灯具的布置便于司机对信号的瞭望。固定照明灯具基本都设在避车洞的上方,至轨面的安装高度不小于3.5m。最主要的是需要在高速运行的条件下灯具能正常工作,需要克服的主要难点是:由于目前还没有明确的行业标准与设计细则,各方面对隧道照明的认识也不太一致,故对隧道照明方案的研究与合理确定成为设计难点。另外灯具选择也是难点,高速铁路灯具选择考虑以下几个方面:
(1)隧道灯具的抗风压性能;
(2)挂设在隧道壁上的电缆抗风压性能;
(3)黑洞效应和照明眩光对司机的影响。
为了克服以上几个问题对高速铁路系统的灯具和配件进行了研究和试验。
2.1 灯具基本要求
(1)灯具应具有防潮湿、防腐蚀、防振动的性能,并应安全可靠、维修方便;
(2)灯具安装在隧道壁上后,不得侵入基本建筑限界;
(3)灯具内电器元件采用防潮、无自爆、耐火及阻燃产品;
(4)灯具防护等级为IP65。
2.2 灯具正常工作的环境要求
(1)环境温度为-50℃~+50℃;
(2)有凝露、隧道渗漏水的喷淋及尘埃环境;
(3)二氧化硫(SO2)浓度>30mg/m3及五氧化二氮(N2O5)浓度>100mg/m3等强腐蚀性气体经常存在且相对湿度在95%的环境;
(4)灯具安装好以后,应能承受风速为90m/s时的风压,并要求供应商提供灯具相应的气动强度实验报告。
2.3 光学性能
(1)灯具配光应适合隧道内狭长照明区域的特点,并满足有关照度要求;
(2)灯具安装后不得有直接眩光;
(3)灯具玻璃罩不得有绿、黄、红色泽;
(4)隧道应急指示灯光源—LED光源;
(5)隧道应急指示灯发光面的朝向应适合隧道内狭长区域的特点;
(6)隧道应急指示灯的表面最小亮度不应小于15cd/m2,最大亮度不应大300cd/m2,且最大亮度与最小亮度比不大于10:1.
2.4 电气性能
(1)灯具应在220V(-10%~+8%)电压范围内正常工作;
(2)灯具功率因数应大于0.9;
(3)灯具的防触电保护应达到目标GB7000.1-2002中第8章中的I类防触电保护的要求;
(4)灯具的绝缘电阻和电气强度的要求按GB7000.1-2002中第10章规定;
(5)灯具的爬电距离和电气间隙的要求按GB7000.1-2002中第11章规定;
(6)灯具的耐久性和耐热性的要求按GB7000.1-2002中第12章规定;
(7)灯具上绝缘材料制成的部件,其耐热、耐火和耐电痕的要求按GB7000.1-2002中第13章规定;
(8)灯具效率应不小于67%;
(9)灯具上的电镀或化学覆盖件,覆盖层应符合QB/T3741-1999中III类使用条件的要求。
2.5 结构要求
(1)灯具的结构件(外壳)由坚固耐用,并由能承受一定的机械应力、电动应力和热应力的优质铝合金压铸而成,其结构紧凑、体积小、重量轻、散热条件好、造型美观。外表经喷塑处理,防腐蚀和抗老化性能优良;
(2)反射器采用高纯铝压制成型,经电解抛光,氧化处理,反射率ρ>0.9,满足隧道狭长空间的配光要求;
(3)灯具透光罩可耐受110℃高温,采用高强度、防冲击、透射率不低于80%,纵向配光角度大的弧面透光玻璃板经过钢化处理制作,与灯具外壳结合面为硅橡胶密封,耐温、耐老化性能优越;
(4)高压钠灯管的维护更换应为灯具前开盖式结构;
(5)灯具的电源通过防水型安全插座连接,安全而可靠,方便灯具的维护保养;
(6)灯具的非带电金属形成整体,通过外壳上的接地螺栓或PE线与接地干线相连;
(7)灯具内设置独立的减振装置,减振器可以满足灯具安装在具有不同振动源的隧道壁、支柱、塔架和台阶上。振动源经过减振器的柔性阻尼和吸收,使其振幅和频率迅速衰减,从而保证灯具的牢固安装和光源的正常照明,避免灯具在振动的环境中可能导致光源和电器的损坏,或者维修工作量的增加;
(8)灯具内装有低损耗的节能型电感镇流器、耐温105℃的补偿电容器和熔断器等电器元件;
(9)灯具光源室与电器室必须是相互独立的腔室;
(10)灯具适用于在各类形状隧道壁上安装,灯具的照射倾角可按照设计及实际配光要求自由调整,能达到预期的照明效果;
(11)灯具采用不锈钢膨胀螺栓固定于隧道壁上;
(12)灯具的防尘和防水应达到GB7000.1-2002中第9章的IP65级。
2.6 耐振动性能试验
将灯具用刚性连接固定在振动试验台上,以2.5g的加速度,频率由10Hz逐渐提高到100Hz,在三个互相垂直的轴线上各振动10min,间隔5min,两个周期的耐振试验后,灯具结构应良好,各部分应无松动、变形,应能正常起动和工作。
2.7 噪声
灯具的噪声功率级不大于55dB(A)(距灯具1m处)。
2.8 寿命
灯具光源的寿命应符合图标GB/T13259-1991和GB10682-1989中优对质品的规定。
3 隧道照明配电设计情况
(1)隧道照明变电所平均间距为3km,并尽可能与其它负荷的变电所综合设置,低压供电半径控制在1.5km以内。
(2)长度为100m~500m的隧道只设照明插座箱,500m及以上隧道设固定式照明。
(3)双线隧道采用双侧布灯方式,每侧灯具间距50m,双侧等效间距25m;单线隧道单侧布灯,灯具间距25m。灯具安装高度距人行道3.0m.
(4)双线每侧隧道壁、单线单侧隧道壁设一条低压电缆供电线路,为照明与插座箱供电,采用双电源切换经EPS供电,供电时间不小于2.0h.采用低烟无卤阻燃耐火YJV22-1型电缆,沿隧道壁以专用电缆挂架方式敷设。
(5)每条低压供电线路上分别交替布置70W金卤灯和80W无极灯或48W LED(起瞬时燃亮的作用,相当于应急照明。具体采用无极灯还是LED待进一步研究后再定)。综合考虑两侧的布灯位置,使两种光源的灯具均匀布置。
(6)照明灯具、电缆线路、通信漏缆等壁上设施之间应注意做好协调。
(7)隧道照明应具有就地控制和由SCADA系统控制的功能。
隧道照明设有远动控制系统,远动终端纳入济南铁路局维修调度台。桥梁隧道电气设备和管线均作等电位连接,并于全线综合接地网可靠连接。
(8)隧道照明电源来自就近的隧道口和基站共建的箱式变电站。
(9)电源电压为380/220V,从箱变处两段低压母线处各引一路供电线路至设备洞室,经双切装置切换后供各洞室及隧道用电,在各设备洞室设置应急时间不小于2h的EPS,当外电源失电时供应急照明使用。
(10)每条低压供电线路上分别交替布置70W金卤灯和80W无极灯(起瞬时燃亮的作用,相当于应急照明).电压为220V,照明灯具自带熔断器保护,检修插座箱用电电压为三相380V,容量每处按5kW设计(三相四孔两个,单相三孔一个,单相一个),插座箱均设断路器保护.隧道内插座箱带锁。每一供电回路按只有一个插座箱工作考虑。
(11)控制方式:普通照明采用分段两端控制,分段开关设于隧道两端洞口和隧道综合洞室内,紧急情况下可使用布置在隧道内的紧急控制按钮打开全隧道照明。疏散指示照明由控制箱(K)控制,平时常开。
各综合洞室内设置智能监控装置,在1号综合洞室内设置智能照明通信接口,从通信接口敷设光缆至基站,通过光缆上传至综合维修控制室,综合维修段控制设备可完成对整个隧道综合设备洞室供电开关的监视,EPS的监视,疏散指示的监视以及事故状态下远程开启隧道内应急照明。
(12)配线方式:1)箱变至应急照明电源箱的供电线路采用NHDWZA-YJY-1电缆;应急照明干线采用NHDWZA-YJY-1电缆;应急照明的控制线采用NHDWZA-KYJY-1 7X1.5电缆;综合洞室内的插座箱和照明采用BX750导线穿钢管明敷设,分别作为照明电源箱的回路。2)应急照明的供电电缆沿隧道壁固定在电缆挂架上,距地面的水平高度为2.8m;应急照明的控制线的供电低压电缆沿隧道两侧的电力电缆沟敷设。3)电缆挂架间距0.8m.
(13)设备布置及安装高度:1)插座箱底部距地面为1.3m,置于隧道设备洞室侧壁上。2)应急照明控制箱底部距地面为1.3m,置于隧道侧壁上。3)应急照明灯具中心距地面为3m,安装于隧道侧壁或洞室上方。4)隧道内控制箱,插座箱等安装需要参考厂家说明书。5)应急按钮箱EBS底部距地面为1.3m,置于隧道侧壁上。6)设置在隧道两侧的疏散照明对称布置、水平间距为25米,距地0.5米安装。结合救援通道内的图像文字标示(每隔200m应设图像文字标识,指示两个方向分别到下一个洞口的整百米数,并配备灯光显示方向)。
(14)其它:1)固定箱体的膨胀螺栓采用镀锌,不锈钢或钢塑材料。2)隧道内使用的各种产品应具有抗腐蚀,抗老化及坚固耐用的特点,并防潮,防水。3)电力设备洞室中的箱式变电所单设接地,小于等于4Ω,并与贯通接地母排通过4×40扁钢相连。4)隧道内电力设备和材料必须经过350kM/H的列车速度通过时试验和安全评估,确保运输和人员安全。5)箱变引至照明配电箱电缆由动照专业负责,采用直埋敷设方式。6)施工时应遵照有关规程,规范,并与有关工种密切配合。
(15)隧道远动系统如图3所示,从硐室的配电箱到维修管理站每层都通过标准以太网接入通信通道。技术要求如下:隧道照明RTU上传调度中心之间的通讯规约采用MODBUS规约;RTU与其它厂家的分界点在RTU柜内的接线端子排处外侧;隧道监控RTU每个环设一台主光自愈MODEM、一台光电转换器、一台光纤终端盒,并放置在隧道口的箱变里,箱变内预留安装位置;隧道照明RTU柜与EPS之间通讯接口为RS485,EPS的数据直接上传调度中心。
4 投资控制合理有效
项目勘察设计中十分重视投资控制,严格执行部有关规定和设计鉴定意见。采用有效工程措施,合理确定技术标准和规模,优化施工组织方案设计,合理配置资源,确保施工衔接顺畅,降低工程造价。初步设计概算、施工图预算、工程竣工决算均未超出铁道部批复的投资额。
5 设计手段及运营情况
设计手段先进,全部采用计算机绘图技术和CAD技术,设计数据采用计算机专用软件,先进成熟。设计水平全国领先。施工期间设计师积极主动配合施工,经常住在现场解决问题。隧道照明在高速铁路中使用要特别仔细的计算和试验,否则后果不堪设想,所以设计,施工企业,指挥部和供货商均要齐心协力做好试验和参数对比。这些工作都是时间紧迫,任务量大。我们都是出色的完成了任务。
京沪高速的建设得到各级领导、专家的关怀和支持,建设过程中提出许多要求和指导性意见,建成后予以充分赞扬和肯定。
京沪高速电力系统及隧道照明供电等系统从2011年开通以来,经历了近2年的运营考验,未出现质量问题,系统运行非常好。