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1、浅谈高速公路隧道机电工程 系统组成与维护 刘春成 2015.7.29,目录,概述 供配电及电力监控系统 通风及通风控制系统 照明及照明控制系统 监控系统 通信系统 火灾报警系统 隧道机电系统运营中存在的问题及维护,随着全国高速公路的蓬勃发展，高速公路通车里程越来越长，山区高速公路建设所占的比例越来越高，相应的高速公路隧道机电工程建设规模也越来越大。截至2014年底，湖南省高速公路通车总里程达到5493公里，位居全国前列。 1.1 隧道机电系统是隧道区段正常营运的保障 高速公路隧道因其空间狭小、能见度低、洞内环境复杂等特点，在运营管理过程中安全管控压力大，一旦发生安全事故，事故救援及交通组织难度
2、大，而隧道机电系统的正常运行是隧道内安全行车的保障，也在隧道日常运营管理工作中发挥着至关重要的作用。,一、概述,1.2 隧道机电系统包含以下主要内容： 供配电及电力监控系统 通风及通风控制系统 照明及照明控制系统 监控系统 通信系统 火灾报警系统,二、供配电及电力监控系统,主线一路或多路高压,柴油发电机,EPS或UPS不间断电源,风机,灯具,监控通信等弱电设备,消防设备,房建变电所或箱式变电站,主要设备包括：变压器、高压柜、低压柜、节能控制器、电力监控等,2.1 供配电系统示意图,2.2 隧道负荷等级划分,2.3 供电原则 一级负荷由双电源供电进行供电，一级特别重要负荷由双电源经EPS或UPS
3、不间断电源供电，二级负荷原则上应能保证有一路可靠电源供电，有条件时可采用双电源进行供电。以下为一级负荷供电示意图：,主线高压接入,柴油发动机,不间断电源,电源切换,特别重要负荷,普通一级负荷,隧道通风一般采用纵向通风方式，供电方式为380V电源向洞内射流风机（如下图所示）。4km以上的特长隧道可采用竖井通风方式，通风设备为轴流风机。以下为射流风机供电示意图：,变压器,柴油发动机,2.4 通风系统供电,低压柜,低压柜,电源切换,通风风机,火灾工况排烟风机,主线高压接入,隧道照明供电方式分为集中式和分布式供电，目前以集中式方式为主。其中应急照明为独立回路，是一级特别重要负荷。以下为照明供电示意图：
4、,变压器,柴油发动机,2.5 照明系统供电,低压柜,低压柜,电源切换,非应急照明,应急照明,主线高压接入,EPS、UPS不间断电源,监控通信系统设备用电负荷不大，除情报板和大屏外一般都作为一级特别重要负荷考虑，下图为隧道场区供电示意图。,变压器,柴油发动机,2.6 监控通信系统供电,低压柜,电源切换,监控通信设备,主线高压接入,UPS不间断电源,消防系统是隧道供电要确保的一级特别重要负荷。它分为泵房和洞内标示两部分，洞内标示一般和监控系统供电为同一回路，以下泵房供电示意图。,变压器,柴油发动机,2.7 消防系统供电,低压柜,电源切换,消防水泵,主线高压接入,2.8 电力监控,电力监控系统实现了
5、对整个电力系统的三遥,能直观实时的了解供配电系统情况 ，同时也是通风、照明、消防等设备分合的执行系统。以下为电力监控示意图：,变电所设备,前端测控,工业以太网交换机,通信系统,照明设备,前端测控,通风设备,前端测控,消防设备,前端测控,交通监控计算机,电力监控计算机,低压供电（照明）回路监控示意图,电力监控模块,通信接口,V,V,I,I,I,DI,DO,V,低压电源输入,用电负荷,工程实例照片,箱变内部照片,三、通风及通风控制系统,隧道通风方式有多种，本次以高速公路最常用的纵向通风方式为例介绍。,3.1 隧道通风作用 隧道通风可降低CO浓度，稀释烟雾浓度，在火灾时减少人员的伤害。,3.2 隧道
6、通风的设备选型和布设方案 我省高速公路隧道多采用30KV的射流风机为通风设备，断面布设数量单洞双车道为两台，三车道为三台。布设位置多在洞口附近。,3.3 通风控制 风机可在监控室远程控制，也可在现场本地控制。可根据现场工况顺转和反转。 通过设置在洞内的传感器检测出污染程度、风速风向和车流量，经过计算机处理，制定控制方案，给出控制命令，控制风机的运行。,3.4 通风控制示意图,风机,CO/VI风速风向传感器,隧道口,监控计算机,电力监控,岩门界隧道右洞风机安装断面图,A,B,岩门界隧道右洞风机安装位置图,A,B,3.5 通风工程实例,风机配电箱,风机配电箱内部,长湘高速隧道风机,四、照明及照明控
7、制系统,4.1 隧道的白洞和黑洞效应 在隧道的出入口由于内外的光线有较大差别，产生白洞和黑洞效应，严重影响行车安全。为此设计规范要求设置隧道照明系统。,黑洞效应,白洞效应,4.2 隧道照明设置条件 2014年9月开始施行的新的隧道照明标准对老的标准进行修改，例如原来100m以上隧道设置照明，现改为200m以上。,4.3 隧道照明亮度 隧道的亮度指标由多个因数确定，如：隧道洞门结构（削竹式、端墙式）及朝向、洞口亮度、设计车速、设计流量、道路的等级等。,4.4 照明设置的段落 中间段照明/基本段照明、入口段加强照明、过渡段加强照明、出口段加强照明、洞外引道照明。 基本段照明的一部分（约为四分之一）
8、为应急照明。,4.5 照明灯具布置 照明灯具的布设方式分为： 中线布置、中线侧偏布置、两侧交错布置、两侧对称布置等。我省高速公路隧道照明多数采用两侧对称布置。,4.6 照明灯具选择 目前隧道照明灯具按照光源类型区分主要有高压钠灯、LED灯、无极灯、荧光灯。LED目前已成为主流光源。,4.7 照明系统控制 隧道照明控制方式有手动、自动、本地、远程控制等。 手动控制分为晴天、云天、阴天、重阴、夜间和下半夜等多级。 由于中短隧道无弱电系统，自动控制一般为时序控制,分为白天、晚上、黄昏（凌晨）、午夜四阶段。 当隧道发生火灾、事故时照明灯全亮。 长隧道和特长隧道自动控制，根据洞口光亮度检测器检测值，调整
9、隧道入口照明（如下图所示）。,工程实例照片,高压钠灯和无极灯混用双侧对称布置,LED节能灯具,LED节能灯具,车行横洞的照明,五、隧道监控系统,5.1 隧道监控系统的内容,隧道监控系统,中央控制管理系统统,交通信号控制系统,闭路电视系统,火灾报警系统,紧急电话有线广播系统,照明控制系统,通风控制系统,隧道环境检测系统,5.2 隧道监控等级和隧道分类,隧道根据长度分为四类，见下表：,隧道监控分为A+、A、B、C、D五个等级，由隧道长度L和隧道单洞年平均日交通量q综合确定。见下图：,5.3 隧道监控设备的配置, 应配设施 可选设施 | 不作要求,5.4 交通信号控制系统,交通信号控制系统,车辆检测
10、器,交通信号灯,交通指示标志,可变信息标志,在隧道出入口和长隧道中部设置车辆检测器，用以检测通过隧道车辆的车辆数、行车速度及占有率，以做为实施交通监控和风机实时监控的依据。,5.4.1 车辆检测器,双波长雷达车辆检测器,隧道内环形线圈车辆检测器,5.4.2 交通信号灯,交通信号灯布设于隧道入口前，应尽量结合隧道口的转向车道设置，用以指示车辆是否可以进入隧道。交通信号灯由四个灯组合而成，可显示红、绿、黄三种颜色及一个转弯调头标志。,隧道内交通异常,隧道关闭，禁行,隧道内正常,转至反向车道,5.4.3 隧道内指示标志,车道指示标志设在隧道入口、出口及隧道内，可分车道显示通行、禁行。在车行横洞处的指
11、示标志有左转指示。标志为双面显示。 车行横洞和人行横洞标志设置在隧道内相应洞口处。 LED诱导灯安装于隧道内电缆沟外侧，从行车视角看形成左黄右白两条光带，诱导车辆安全行驶。 隧道内还设有应急电话标志、消防设备标志和逃生指示标志等。,A、,C、,B、,D、,5.4.4可变信息标志,长和特长隧道的入口、隧道内以及隧道群的入口一般设置可变信息标志用以显示隧道区段各种信息。,B、,可变限速标志则设置在隧道口或隧道内，可以显示隧道限速值。,A、,5.5 闭路电视系统,编码器,编码器,隧道现场,解码器,监视屏,视频管理服务器,视频存取服务器,事件检测服务器,上级监控单位,隧道闭路电视示意图,5.5.1 摄
12、像机的布设,A.在隧道的洞口设置全方位彩色摄像机. B.在隧道内视频全覆盖，不低于150m间隔设固定彩色摄像机。 C.隧道内行车横洞处设1台全方位彩色摄像机。 D.变电所内设安防摄像机,5.5.2 视频传输,视频传输方案有多种,较为常用的方案如下图示意：,摄像机,编码器,光纤传输,解码器,显示器,存储器,5.6环境检测,5.6.1 隧道洞内洞外的亮度检测主要为隧道照明控制提供依据,5.6.2 隧道洞内一氧化碳能见度和风速风向检测主要为风机控制提供 依据,5.7中央控制管理系统,中央控制管理系统结构图,5.7 中央控制管理系统,视频数据交换设备,电力监控,火灾报警,本地控制器,闭路电视,应急电话
13、,照明控制,通风控制,火灾检测,手动报警,交通信号控制,环境监测,摄像机,应急电话,有线广播,通风照明工作站,火灾报警工作站,交通监控工作站,应急电话控制台,数据存取服务器,显示屏,视频存取管理解码,隧道区,桥隧所,中央控制管理系统结构示意图,5.7.1 中央控制管理系统硬件,系统服务器、通信工作站、交通监控工作站、视频管理工作站、拼接工作站、火灾报警工作站、紧急电话及有线广播工作站、监控以太网交换机和视频以太网交换机等,A.计算机系统,监视器墙、大屏幕显示系统、地图板及控制软件等成。,B.显示系统,C.综合控制台和供电设备等,5.7.2 中央控制管理系统软件,A、系统软件。,服务器操作系统（
14、含双机热备软件等）、工作站操作系统、数据库系统、开发、维护、工具软件等,.外场监控设备状态实时显示模块 .外场监控设备采集数据实时显示模块 .可变信息编辑、控制显示模块 .事故、异常事件处理报警模块 .设备运行状态检测模块 .隧道通风控制模块 .隧道照明控制模块 .数据统计分析模块 .报表打印模块,B、应用软件。,通信软件,监控集成应用软件,C、应急预案,六、 通信系统,隧道通信系统主要包括通信传输设备、隧道紧急电话、隧道有线广播系统、通信光缆及附属设施等。,隧道监控等级为B级及以上的隧道应设置紧急电话系统。从隧道外距隧道口入口约10m处(此处为第一台)开始每隔200m左右间距设置紧应急电话。
15、 紧急电话控制台一般设置在路段监控分中心或隧道管理所。,6.1 紧急电话,在设置紧急电话系统隧道一般同时设置有线广播系统。隧道内每隔50米设置号筒扬声器，在距隧道入口外约10米处的设置筒扬声器。在变电所和监控室设置扬声器箱。,6.2 广播系统,七、 火灾报警系统及隧道消防系统,长隧道消防设施主要包括水消防系统和干粉灭火器两部分。,隧道外给水系统由取水设施、集水池、加压泵房、高位蓄水池和供水管网组成。,隧道内消火栓洞室设置于行车方向右侧的隧道壁上，内设消火栓系统和水成膜系统。,7.1 水消防系统,隧道口两端分别设置两组地上式三出口消火栓和水泵接合器.,7.2 干粉灭火器系统,干粉灭火器放在隧道壁灭火器洞室内，洞室设置在行车方向的左侧，每50米设置一处。,隧道内按50m间距设有手动火灾报警按钮。,火灾自动报警传感器分为双波长火焰探测器、线性光纤分布式温度检测器、线性感温电缆火灾报警器。,7.3 手动报警按钮,7.4 火灾自动检测报警,火灾报警系统为一个相对独立的系统，火灾检测的信息可通过直达路由传至桥隧所或监控中心,隧道内火灾检测系统是针对长隧道内火灾进行实时检测，,八、隧道机电系统运营中存在的问题及维护,8.1关于柴油发动机日常保养,8.2关于供电防雷,8.3关于变电所及箱式变电站,8.4关于风机及照明配电箱,8.5关于通信光缆,谢谢,
