浅谈高速公路隧道机电系统组成及维护

浅谈高速公路隧道机电工程

系统组成与维护

刘春成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开展，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2023年底，湖南省高速公路通车总里程到达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，在运营管理过程中平安管控压力大，一旦发生平安事故，事故救援及交通组织难度大，而隧道机电系统的正常运行是隧道内平安行车的保障，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供配电系统示意图负荷等级​负荷名称一级特别重要负荷隧道应急照明、避灾引导灯等标志灯紧急停车带照明、横洞门电机及照明中央控制设备闭路电视系统主要设备交通监控设备、有线广播设备普通一级负荷隧道基本照明、火灾工况排烟风机、消防水泵闭路电视系统监视器等次要设备变电所照明二级隧道加强照明一般通风风机检修电源插座及其它用电2.2隧道负荷等级划分2.3供电原那么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不间断电源供电，二级负荷原那么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〔如以下图所示〕。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：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，以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局部，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VVIIIDIDOV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AB岩门界隧道右洞风机安装位置图AB3.5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异，产生白洞和黑洞效应，严重影响行车平安。为此设计标准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2023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。高速公路/一级公路应设置照明的二级公路宜设置照明的二级公路非光学长隧道光学长隧道设置条件L>200m100m<L≤200mL>1000m500m<L≤1000m4.4照明设置的段落中间段照明/根本段照明、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。根本段照明的一局部〔约为四分之一〕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，调整隧道入口照明〔如以下图所示〕。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有线播送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分类特长隧道长隧道中隧道短隧道隧道长度L(m)L＞30003000≥L＞10001000≥L＞500L≤500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。见以下图：设备监控等级A+ABCD监测设施车辆检测设备车辆检测器●●●○—超高车辆检测器○○○——环境检测设备CO浓度检测器●●○——能见度检测器●●○——风速风向检测器●●○——亮度检测器●●○——视频监视设备摄像机●●●○—报警设备紧急电话●●●——交通事件检测器●○———火灾探测器●●○——手动报警按钮●●●○—交通控制和诱导设施紧急呼叫设备隧道广播●●●○—信息发布与控制设备车道控制标志●●●○○交通信号灯●●●○○可变情报板●●○——可变限速标志●●○——系统控制设施本地控制设备区域控制器●●○○—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。

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，诱导车辆平安行驶。隧道内还设有应急标志、消防设备标志和逃生指示标志等。A、C、B、D、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、可变限速标志那么设置在隧道口或隧道内，可以显示隧道限速值。A、5.5闭路电视系统桥隧管理所CCTVCameraCCTVCameraCCTVCameraCCTVCameraCCTVCameraCCTVCameraCCTVCameraCCTVCamera编码器交换机编码器编码器编码器隧道现场解码器监视屏视频管理效劳器视频存取效劳器事件检测效劳器上级监控单位隧道闭路电视示意图摄像机的布设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视频传输视频传输方案有多种,较为常用的方案如以下图示意：摄像机编码器光纤传输解码器显示器存储器5.6环境检测隧道洞内洞外的亮度检测主要为隧道照明控制提供依据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有线播送通风照明工作站火灾报警工作站交通监控工作站应急控制台数据存取效劳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

中央控制管理系统硬件系统效劳器、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、紧急及有线播送工作站、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

中央控制管理系统软件A、系统软件。效劳器操作系统〔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、隧道有线播送系统、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。紧急控制台一般设置在路段监控分中心或隧道管理所。6.1紧急在设置紧急系统隧道一般同时设置有线播送系统。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播送系统七、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局部。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