高速铁路隧道照明控制探讨范文

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摘要:

高速铁路隧道照明常见的控制方式一般分为交流控制及直流控制。交流控制由于受系统分布电容的影响，控制距离有一定的限制。直流控制不用考虑分布电容的影响，可实现长距离控制，但不能实现模式控制。针对交流及直流两种控制方式存在的问题，并根据高速铁路运营的实际需要，提出智能控制的方案。智能控制除具有常规控制功能外，还可实现模式控制，作为隧道照明控制的新技术，具有很好的推广前景。结合各种控制方式的原理、功能和特点，给出各种控制方式的适用范围。

关键词:

高速铁路;铁路隧道;照明;交流控制;直流控制;智能控制

1概述

随着我国铁路的快速发展，尤其近年来高速铁路的建设取得了世人瞩目的成就。到2015年底，高速铁路运营里程达到了1.9万km，占世界高速铁路总里程60%以上［1］。高速铁路运行速度快，线路顺直，曲线半径大，在山区往往桥隧相连，全线会包含多座长大隧道。为保证行车安全，方便巡视和设备维修，及时发现和排除隐患，提高沿线设备运行质量以及在发生火灾及其他灾害时，能及时引导人员疏散［2-3］，隧道照明［4］变得尤为重要。高速铁路集中体现了我国铁路各领域科技发展的最高水平，针对为高速铁路安全运行提供服务保障的隧道照明而言，其照明控制系统的设计理念及技术水平也应与高速铁路的实际需求与发展相适应。本文通过对已通车运营的高速铁路现状进行分析，总结交流控制与直流控制两种常规控制方式存在的问题。结合技术的不断发展与高速铁路运营及维护的实际需要，提出了智能控制的方案，并对实际应用的案例进行了介绍。智能控制［5］作为隧道照明控制的新技术，具有很好的推广前景。另外，在高速铁路项目的设计过程中，对各种控制方式的选用原则尚无统一的规定。本文结合各种控制方式的原理、功能和特点，给出了各自应用范围的建议。

2照明控制的现状分析

目前，国内已通车的高速铁路项目中，隧道照明的控制方式主要包括交流控制与直流控制两种。下面分别对这两种控制方式的特点、控制原理及存在的问题进行分析。

2.1交流控制方式

交流控制为一种较为传统的控制方式［6］，借鉴了普速铁路隧道照明的控制原理，多年来在各类型铁路隧道中得到了广泛的应用。在一些高速铁路项目中也采用了这种控制方式，如大西高速铁路、津秦客运专线、青荣城际铁路等。控制原理如图1所示［7］。当首端控制箱转换开关SA处于“手动档”时，在首端控制箱或末端控制箱按下启动按钮1SB，接触器KM带电，末端控制箱继电器K带电，K常开接点闭合，线路自锁，区间照明灯点亮。当在首端或末端控制箱按下停止按钮2SB时，接触器KM失电，照明灯关闭。当控制应急照明时，沿隧道壁每隔200m设1处应急照明紧急启动按钮(图1未表示)，在隧道内发生火灾时，人员可以随时从就近的一个按钮箱点亮应急照明［8］。巡视及维修人员在隧道口通过首端控制箱点亮照明灯，到此段照明供电臂末端时(一般不超过1.5km)［9］，通过末端控制箱关闭此段照明灯。再接着启动下一个供电臂的照明灯……交流控制方式接线简单、操作简便、安全可靠，可实现对一个供电臂照明的首末端控制。但这种控制方式也存在如下不足。首先，交流供电时，由于电缆线路导体之间，导体与大地之间都存在着电容，这种非电容形态形成了分布电容。当电缆过长时，就必须考虑分布电容的作用。电缆的电容效应会导致接触器在“开”状态下仍有一定的电压差，从而产生“开态不稳定”现象，缩短元器件的使用寿命;接触器吸合后，电缆的电容效应会导致接触器无法释放，即闭合后产生“失控”现象。根据以往的工程经验，一般来说交流控制，其控制电缆长度不宜超过2km［10］，相对于隧道照明来说适合于1个供电臂(约1.5km)的控制。其次，由于这种方式不能跨供电臂控制，若隧道长度大于3km(即2个供电臂以上)，则无法在隧道口实现对整个隧道照明全开及全关控制。如果巡视人员忘记了关闭上一个供电臂的照明灯，由于高速铁路夜间停运时间有限，若再返回关灯，不但费时费力，还会影响到整个巡视维护的计划安排。

2.2直流控制方式

直流控制是为适应长大隧道照明的特点而设计的一种控制方式。直流控制方式采用直流220V电压，直流电源可由安装在箱变洞室照明配电箱内的整流器提供，也可由EPS提供。直流控制方式控制距离长，在高速铁路长大隧道中应用广泛，如京沪高速铁路、合福高速铁路等。控制原理如图2所示［11-12］。与交流控制方式相类似，通过本供电臂首端箱与末端箱内的启停按钮实现对本段照明的两端控制。所不同的是，在紧急情况下或发生事故时，可通过洞口两端及隧道内每隔200m一处的紧急启动按钮一键开启隧道内全部照明灯，并可在洞口首末端一键关闭全部照明灯。直流控制方式弥补了交流控制存在的不足。首先，由于直流供电时不用考虑分布电容的影响，可实现长距离控制。由各综合洞室同时为直流控制母线提供直流电源，控制母线可以跨多个供电臂。其次，虽然直流控制在正常情况下也是按照单个供电臂进行两端控制，但在隧道洞口设置了一键关灯功能。巡视及维修时即使忘记了关闭上一个供电臂的照明，到隧道出口也可一键关灯，避免返回关灯耽误时间。直流控制接线相对较为复杂，根据一些工程反馈的信息，在系统调试过程中有时会存在一定的难度。另外，直流控制依然是继电器电路，具有一定的局限性。当隧道照明范围很长时，无法实现较为复杂的模式控制，若需要模式控制就要考虑采用智能控制。

3智能照明控制系统的应用

智能照明控制系统在民用大型建筑以及铁路大中型站房、大型车库等场所应用广泛，技术也比较成熟。但在铁路隧道方面应用较少，近两年来在刚开通的长昆高速铁路、沈丹客运专线以及在建的京沈高速铁路等工程中逐步开始采用。智能照明控制系统构成简单、调试方便、性能稳定。据长昆高速铁路及沈丹客运专线反馈的信息，自通车以来，系统性能稳定、设备运行良好。下面以沈丹客运专线大顶山隧道为例简要介绍智能照明控制系统的设计方案。大顶山隧道全长6265m，设有3个电力隧道洞室，洞室间距约2km。共分6个供电臂，每个供电臂长约1km。智能照明控制系统由控制主机、电源模块、智能控制模块、智能控制面板及照明控制总线组成。共设有2台智能照明控制主机，互为热备运行，分别安装在隧道两端的电力洞室内。电源模块及控制模块安装在各洞室照明配电箱内，智能控制面板安装在每个供电臂首末端控制箱、洞口控制箱及每隔200m设置的紧急启动箱内。系统构成如图3所示［13］。隧道口首、末端控制箱可以实现对整个隧道照明全开、全关控制及对本供电臂的开/关控制。本供电臂的末端控制箱可实现对本供电臂的开/关控制。沿隧道壁每隔200m设置1处紧急启动箱，在紧急情况或发生事故时，可通过控制面板一键开启隧道内全部照明灯。由于控制模块与控制面板具有可编程功能，可根据运营的实际需求设定不同的模式控制［14-15］、时段控制等。智能照明控制主机通过电力洞室箱变处的通信网络与综合维修工区联网，可以进行远程监控及远程模式调整［16］。智能照明控制与交流控制及直流控制相比，在技术与使用功能上具有很大的飞跃，但智能控制应用于高速铁路隧道还处于摸索与起步阶段，系统运行的效果还需经受时间的检验。对于主机、模块及控制面板等硬件设备，其性能还有待于进一步完善，需要开发更能适应高速铁路隧道环境的产品。对控制总线组网还应逐步适应隧道长距离传输的特点。

4结语

隧道照明应根据线路的性质、等级、管理模式、隧道的分布及长度、防灾救援等各种因素，选择合理的控制方式，不仅有利于线路及设备的巡视与维护，更有利于防灾救援及人员疏散。一般来说长度5km以下的高速铁路隧道适于采用交流控制，5km及以上适于采用直流控制，对于长大隧道及有模式控制需求的隧道适于采用智能控制。另外，交流系统的分布电容对控制电路的影响，是设计时容易被忽视的问题，在采用交流控制时需重点加以注意。随着新技术新产品的不断出现，隧道照明控制也将越来越科学、合理。

参考文献:

［1］盛光祖．深入推进铁路创新发展为促进经济社会发展做出新贡献［N］．人民铁道报，2016-1-21(1)．

［2］孙海富．石太铁路客运专线太行山、南梁长大隧道防灾救援设计研究［J］．铁道标准设计，2009(11):93-96．

［3］管鸿浩．武广铁路客运专线特长隧道防灾疏散设计研究［J］．铁道标准设计，2010(1):135-138．

［4］杨剑．铁路客运专线隧道照明设计［J］．铁道标准设计，2010(1):131-134．

［5］林昕，张超敏，徐智．EIB总线在智能照明中的控制策略［J］．现代建筑电气，2011(2):24-27．

［6］铁道部专业设计院．铁路工程设计技术手册•电力［M］．北京:中国铁道出版社，1991．

［7］铁道第三勘察设计院集团有限公司．青岛至荣成城际铁路工程施工图［Z］．天津:铁道第三勘察设计院集团有限公司，2014．

［8］铁道第三勘察设计院集团有限公司，中铁第四勘察设计院集团有限公司．TB/T10621—2014高速铁路设计规范［S］．北京:中国铁道出版社，2014．

［9］铁道第三勘察设计院．TB10008—2006铁路电力设计规范［S］．北京:中国铁道出版社，2007．

［10］铁道第三勘察设计院集团有限公司．长距离电机控制电路方案研究［R］．天津:铁道第三勘察设计院集团有限公司，2013．

［11］铁道第三勘察设计院集团有限公司．北京至上海新建高速铁路工程施工图［Z］．天津:铁道第三勘察设计院集团有限公司，2010．

［12］中铁第四勘察设计院集团有限公司．新建铁路合福线合肥至福州段施工图［Z］．武汉:中铁第四勘察设计院集团有限公司，2012．

［13］铁道第三勘察设计院集团有限公司．沈阳至丹东铁路客运专线工程施工图［Z］．天津:铁道第三勘察设计院集团有限公司，2013．

［14］刘广军．智能照明控制系统在铁路站房中的应用［J］．照明工程学报，2014(2):135-137．

［15］王淑晶．浅谈智能照明控制系统在铁路大型客站的应用［J］．铁道通信信号，2010(2):46-48．

［16］中铁第四勘察设计院集团有限公司．TB10117—2008铁路供电调度系统设计规范［S］．北京:中国铁道出版社，2008．

作者:徐凯 单位:铁道第三勘察设计院集团有限公司