徐　凱

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)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(shè)計(jì)院集團(tuán)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(tǒng)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(shí)現(xiàn)長距離控制，但不能實(shí)現(xiàn)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(jù)高速鐵路運(yùn)營的實(shí)際需要，提出智能控制的方案。智能控制除具有常規(guī)控制功能外，還可實(shí)現(xiàn)模式控制，作為隧道照明控制的新技術(shù)，具有很好的推廣前景。結(jié)合各種控制方式的原理、功能和特點(diǎn)，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(fā)展，尤其近年來高速鐵路的建設(shè)取得了世人矚目的成就。到2015年底，高速鐵路運(yùn)營里程達(dá)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(yùn)行速度快，線路順直，曲線半徑大，在山區(qū)往往橋隧相連，全線會(huì)包含多座長大隧道。為保證行車安全，方便巡視和設(shè)備維修，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除隱患，提高沿線設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量以及在發(fā)生火災(zāi)及其他災(zāi)害時(shí)，能及時(shí)引導(dǎo)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(xiàn)了我國鐵路各領(lǐng)域科技發(fā)展的最高水平，針對為高速鐵路安全運(yùn)行提供服務(wù)保障的隧道照明而言，其照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念及技術(shù)水平也應(yīng)與高速鐵路的實(shí)際需求與發(fā)展相適應(yīng)。

本文通過對已通車運(yùn)營的高速鐵路現(xiàn)狀進(jìn)行分析，總結(jié)交流控制與直流控制兩種常規(guī)控制方式存在的問題。結(jié)合技術(shù)的不斷發(fā)展與高速鐵路運(yùn)營及維護(hù)的實(shí)際需要，提出了智能控制的方案，并對實(shí)際應(yīng)用的案例進(jìn)行了介紹。智能控制[5]作為隧道照明控制的新技術(shù)，具有很好的推廣前景。

另外，在高速鐵路項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中，對各種控制方式的選用原則尚無統(tǒng)一的規(guī)定。本文結(jié)合各種控制方式的原理、功能和特點(diǎn)，給出了各自應(yīng)用范圍的建議。

2　照明控制的現(xiàn)狀分析

目前，國內(nèi)已通車的高速鐵路項(xiàng)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(diǎn)、控制原理及存在的問題進(jìn)行分析。

2.1交流控制方式

交流控制為一種較為傳統(tǒng)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(yīng)用。在一些高速鐵路項(xiàng)目中也采用了這種控制方式，如大西高速鐵路、津秦客運(yùn)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(dāng)首端控制箱轉(zhuǎn)換開關(guān)SA處于“手動(dòng)檔”時(shí)，在首端控制箱或末端控制箱按下啟動(dòng)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(diǎn)閉合，線路自鎖，區(qū)間照明燈點(diǎn)亮。當(dāng)在首端或末端控制箱按下停止按鈕2SB時(shí)，接觸器KM失電，照明燈關(guān)閉。當(dāng)控制應(yīng)急照明時(shí)，沿隧道壁每隔200 m設(shè)1處應(yīng)急照明緊急啟動(dòng)按鈕(圖1未表示)，在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，人員可以隨時(shí)從就近的一個(gè)按鈕箱點(diǎn)亮應(yīng)急照明[8]。

巡視及維修人員在隧道口通過首端控制箱點(diǎn)亮照明燈，到此段照明供電臂末端時(shí)(一般不超過1.5 km)[9]，通過末端控制箱關(guān)閉此段照明燈。再接著啟動(dòng)下一個(gè)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(shí)現(xiàn)對一個(gè)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(shí)，由于電纜線路導(dǎo)體之間，導(dǎo)體與大地之間都存在著電容，這種非電容形態(tài)形成了分布電容。當(dāng)電纜過長時(shí)，就必須考慮分布電容的作用。電纜的電容效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致接觸器在“開”狀態(tài)下仍有一定的電壓差，從而產(chǎn)生“開態(tài)不穩(wěn)定”現(xiàn)象，縮短元器件的使用壽命；接觸器吸合后，電纜的電容效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致接觸器無法釋放，即閉合后產(chǎn)生“失控”現(xiàn)象。根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，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(gè)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(gè)供電臂以上)，則無法在隧道口實(shí)現(xiàn)對整個(gè)隧道照明全開及全關(guān)控制。如果巡視人員忘記了關(guān)閉上一個(gè)供電臂的照明燈，由于高速鐵路夜間停運(yùn)時(shí)間有限，若再返回關(guān)燈，不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還會(huì)影響到整個(gè)巡視維護(hù)的計(jì)劃安排。

2.2直流控制方式

直流控制是為適應(yīng)長大隧道照明的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)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(nèi)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(yīng)用廣泛，如京滬高速鐵路、合福高速鐵路等?？刂圃砣鐖D2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(nèi)的啟停按鈕實(shí)現(xiàn)對本段照明的兩端控制。所不同的是，在緊急情況下或發(fā)生事故時(shí)，可通過洞口兩端及隧道內(nèi)每隔200 m一處的緊急啟動(dòng)按鈕一鍵開啟隧道內(nèi)全部照明燈，并可在洞口首末端一鍵關(guān)閉全部照明燈。

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

直流控制接線相對較為復(fù)雜，根據(jù)一些工程反饋的信息，在系統(tǒng)調(diào)試過程中有時(shí)會(huì)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(dāng)隧道照明范圍很長時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)較為復(fù)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(tǒng)的應(yīng)用

智能照明控制系統(tǒng)在民用大型建筑以及鐵路大中型站房、大型車庫等場所應(yīng)用廣泛，技術(shù)也比較成熟。但在鐵路隧道方面應(yīng)用較少，近兩年來在剛開通的長昆高速鐵路、沈丹客運(yùn)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(tǒng)構(gòu)成簡單、調(diào)試方便、性能穩(wěn)定。據(jù)長昆高速鐵路及沈丹客運(yùn)專線反饋的信息，自通車以來，系統(tǒng)性能穩(wěn)定、設(shè)備運(yùn)行良好。下面以沈丹客運(yùn)專線大頂山隧道為例簡要介紹智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

大頂山隧道全長6 265 m，設(shè)有3個(gè)電力隧道洞室，洞室間距約2 km。共分6個(gè)供電臂，每個(gè)供電臂長約1 km。智能照明控制系統(tǒng)由控制主機(jī)、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(shè)有2臺(tái)智能照明控制主機(jī)，互為熱備運(yùn)行，分別安裝在隧道兩端的電力洞室內(nèi)。電源模塊及控制模塊安裝在各洞室照明配電箱內(nèi)，智能控制面板安裝在每個(gè)供電臂首末端控制箱、洞口控制箱及每隔200 m設(shè)置的緊急啟動(dòng)箱內(nèi)。系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示[13]。

圖3　大頂山隧道智能照明控制系統(tǒng)構(gòu)成

隧道口首、末端控制箱可以實(shí)現(xiàn)對整個(gè)隧道照明全開、全關(guān)控制及對本供電臂的開/關(guān)控制。本供電臂的末端控制箱可實(shí)現(xiàn)對本供電臂的開/關(guān)控制。沿隧道壁每隔200 m設(shè)置1處緊急啟動(dòng)箱，在緊急情況或發(fā)生事故時(shí)，可通過控制面板一鍵開啟隧道內(nèi)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(jù)運(yùn)營的實(shí)際需求設(shè)定不同的模式控制[14-15]、時(shí)段控制等。智能照明控制主機(jī)通過電力洞室箱變處的通信網(wǎng)絡(luò)與綜合維修工區(qū)聯(lián)網(wǎng)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控及遠(yuǎn)程模式調(diào)整[16]。

智能照明控制與交流控制及直流控制相比，在技術(shù)與使用功能上具有很大的飛躍，但智能控制應(yīng)用于高速鐵路隧道還處于摸索與起步階段，系統(tǒng)運(yùn)行的效果還需經(jīng)受時(shí)間的檢驗(yàn)。對于主機(jī)、模塊及控制面板等硬件設(shè)備，其性能還有待于進(jìn)一步完善，需要開發(fā)更能適應(yīng)高速鐵路隧道環(huán)境的產(chǎn)品。對控制總線組網(wǎng)還應(yīng)逐步適應(yīng)隧道長距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。

4　結(jié)語

隧道照明應(yīng)根據(jù)線路的性質(zhì)、等級、管理模式、隧道的分布及長度、防災(zāi)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(shè)備的巡視與維護(hù)，更有利于防災(zāi)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(tǒng)的分布電容對控制電路的影響，是設(shè)計(jì)時(shí)容易被忽視的問題，在采用交流控制時(shí)需重點(diǎn)加以注意。隨著新技術(shù)新產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，隧道照明控制也將越來越科學(xué)、合理。

[1]盛光祖.深入推進(jìn)鐵路創(chuàng)新發(fā)展 為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展做出新貢獻(xiàn)[N].人民鐵道報(bào)，2016-1-21(1).

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[8]鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.TB/T10621—2014高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國鐵道出版社，2014.

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[16]中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.TB10117—2008鐵路供電調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)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(yè)于上海鐵道學(xué)院電器專業(yè)，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