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 電務電化工程有限公司，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 電務電化工程有限公司，甘肅蘭州730000）

近年來，隨著我國電氣化鐵路的迅速發(fā)展，特別是鐵路長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)能減排已成為我國經(jīng)濟發(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、解決實際運營過程中節(jié)能和安全運營的矛盾，已成為當前迫切需要解決的問題。本論述就有效節(jié)約電能降低運營成本、提高鐵路運營的安全性，從而達到提高電氣化鐵路運營社會效益和經(jīng)濟效益的目標進行探討，在設計階段采用以下方法進行節(jié)能控制：將隧道劃分為四個段，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)能問題從設計階段和運營管理階段，通過不同的節(jié)能控制方法進行節(jié)能控制。

1　電氣化鐵路隧道照明設計階段

1.1電氣化鐵路隧道照明系統(tǒng)區(qū)段劃分及取值

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

入口段亮度計算公式：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）。

過渡段由TR1、TR2、TR3三個照明段組成，其中Ltr1=0.3 Lth、Ltr2=0.1 Lth、Ltr3=0.035 Lth。

根據(jù)以上公式，在設計階段對各段的照明燈具、開關箱、插座箱、配電箱進行合理設計，達到合理布局、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

在設計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)能的關鍵所在。

目前國內(nèi)隧道照明系統(tǒng)的控制方式主要有三種：手動控制、分時段進行的時序控制和分級控制。

手動控制：在電氣化鐵路隧道中，通過設置在隧道口的電源開關箱及洞內(nèi)的照明控制箱，人工進行照明系統(tǒng)的逐級控制。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行時，為了保障列車的安全運行，一般設置為長明燈，這就造成了巨大的電能浪費。手動照明控制控制點分散、管理不便、電能浪費大，因此不宜在電氣化隧道照明中單獨采用手動控制系統(tǒng)。

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

分時控制系統(tǒng)：分時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，其基本原理是依靠中心控制系統(tǒng)，通過數(shù)字模擬轉換器來控制隧道的配電照明。所謂的分時段智能照明控制系統(tǒng)就是實現(xiàn)了照明開關的自主控制、告別了傳統(tǒng)照明方式的手動、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“照明控制相對分散和不利于有效管理”等問題，照明控制的集中高效管理的問題得到有效解決，但電氣化隧道照明系統(tǒng)主要用于列車通過時的照明和日常檢修時的照明，因列車表、檢修時間不固定，無法對照明系統(tǒng)進行準確控制，因此分時段進行的時序控制，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)劣勢對比分析及滿足電氣化鐵路隧道照明的需求，可采用特殊聲控和手動控制相結合的綜合控制系統(tǒng)。

特殊聲控照明系統(tǒng)工作原理：列車駛入隧道前應鳴笛，距離隧道口262.5 m處司機因鳴笛，鳴笛時空氣被壓縮，氣流加快，也就是風速變大?；疖國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，列車在隧道內(nèi)行駛時車輪撞擊鐵軌的聲音70～85 dB。而檢修人員在隧道內(nèi)行走檢修時的分貝在15～50 dB，因此可根據(jù)隧道內(nèi)列車運行時速、分貝范圍及檢修時的分貝范圍，設置雙層聲控系統(tǒng)。當列車靠近隧道口時，高分貝控制系統(tǒng)啟動，當列車駛出隧道時，隧道照明系統(tǒng)自動停止。在同一個隧道設計多段底分貝隧道照明聲控系統(tǒng)，當人工檢修到達隧道里程時，通過低分貝控制系統(tǒng)單獨啟動該處隧道照明系統(tǒng)，到達下一個隧道里程時該處隧道照明系統(tǒng)啟動，同時上一處隧道照明系統(tǒng)自動停止。特殊聲控照明系統(tǒng)最大限度地解決了電能浪費的缺點，同時一次性設備投入較小，經(jīng)濟適用，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)點是光效較高，缺點是光源的顯色性不好，高壓鈉燈發(fā)黃光也導致隧道照明的視覺效果不佳，影響行車安全，直管型熒光燈光源顯色性良好，但光效略低，具體指標見表1。

表1　照明燈主要技術指標

采用新型照明燈具和經(jīng)濟適用的控制系統(tǒng)是保證電氣化隧道安全、節(jié)能運行的重要控制環(huán)節(jié)。高頻無極燈、LED燈在道路、隧道中已越來越多地被使用，而且節(jié)能效果和亮度效果有明顯改進。LED燈產(chǎn)品應用到電氣化鐵路隧道照明，不但能滿足隧道光效、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支出，從而達到節(jié)能且安全運行的目標。

LED燈工作原理：LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導體器件，它直接把電能轉化為光能。LED的控制中心是一個半導體的晶片，兩端分別連接電源正負極，用環(huán)氧樹脂把整個晶片密封。半導體晶片由三部分組成，即P型半導體（空穴）、N型半導體（主要是電子），中間是1至5個周期的量子阱。當電流作用于晶片時，電子和空穴就會被推向量子阱，在量子阱內(nèi)電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量。LED光效可達到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價格的快速下降，與傳統(tǒng)光源相比，LED具有顯著的優(yōu)點：效率高、使用方便、環(huán)保、壽命長，特別是在電氣化隧道照明等定向照明等領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)，在不增加負荷和照明燈具的前提下，通過隧道的光源反射布置也可以達到降低能耗的效果。首先選擇合適的燈具，然后重點調(diào)整其安裝角度，達到最佳的光強度效果。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　運營階段節(jié)約能耗

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

3　結束語

通過采用以上節(jié)能方案和節(jié)能措施，可大大的提高隧道照明質(zhì)量、降低能耗與隧道運營成本。在經(jīng)濟技術迅猛發(fā)展的今天，通過不斷研究與總結，提高電氣化隧道照明節(jié)能技術，從而達到提高電氣化鐵路運營社會效益和經(jīng)濟效益的目的。

［1］ 王洵.隧道LED燈照明自動控制系統(tǒng)［P］.中國專利ZL200820071842.6.2009.

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

［3］ 鐵道第三勘察設計院.TB10008-2006 J660-2007，鐵路電力設計規(guī)范［S］.北京：中國鐵道出版社，2007.

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

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

［6］ 劉寶川.隧道照明技術［J］.中國照明電器，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，大學本科，工程師，主要從事鐵路電氣化工作。