燈具的布置便于司機對信號的瞭望。固定照明燈具基本都設在避車洞的上方,至軌面的安裝高度不小于3.5m。最主要的是需要在高速運行的條件下燈具能正常工作,需要克服的主要難點是:由于目前還沒有明確的行業標準與設計細則,各方面對隧道照明的認識也不太一致,故對隧道照明方案的研究與合理確定成為設計難點。另外燈具選擇也是難點,高速鐵路燈具選擇考慮以下幾個方面:
(1)隧道燈具的抗風壓性能;
(2)掛設在隧道壁上的電纜抗風壓性能;
(3)黑洞效應和照明眩光對司機的影響。
為了克服以上幾個問題對高速鐵路系統的燈具和配件進行了研究和試驗。
2.1 燈具基本要求
(1)燈具應具有防潮濕、防腐蝕、防振動的性能,并應安全可靠、維修方便;
(2)燈具安裝在隧道壁上后,不得侵入基本建筑限界;
(3)燈具內電器元件采用防潮、無自爆、耐火及阻燃產品;
(4)燈具防護等級為IP65。
2.2 燈具正常工作的環境要求
(1)環境溫度為-50℃~+50℃;
(2)有凝露、隧道滲漏水的噴淋及塵埃環境;
(3)二氧化硫(SO2)濃度>30mg/m3及五氧化二氮(N2O5)濃度>100mg/m3等強腐蝕性氣體經常存在且相對濕度在95%的環境;
(4)燈具安裝好以后,應能承受風速為90m/s時的風壓,并要求供應商提供燈具相應的氣動強度實驗報告。
2.3 光學性能
(1)燈具配光應適合隧道內狹長照明區域的特點,并滿足有關照度要求;
(2)燈具安裝后不得有直接眩光;
(3)燈具玻璃罩不得有綠、黃、紅色澤;
(4)隧道應急指示燈光源—LED光源;
(5)隧道應急指示燈發光面的朝向應適合隧道內狹長區域的特點;
(6)隧道應急指示燈的表面最小亮度不應小于15cd/m2,最大亮度不應大300cd/m2,且最大亮度與最小亮度比不大于10:1.
2.4 電氣性能
(1)燈具應在220V(-10%~+8%)電壓范圍內正常工作;
(2)燈具功率因數應大于0.9;
(3)燈具的防觸電保護應達到目標GB7000.1-2002中第8章中的I類防觸電保護的要求;
(4)燈具的絕緣電阻和電氣強度的要求按GB7000.1-2002中第10章規定;
(5)燈具的爬電距離和電氣間隙的要求按GB7000.1-2002中第11章規定;
(6)燈具的耐久性和耐熱性的要求按GB7000.1-2002中第12章規定;
(7)燈具上絕緣材料制成的部件,其耐熱、耐火和耐電痕的要求按GB7000.1-2002中第13章規定;
(8)燈具效率應不小于67%;
(9)燈具上的電鍍或化學覆蓋件,覆蓋層應符合QB/T3741-1999中III類使用條件的要求。
2.5 結構要求
(1)燈具的結構件(外殼)由堅固耐用,并由能承受一定的機械應力、電動應力和熱應力的優質鋁合金壓鑄而成,其結構緊湊、體積小、重量輕、散熱條件好、造型美觀。外表經噴塑處理,防腐蝕和抗老化性能優良;
(2)反射器采用高純鋁壓制成型,經電解拋光,氧化處理,反射率ρ>0.9,滿足隧道狹長空間的配光要求;
(3)燈具透光罩可耐受110℃高溫,采用高強度、防沖擊、透射率不低于80%,縱向配光角度大的弧面透光玻璃板經過鋼化處理制作,與燈具外殼結合面為硅橡膠密封,耐溫、耐老化性能優越;
(4)高壓鈉燈管的維護更換應為燈具前開蓋式結構;
(5)燈具的電源通過防水型安全插座連接,安全而可靠,方便燈具的維護保養;
(6)燈具的非帶電金屬形成整體,通過外殼上的接地螺栓或PE線與接地干線相連;
(7)燈具內設置獨立的減振裝置,減振器可以滿足燈具安裝在具有不同振動源的隧道壁、支柱、塔架和臺階上。振動源經過減振器的柔性阻尼和吸收,使其振幅和頻率迅速衰減,從而保證燈具的牢固安裝和光源的正常照明,避免燈具在振動的環境中可能導致光源和電器的損壞,或者維修工作量的增加;
(8)燈具內裝有低損耗的節能型電感鎮流器、耐溫105℃的補償電容器和熔斷器等電器元件;
(9)燈具光源室與電器室必須是相互獨立的腔室;
(10)燈具適用于在各類形狀隧道壁上安裝,燈具的照射傾角可按照設計及實際配光要求自由調整,能達到預期的照明效果;
(11)燈具采用不銹鋼膨脹螺栓固定于隧道壁上;
(12)燈具的防塵和防水應達到GB7000.1-2002中第9章的IP65級。
2.6 耐振動性能試驗
將燈具用剛性連接固定在振動試驗臺上,以2.5g的加速度,頻率由10Hz逐漸提高到100Hz,在三個互相垂直的軸線上各振動10min,間隔5min,兩個周期的耐振試驗后,燈具結構應良好,各部分應無松動、變形,應能正常起動和工作。
2.7 噪聲
燈具的噪聲功率級不大于55dB(A)(距燈具1m處)。
2.8 壽命
燈具光源的壽命應符合圖標GB/T13259-1991和GB10682-1989中優對質品的規定。
3 隧道照明配電設計情況
(1)隧道照明變電所平均間距為3km,并盡可能與其它負荷的變電所綜合設置,低壓供電半徑控制在1.5km以內。
(2)長度為100m~500m的隧道只設照明插座箱,500m及以上隧道設固定式照明。
(3)雙線隧道采用雙側布燈方式,每側燈具間距50m,雙側等效間距25m;單線隧道單側布燈,燈具間距25m。燈具安裝高度距人行道3.0m.
(4)雙線每側隧道壁、單線單側隧道壁設一條低壓電纜供電線路,為照明與插座箱供電,采用雙電源切換經EPS供電,供電時間不小于2.0h.采用低煙無鹵阻燃耐火YJV22-1型電纜,沿隧道壁以專用電纜掛架方式敷設。
(5)每條低壓供電線路上分別交替布置70W金鹵燈和80W無極燈或48W LED(起瞬時燃亮的作用,相當于應急照明。具體采用無極燈還是LED待進一步研究后再定)。綜合考慮兩側的布燈位置,使兩種光源的燈具均勻布置。
(6)照明燈具、電纜線路、通信漏纜等壁上設施之間應注意做好協調。
(7)隧道照明應具有就地控制和由SCADA系統控制的功能。
隧道照明設有遠動控制系統,遠動終端納入濟南鐵路局維修調度臺。橋梁隧道電氣設備和管線均作等電位連接,并于全線綜合接地網可靠連接。
(8)隧道照明電源來自就近的隧道口和基站共建的箱式變電站。
(9)電源電壓為380/220V,從箱變處兩段低壓母線處各引一路供電線路至設備洞室,經雙切裝置切換后供各洞室及隧道用電,在各設備洞室設置應急時間不小于2h的EPS,當外電源失電時供應急照明使用。
(10)每條低壓供電線路上分別交替布置70W金鹵燈和80W無極燈(起瞬時燃亮的作用,相當于應急照明).電壓為220V,照明燈具自帶熔斷器保護,檢修插座箱用電電壓為三相380V,容量每處按5kW設計(三相四孔兩個,單相三孔一個,單相一個),插座箱均設斷路器保護.隧道內插座箱帶鎖。每一供電回路按只有一個插座箱工作考慮。
(11)控制方式:普通照明采用分段兩端控制,分段開關設于隧道兩端洞口和隧道綜合洞室內,緊急情況下可使用布置在隧道內的緊急控制按鈕打開全隧道照明。疏散指示照明由控制箱(K)控制,平時常開。
各綜合洞室內設置智能監控裝置,在1號綜合洞室內設置智能照明通信接口,從通信接口敷設光纜至基站,通過光纜上傳至綜合維修控制室,綜合維修段控制設備可完成對整個隧道綜合設備洞室供電開關的監視,EPS的監視,疏散指示的監視以及事故狀態下遠程開啟隧道內應急照明。
(12)配線方式:1)箱變至應急照明電源箱的供電線路采用NHDWZA-YJY-1電纜;應急照明干線采用NHDWZA-YJY-1電纜;應急照明的控制線采用NHDWZA-KYJY-1 7X1.5電纜;綜合洞室內的插座箱和照明采用BX750導線穿鋼管明敷設,分別作為照明電源箱的回路。2)應急照明的供電電纜沿隧道壁固定在電纜掛架上,距地面的水平高度為2.8m;應急照明的控制線的供電低壓電纜沿隧道兩側的電力電纜溝敷設。3)電纜掛架間距0.8m.
(13)設備布置及安裝高度:1)插座箱底部距地面為1.3m,置于隧道設備洞室側壁上。2)應急照明控制箱底部距地面為1.3m,置于隧道側壁上。3)應急照明燈具中心距地面為3m,安裝于隧道側壁或洞室上方。4)隧道內控制箱,插座箱等安裝需要參考廠家說明書。5)應急按鈕箱EBS底部距地面為1.3m,置于隧道側壁上。6)設置在隧道兩側的疏散照明對稱布置、水平間距為25米,距地0.5米安裝。結合救援通道內的圖像文字標示(每隔200m應設圖像文字標識,指示兩個方向分別到下一個洞口的整百米數,并配備燈光顯示方向)。
(14)其它:1)固定箱體的膨脹螺栓采用鍍鋅,不銹鋼或鋼塑材料。2)隧道內使用的各種產品應具有抗腐蝕,抗老化及堅固耐用的特點,并防潮,防水。3)電力設備洞室中的箱式變電所單設接地,小于等于4Ω,并與貫通接地母排通過4×40扁鋼相連。4)隧道內電力設備和材料必須經過350kM/H的列車速度通過時試驗和安全評估,確保運輸和人員安全。5)箱變引至照明配電箱電纜由動照專業負責,采用直埋敷設方式。6)施工時應遵照有關規程,規范,并與有關工種密切配合。
(15)隧道遠動系統如圖3所示,從硐室的配電箱到維修管理站每層都通過標準以太網接入通信通道。技術要求如下:隧道照明RTU上傳調度中心之間的通訊規約采用MODBUS規約;RTU與其它廠家的分界點在RTU柜內的接線端子排處外側;隧道監控RTU每個環設一臺主光自愈MODEM、一臺光電轉換器、一臺光纖終端盒,并放置在隧道口的箱變里,箱變內預留安裝位置;隧道照明RTU柜與EPS之間通訊接口為RS485,EPS的數據直接上傳調度中心。
4 投資控制合理有效
項目勘察設計中十分重視投資控制,嚴格執行部有關規定和設計鑒定意見。采用有效工程措施,合理確定技術標準和規模,優化施工組織方案設計,合理配置資源,確保施工銜接順暢,降低工程造價。初步設計概算、施工圖預算、工程竣工決算均未超出鐵道部批復的投資額。
5 設計手段及運營情況
設計手段先進,全部采用計算機繪圖技術和CAD技術,設計數據采用計算機專用軟件,先進成熟。設計水平全國領先。施工期間設計師積極主動配合施工,經常住在現場解決問題。隧道照明在高速鐵路中使用要特別仔細的計算和試驗,否則后果不堪設想,所以設計,施工企業,指揮部和供貨商均要齊心協力做好試驗和參數對比。這些工作都是時間緊迫,任務量大。我們都是出色的完成了任務。
京滬高速的建設得到各級領導、專家的關懷和支持,建設過程中提出許多要求和指導性意見,建成后予以充分贊揚和肯定。
京滬高速電力系統及隧道照明供電等系統從2011年開通以來,經歷了近2年的運營考驗,未出現質量問題,系統運行非常好。