陳平安

西城工程設(shè)計集團有限公司 浙江 杭州 310000

近年來，我國的城市隧道工程建設(shè)在不斷地增加，給人們的出行帶來了極大的便利，并且有效地提升了城市的交通運輸效率，降低了交通運輸?shù)膲毫?，對城市的?jīng)濟發(fā)展有著極其重要的作用。但是現(xiàn)下我國城市隧道的電氣設(shè)計上還存在著一定問題，需要不斷的進行優(yōu)化和改進，特別是現(xiàn)行的城市隧道建設(shè)缺乏專業(yè)電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，城市隧道建設(shè)條件多樣，特別是城市長隧道對電氣要求更高。在設(shè)計和施工時要加強對各個環(huán)節(jié)的控制，確保城市隧道內(nèi)的供電系統(tǒng)正常運行，為城市隧道的交通安全提供最基礎(chǔ)的保障。城市隧道電氣配電需求多為通風(fēng)、供電、照明、通信、給排水、監(jiān)控、消防等，在設(shè)計時須嚴格按照工程需求和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，確保隧道供電系統(tǒng)合理性和科學(xué)性，如圖1所示。

圖1 隧道供配電系統(tǒng)

1 供配電系統(tǒng)的設(shè)計

對于城市隧道中的電氣供配電是整個隧道安全運行的基礎(chǔ)，一般城市隧道根據(jù)設(shè)施重要程度對電力負荷等級分級，涉及安全、穩(wěn)定、應(yīng)急、防災(zāi)要求的設(shè)備多為一級負荷，供電系統(tǒng)多引入城市雙獨立10kV電網(wǎng)并按要求設(shè)置變配電所，保障供電可靠性。但是隧道在運行的過程中會受到一些因素的干擾，導(dǎo)致城市隧道中的用電設(shè)備因為供電影響處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，如供電電源故障、觸發(fā)器誤操作、線路開斷、高能耗運行等，這些都會影響隧道正常運轉(zhuǎn)。所以，在保障供配電系統(tǒng)可靠性和安全性對電氣設(shè)計合理優(yōu)化和故障響應(yīng)，提升隧道整體電力系統(tǒng)的運行質(zhì)量[1]。隧道供配電主要構(gòu)成為：電網(wǎng)接引的10kV電源線路、10/0.4kV變電所、高低壓電力線路、隧道照明設(shè)施、隧道用電設(shè)備、管理用房、電氣設(shè)備防雷接地等。

1.1 負荷等級可靠供電

隧道供配電系統(tǒng)應(yīng)滿足安全、可靠、經(jīng)濟、運行靈活的要求。確保隧道能安全可靠維持正常運行，并滿足國家供配電設(shè)計規(guī)范中各類負荷的供電要求。供電系統(tǒng)接線應(yīng)盡量簡單、統(tǒng)一，以利于工程實施及以后運營管理的方便。隧道動力、照明的供電基本由供電系統(tǒng)中的獨立回路配出，大功率設(shè)備必要時采用降壓啟動措施，以減小設(shè)備的起動對其他回路的影響。對重要設(shè)施按電力負荷等級可靠供電，一級負荷電源引自變電所兩段母排各一回路，一用一備并末端自切，特別重要一級負荷采用雙電源切換+在線式不間斷電源（UPS）的方式供電。

表1 城市隧道設(shè)備負荷等級表

1.2 電氣火災(zāi)監(jiān)控保護裝置

電氣火災(zāi)是影響隧道安全和正常運行的極大危險因素，對電氣火災(zāi)監(jiān)控保護有效阻斷危害發(fā)生。積極避免因電弧、火花、接觸不良、漏電以及接地故障引發(fā)的絕緣破損等引起的火災(zāi)，城市隧道多采用電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，準(zhǔn)確監(jiān)控電氣線路的故障和異常狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)電氣火災(zāi)的火災(zāi)隱患，及時報警提醒相關(guān)人員消除這些隱患[2]，如圖2所示。

圖2 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

1.3 應(yīng)急電源

應(yīng)急電源也是城市隧道供配電系統(tǒng)設(shè)計中需要重點考慮的問題，城市隧道在運行的過程中不可避免地會出現(xiàn)停電等突發(fā)事故，為了提升隧道使用的安全性，需要對應(yīng)急電源科學(xué)合理地設(shè)計到供配電系統(tǒng)中，當(dāng)出現(xiàn)停電等突發(fā)事故時可以利用應(yīng)急電源去為城市隧道的內(nèi)部進行照明、監(jiān)測、控制等工作，以此保障這些用電設(shè)備的正常運行。在進行應(yīng)急電源的設(shè)計時，對用電設(shè)備位置、用電需求等進行合理分析，選擇適用的應(yīng)急方案，目前城市隧道常用的應(yīng)急電源主要有柴油機發(fā)電設(shè)備、EPS或UPS集中供電、蓄電池備用電源等。

1.4 電纜設(shè)計

城市隧道供配電系統(tǒng)中的電纜選擇、敷設(shè)方式和電纜連接器需合理設(shè)計，直接關(guān)系到隧道電力系統(tǒng)的運行。電纜選型考慮交通隧道消防條件及安全運行要求，多采用低煙無鹵型阻燃電纜，中藥設(shè)備電纜可采用耐火電纜或礦物絕緣電纜。電纜設(shè)計時應(yīng)按溫升條件或最不利條件選擇電纜截面，并進行校驗。電纜的敷設(shè)可以采用掛鉤、支架、橋架、托架敷設(shè)。各電纜沿墻或埋地敷設(shè)時穿鋼管保護，重要設(shè)備的不同電纜建議分開敷設(shè)，穿越伸縮縫、沉降縫時應(yīng)采取相應(yīng)的保護措施。最后設(shè)置電纜連接器，避免連接性、密封性不足導(dǎo)致?lián)p壞，由于電纜連接器安裝較為困難，可以根據(jù)需要選擇高壓連接器，降低電纜連接器損壞影響[3]。

1.5 隧道電氣節(jié)能

近年來，隨著節(jié)能環(huán)保理念的不斷深入，城市隧道的供配電系統(tǒng)也在不斷地進行節(jié)能優(yōu)化。首先在進行城市隧道供配電系統(tǒng)時，在確保隧道安全性和質(zhì)量的基礎(chǔ)上，響應(yīng)低碳減排目標(biāo)，在設(shè)計和選擇各種電器設(shè)備時，盡可能地使用節(jié)能的電氣設(shè)計和設(shè)備；其次，要對設(shè)計和施工的每個環(huán)節(jié)進行把控和優(yōu)化，確保節(jié)能降耗可以融入到城市隧道各個環(huán)節(jié)中，根據(jù)隧道建設(shè)的實際情況去優(yōu)化并選擇相應(yīng)的電氣設(shè)備，對設(shè)備的功率進行控制，從而降低整個隧道供配電系統(tǒng)的能耗；最后，在節(jié)能的基礎(chǔ)上要保障供配電系統(tǒng)的安全性和質(zhì)量，并且提升城市隧道建設(shè)的經(jīng)濟效益，為工程成本的降低提供有效的支撐。

2 照明系統(tǒng)的設(shè)計

隧道照明系統(tǒng)是電氣設(shè)計中的重點內(nèi)容，也是城市隧道運行中的重要組成，并且照明系統(tǒng)在城市隧道交通中可以為車輛的運行保駕護航，為出行的人員提供便捷。目前我國的城市隧道一般大于100米就需要設(shè)置照明系統(tǒng)，或通過模擬自然采光條件設(shè)置照明系統(tǒng)，降低司機駕駛車輛在經(jīng)過隧道時其視覺影響，隧道照明則可以有效地避免交通事故的出現(xiàn)。在進行城市隧道的照明系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計時，需要考慮到隧道環(huán)境條件、隧道自身條件和隧道交通條件，以此為隧道的照明系統(tǒng)設(shè)計提供有效的支撐[4]。

2.1 照明分區(qū)

隧道的照明系統(tǒng)根據(jù)隧道的內(nèi)部的環(huán)境不同需要設(shè)置照明分區(qū)（如圖3隧道照明分區(qū)）：洞外引道照明、出口段照明、臨近段照明、中間段照明、過渡段照明、出口段照明。城市隧道的每一個照明分區(qū)的設(shè)計都有自身的要求，在開展設(shè)計的時候要嚴格按照標(biāo)準(zhǔn)進行計算和設(shè)計。部分城市隧道的接近段照明在進行設(shè)計的時候可以適當(dāng)?shù)胤N植一些常青樹或加大周邊的綠化面積，主要的目的是為了實現(xiàn)人工減光。還有一種方式是在隧道的上方設(shè)置一些天然的減光柵格，以此實現(xiàn)過渡，緩解隧道的“黑洞”和“白洞”效應(yīng)。這兩種方式可以降低照明燈具的安裝，減少在隧道在運行過程中的能源消耗。

圖3 隧道照明分區(qū)

2.2 燈具布置

隧道內(nèi)部的燈具布置要保障駕駛員在對車輛進行駕駛時其視覺的舒適性，以此去消除因為視覺變化和刺激產(chǎn)生的交通安全事故。燈具的布置要根據(jù)照明的分區(qū)進行設(shè)置，中間段照明燈具可以采用帶狀分布的方式，將其安裝在城市隧道的頂部，也可以采用兩側(cè)對稱等布置方式，特別注意燈具的布置應(yīng)該是貫穿隧道全程的，另外還要在這一區(qū)域設(shè)置一些應(yīng)急照明的燈具，避免因為燈具損壞影響到駕駛員的視線。而隧道內(nèi)部燈具的間距在進行設(shè)計時也要考慮到其閃爍的頻率，要確保低于2.5赫茲或高于15赫茲。而出入口段照明和過渡段照明主要是由基本照明和加強照明組成，其中加強照明在進行燈具的選擇和布置時需要選用大功率的燈具，并根據(jù)燈具的功率不同去設(shè)置安裝的間距，從隧道口向中間照明區(qū)的燈具安裝間距逐漸加寬，亮度逐漸降低，以此去保障行車的安全性。

2.3 燈具控制

照明燈具主要的控制方式是手動、定時、遙控等，而我國的隧道照明主要是通過光控的方式，也就是利用照明探測儀對洞外的亮度進行模擬，然后將其輸送到pc監(jiān)控機上，再由其對隧道內(nèi)部的亮度進行調(diào)整。其中不同照明區(qū)域的調(diào)光要求也各不相同，例如，城市隧道與外界的過渡段照明需要根據(jù)隧道外的亮度進行分級調(diào)控，像夜間時過渡段照明的加強照明燈具可以不開，有效節(jié)省運行的能耗。主流的LED隧道照明智能控制系統(tǒng)有回路調(diào)光控制系統(tǒng)、RS485控制系統(tǒng)、電力載波控制系統(tǒng)。城市隧道對照明穩(wěn)定性要求較高，多為長距離線性分布，采用回路調(diào)光控制系統(tǒng)較為常見（圖4智能照明調(diào)光控制系統(tǒng)）。通過對外界光環(huán)境監(jiān)測，車流量判斷，按需求對燈具進行控制。

圖4 智能照明調(diào)光控制系統(tǒng)

2.4 照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計

城市隧道中照明系統(tǒng)處于長期運行狀態(tài)，對照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計，是實現(xiàn)節(jié)能減排的措施方法。在進行城市隧道的照明系統(tǒng)的設(shè)計時，嚴格遵守照明相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，合理布置燈具、選擇燈具功率，同時對燈具選擇是，還需要從隧道特定環(huán)境下的光效、光通量、光衰減、壽命、光色和顯色性、成本要求進行綜合確定。在保障隧道照明可靠性的同時進行節(jié)能設(shè)計。目前多會應(yīng)用節(jié)能LED燈，通過對節(jié)能燈具和燈源量的控制降低照明系統(tǒng)中的電能消耗。

3 隧道監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

城市隧道監(jiān)控系統(tǒng)的合理設(shè)計以確保隧道安全暢通的運營、人身安全，提高隧道防災(zāi)、消災(zāi)以及車輛通行能力和優(yōu)化管理等為根本目的，并確立“以人為本”的隧道科學(xué)化使用、維護和管理原則，系統(tǒng)按照具有可靠性、先進性、開放性、擴展性、合理性的模式搭建，為將來的整座城市的智能交通系統(tǒng)實施做好技術(shù)準(zhǔn)備。同時必須具有高速、實時、可靠地檢測隧道內(nèi)如交通、設(shè)備運行狀態(tài)以及各種事故、災(zāi)害的能力，還能掌握各類管理信息，及時作出有效的措施。根據(jù)隧道等級條件及城市隧道運維、管理條件，對隧道監(jiān)控系統(tǒng)（含交通監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)）、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、電源及防雷系統(tǒng)等，并考慮信息上傳及與其它系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)接口的預(yù)留[5]。

4 結(jié)束語

城市隧道已經(jīng)成為許多城市重要的交通建設(shè)組成，隧道電氣設(shè)計在隧道的建設(shè)和運行中有著極為重要的作用，對供配電系統(tǒng)和照明系統(tǒng)進行優(yōu)化節(jié)能設(shè)計，不僅可以提升隧道交通的安全性，保證隧道安全暢通還能降低城市運行及管理的成本。合理的隧道監(jiān)控系統(tǒng)，對城市隧道安全管控，并能防災(zāi)及快速處理，防止災(zāi)情蔓延，保障生命及財產(chǎn)不受損害。城市隧道供配電及照明通過管理措施和技術(shù)措施節(jié)能，利用新設(shè)備、新工藝、新技術(shù)的設(shè)計技術(shù)措施，通過加強用電管理和考核工作，挖掘節(jié)電潛力，減少電能浪費等管理措施節(jié)能方法，提升城市隧道經(jīng)濟及社會效益，保障城市交通安全。