的浪費(fèi)。在隧道因布局限制，大量回路線無(wú)法布置安裝，一般只能做到人工控制2-3級(jí)，隧道內(nèi)燈具基本都處于最大亮度，無(wú)法對(duì)整個(gè)隧道的照明進(jìn)行有效的節(jié)能控制，因此分級(jí)控制不宜在電氣化鐵路隧道照明系統(tǒng)中采用。

分時(shí)控制系統(tǒng)：分時(shí)段照明控制方式吸納了傳統(tǒng)照明控制方式，具有節(jié)約電能、靈活多變的特點(diǎn)，其基本原理是依靠中心控制系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器來(lái)控制隧道的配電照明。所謂的分時(shí)段智能照明控制系統(tǒng)就是實(shí)現(xiàn)了照明開(kāi)關(guān)的自主控制、告別了傳統(tǒng)照明方式的手動(dòng)、人工控制。該系統(tǒng)雖然很好地解決了傳統(tǒng)照明控制方式對(duì)“照明控制相對(duì)分散和不利于有效管理”等問(wèn)題，照明控制的集中高效管理的問(wèn)題得到有效解決，但電氣化隧道照明系統(tǒng)主要用于列車(chē)通過(guò)時(shí)的照明和日常檢修時(shí)的照明，因列車(chē)表、檢修時(shí)間不固定，無(wú)法對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確控制，因此分時(shí)段進(jìn)行的時(shí)序控制，也不適用于電氣化鐵路隧道照明。

根據(jù)以上隧道照明系統(tǒng)的控制方式的優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比分析及滿(mǎn)足電氣化鐵路隧道照明的需求，可采用特殊聲控和手動(dòng)控制相結(jié)合的綜合控制系統(tǒng)。

特殊聲控照明系統(tǒng)工作原理：列車(chē)駛?cè)胨淼狼皯?yīng)鳴笛，距離隧道口262.5 m處司機(jī)因鳴笛，鳴笛時(shí)空氣被壓縮，氣流加快，也就是風(fēng)速變大?；疖?chē)?guó)Q笛的聲音是有方向性的，在它正前方30 m 90度內(nèi)為107～120 dB，列車(chē)在隧道內(nèi)行駛時(shí)車(chē)輪撞擊鐵軌的聲音70～85 dB。而檢修人員在隧道內(nèi)行走檢修時(shí)的分貝在15～50 dB，因此可根據(jù)隧道內(nèi)列車(chē)運(yùn)行時(shí)速、分貝范圍及檢修時(shí)的分貝范圍，設(shè)置雙層聲控系統(tǒng)。當(dāng)列車(chē)靠近隧道口時(shí)，高分貝控制系統(tǒng)啟動(dòng)，當(dāng)列車(chē)駛出隧道時(shí)，隧道照明系統(tǒng)自動(dòng)停止。在同一個(gè)隧道設(shè)計(jì)多段底分貝隧道照明聲控系統(tǒng)，當(dāng)人工檢修到達(dá)隧道里程時(shí)，通過(guò)低分貝控制系統(tǒng)單獨(dú)啟動(dòng)該處隧道照明系統(tǒng)，到達(dá)下一個(gè)隧道里程時(shí)該處隧道照明系統(tǒng)啟動(dòng)，同時(shí)上一處隧道照明系統(tǒng)自動(dòng)停止。特殊聲控照明系統(tǒng)最大限度地解決了電能浪費(fèi)的缺點(diǎn)，同時(shí)一次性設(shè)備投入較小，經(jīng)濟(jì)適用，最適合作為電氣化隧道照明的控制系統(tǒng)。

1.3電氣化鐵路隧道照明系統(tǒng)照明燈具的選型

隧道照明屬于定向照明的范疇，現(xiàn)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(yōu)點(diǎn)是光效較高，缺點(diǎn)是光源的顯色性不好，高壓鈉燈發(fā)黃光也導(dǎo)致隧道照明的視覺(jué)效果不佳，影響行車(chē)安全，直管型熒光燈光源顯色性良好，但光效略低，具體指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1　照明燈主要技術(shù)指標(biāo)

采用新型照明燈具和經(jīng)濟(jì)適用的控制系統(tǒng)是保證電氣化隧道安全、節(jié)能運(yùn)行的重要控制環(huán)節(jié)。高頻無(wú)極燈、LED燈在道路、隧道中已越來(lái)越多地被使用，而且節(jié)能效果和亮度效果有明顯改進(jìn)。LED燈產(chǎn)品應(yīng)用到電氣化鐵路隧道照明，不但能滿(mǎn)足隧道光效、光通量、光色、顯色性的要求，而且能節(jié)約能耗降低正常維護(hù)支出，從而達(dá)到節(jié)能且安全運(yùn)行的目標(biāo)。

LED燈工作原理：LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它直接把電能轉(zhuǎn)化為光能。LED的控制中心是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，兩端分別連接電源正負(fù)極，用環(huán)氧樹(shù)脂把整個(gè)晶片密封。半導(dǎo)體晶片由三部分組成，即P型半導(dǎo)體（空穴）、N型半導(dǎo)體（主要是電子），中間是1至5個(gè)周期的量子阱。當(dāng)電流作用于晶片時(shí)，電子和空穴就會(huì)被推向量子阱，在量子阱內(nèi)電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量。LED光效可達(dá)到370 lm/W以上，理論上比白熾燈節(jié)約能耗11%，比熒光燈節(jié)約能耗45%。隨著LED價(jià)格的快速下降，與傳統(tǒng)光源相比，LED具有顯著的優(yōu)點(diǎn)：效率高、使用方便、環(huán)保、壽命長(zhǎng)，特別是在電氣化隧道照明等定向照明等領(lǐng)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(tǒng)，在不增加負(fù)荷和照明燈具的前提下，通過(guò)隧道的光源反射布置也可以達(dá)到降低能耗的效果。首先選擇合適的燈具，然后重點(diǎn)調(diào)整其安裝角度，達(dá)到最佳的光強(qiáng)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(guò)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(shù)將比表面未作處理的隧道節(jié)約用電15%左右。

2　運(yùn)營(yíng)階段節(jié)約能耗

運(yùn)營(yíng)階段通過(guò)管理手段可以達(dá)到節(jié)約能耗的目的，即在電氣化隧道照明系統(tǒng)投運(yùn)后，對(duì)隧道內(nèi)光源、燈具進(jìn)行定期維護(hù)，要做到對(duì)燈具進(jìn)行定期清潔工作，對(duì)光源和附件進(jìn)行檢修，尤其是要重點(diǎn)檢查氣體放電光源的無(wú)功補(bǔ)償電容是否有擊穿現(xiàn)象，此外還可以根據(jù)列車(chē)通行量及檢修頻率，適度調(diào)整照明控制系統(tǒng)。對(duì)電氣化隧道照明系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)的主要目的是為了提高照明燈具的維護(hù)系數(shù)，使照明系統(tǒng)始終處于良好的工作狀態(tài)下，從而達(dá)到節(jié)約電能的目的。

3　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)采用以上節(jié)能方案和節(jié)能措施，可大大的提高隧道照明質(zhì)量、降低能耗與隧道運(yùn)營(yíng)成本。在經(jīng)濟(jì)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，通過(guò)不斷研究與總結(jié)，提高電氣化隧道照明節(jié)能技術(shù)，從而達(dá)到提高電氣化鐵路運(yùn)營(yíng)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的目的。

［1］ 王洵.隧道LED燈照明自動(dòng)控制系統(tǒng)［P］.中國(guó)專(zhuān)利ZL200820071842.6.2009.

［2］ 王文熙，郭奮勇.隧道照明節(jié)能分析與系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案［J］.中國(guó)交通信息產(chǎn)業(yè)，2003（8）.

［3］ 鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院.TB10008-2006 J660-2007，鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2007.

［4］ 涂耕.公路隧道節(jié)能照明設(shè)計(jì)探討［J］.燈與照明，2007，31 （2）：37-39.

［5］ 鄭淑清.LED節(jié)能技術(shù)在高速公路隧道照明上的應(yīng)用［J］.公路交通科技：應(yīng)用技術(shù)版，2011（7）：107-108.

［6］ 劉寶川.隧道照明技術(shù)［J］.中國(guó)照明電器，2000（3）.

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(xué)本科，工程師，主要從事鐵路電氣化工作。