談高速公路隧道照明智能節(jié)電技術(shù)
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摘要：隨著國民經(jīng)濟(jì)水平和科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，為高速公路的建設(shè)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，建設(shè)的數(shù)量和規(guī)模都逐漸增加。在高速公路隧道中，照明系統(tǒng)的耗電問題已經(jīng)越來越突出，主要表現(xiàn)為運(yùn)營過程中電能的浪費(fèi)問題。應(yīng)用智能節(jié)能技術(shù)，能夠更好地降低電能資源的消耗，節(jié)約電能成本，提供更加安全的行車環(huán)境，提高高速公路的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?；诖?，闡述當(dāng)前隧道照明用電現(xiàn)狀以及智能節(jié)電技術(shù)的優(yōu)勢，并給出了智能節(jié)電的綜合措施，希望能給有關(guān)人員可供參考之處。
關(guān)鍵詞：高速公路；隧道照明；智能節(jié)電
1高速公路隧道照明的作用
隧道是高速公路中的特殊路段，處于封閉的環(huán)境中，能見度較低，并且通常存在一定的污染，相比于其他的公路路段，無論是行車安全、行車速度，還是通行指數(shù)都要差許多。在隧道的入口處，極容易產(chǎn)生黑洞現(xiàn)象，導(dǎo)致司機(jī)的視覺瞬間縮減甚至停滯，由于這種現(xiàn)象而導(dǎo)致的交通事故數(shù)不勝數(shù)。在隧道的中段，由于汽車廢氣聚集而導(dǎo)致煙霧的產(chǎn)生，前燈光線被煙霧散射吸收，產(chǎn)生的光幕使司機(jī)的能見范圍縮小，不利于司機(jī)的正常行駛。除此之外，在出口處，由于駕駛員從光線較弱的地帶行駛出，難以適應(yīng)強(qiáng)烈的眩光，影響駕駛員視線，無法及時(shí)看清路況，容易造成交通事故。在高速公路的隧道中，如果照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理，在適當(dāng)位置設(shè)置照明設(shè)施，就能有效地消除隧道行駛過程中的黑洞和白洞現(xiàn)象，對(duì)于行車安全有著至關(guān)重要的作用。
2高速公路隧道照明用電現(xiàn)狀
隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，越來越多的高速公路路段都將迎來隧道建設(shè)，隨之面臨著高速公路的運(yùn)營成本不斷加劇。為了降低電能資源的消耗，更好地節(jié)約資源，很多高速公路隧道照明系統(tǒng)上都采用高功率高壓氣燈，同時(shí)采用高反射率材料，縮短電纜長度。除此之外，合理的調(diào)節(jié)和布置洞外和配電房的亮度燈可以起到一定的效果。但是就實(shí)際來說，仍然存在著許多電能資源浪費(fèi)的問題。在運(yùn)營中，如果車流量減少，隧道往往采取開啟單側(cè)燈以及交錯(cuò)間隔開燈等措施，這樣就沒有遵循照明系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)的初衷，不利于與保障行車安全。因此要通過更加先進(jìn)的智能節(jié)電技術(shù)，滿足隧道中對(duì)于照明條件的需求，從而合理利用資源，降低電能損耗。在現(xiàn)今節(jié)能減排社會(huì)的背景下，發(fā)展、優(yōu)化高速隧道照明系統(tǒng)意義重大。當(dāng)前高速公路隧道電能浪費(fèi)的原因主要有以下幾點(diǎn)：第一，隧道照明的亮度大于需求。在照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要考慮車速問題以及洞口亮度問題，通常設(shè)計(jì)人員都會(huì)選擇其最大值作為照明燈具的功率和分布狀況的設(shè)計(jì)依據(jù)，這樣就造成了其亮度大于實(shí)際需求的問題。第二，專線供電電壓較高。高速公路通常都有專網(wǎng)專線來進(jìn)行供電，通過箱變電壓，實(shí)際電壓會(huì)高于實(shí)際需求，因此在輸送中要分析降壓因素，在設(shè)計(jì)箱變時(shí)其功率通常也會(huì)高于實(shí)際使用值，這樣也影響到燈具使用壽命。第三，三相電壓不平衡。在安裝照明系統(tǒng)時(shí)由于各方面因素的影響，導(dǎo)致沒有嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)方案來操作，造成三相電壓不平衡，影響設(shè)備功率，不利于設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。第四，電網(wǎng)輸入電壓存在波動(dòng)。在專線供電方式中由于設(shè)備不確定性，有可能出現(xiàn)電壓的波動(dòng)，造成電能浪費(fèi)。
3隧道智能節(jié)電技術(shù)的優(yōu)勢
隧道照明的智能控制系統(tǒng)本身適應(yīng)性較強(qiáng)，能夠較好地感受到隧道外亮度情況，并以此為基礎(chǔ)來合理控制隧道照明系統(tǒng)，從而降低能源消耗，達(dá)到高效和節(jié)能的目的。另外，智能節(jié)電技術(shù)在使用中更加安全，在隧道口設(shè)置亮度傳感器來感知外部亮度，以此來對(duì)隧道內(nèi)的亮度進(jìn)行選擇，滿足行車時(shí)需求，避免由于亮暗變化而發(fā)生事故。通過智能節(jié)電技術(shù)還能使燈具的實(shí)際功率低于其額定功率，延長使用時(shí)間。應(yīng)用智能的節(jié)電系統(tǒng)可以減少由于單側(cè)關(guān)燈而造成的安全問題。該技術(shù)操作簡單，可以有效防止照明的過度用電，滿足當(dāng)前節(jié)能減排的需求。在社會(huì)用電量中，照明用電是其重要的組成部分之一。而道路照明用電占據(jù)了整個(gè)照明用電中的20%~30%。當(dāng)高速公路處于山區(qū)時(shí)，不可避免地要進(jìn)行隧道建設(shè)。要想保證汽車能夠暢通地行駛，隧道照明系統(tǒng)是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。因此，如果不采取智能的節(jié)電技術(shù)，照明用電量將很難下降。通過節(jié)電技術(shù)，能夠一定程度上緩解能源負(fù)擔(dān)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，降低公路的運(yùn)營成本，同時(shí)通過當(dāng)前先進(jìn)的照明技術(shù)，更加有利于營造良好的隧道行車環(huán)境，保障安全行駛，使高速公路的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益有所提高。
4高速公路隧道照明智能節(jié)電措施分析
4.1設(shè)計(jì)科學(xué)合理的照明控制系統(tǒng)
洞外的亮度是照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要指標(biāo)，很多隧道并沒有結(jié)合實(shí)際情況而直接采用規(guī)范最大值，導(dǎo)致浪費(fèi)嚴(yán)重。同時(shí)隧道的交通情況也影響著照明需求的大小，交通量較大時(shí)，其電能需求量通常也會(huì)更大。在通過時(shí)間來控制照明系統(tǒng)時(shí)，設(shè)定好白天和夜晚的具體開燈時(shí)間。在夏季時(shí)，晝長夜短，而在冬季時(shí)，晝短夜長，春秋兩季則晝夜較為持平，因此如果不結(jié)合具體實(shí)際情況來調(diào)節(jié)和設(shè)定照明系統(tǒng)，在一年時(shí)間內(nèi)都采用固定的開關(guān)燈時(shí)間，就會(huì)造成電能資源的大量浪費(fèi)。雖然可以通過管理維修人員現(xiàn)場設(shè)定調(diào)節(jié)時(shí)間，但是這也會(huì)增加公路的維護(hù)管理費(fèi)用。在當(dāng)前可以通過新手段來解決這一問題，也就是在隧道內(nèi)外實(shí)際照度對(duì)比值大于1∶15時(shí)，控制器會(huì)將白天照明燈自動(dòng)打開。如果隧道內(nèi)外實(shí)際照度對(duì)比值小于1∶15，則會(huì)自動(dòng)將夜晚照明燈打開。除此之外，在照明系統(tǒng)管理過程中要做到進(jìn)行更加全面和細(xì)致的監(jiān)管和控制，以取得良好的節(jié)能環(huán)保效果以及照明效果。
4.2優(yōu)化照明供配電系統(tǒng)
在隧道照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，必須要具有科學(xué)合理的供配電系統(tǒng)，一方面要滿足隧道行車對(duì)于照明的基本需求，另一方面不能由于變壓器負(fù)荷率較低而造成過多浪費(fèi)。其次要盡可能的選用節(jié)能設(shè)備，例如LED照明燈具。如果在隧道中已經(jīng)安裝了高壓鈉燈，為了使電能損耗降低，可以與節(jié)能鎮(zhèn)流器搭配使用。以實(shí)際的隧道結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，科學(xué)計(jì)算線路情況，對(duì)燈具以及線路的鋪設(shè)方式進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)節(jié)能作用。舉例來說，對(duì)于高壓鈉燈可以采用照明節(jié)電控制設(shè)備，結(jié)合鈉燈的啟動(dòng)特性，采用全壓啟動(dòng)，在燈具運(yùn)行十分鐘后，可以發(fā)現(xiàn)放電管冷端溫度較為平穩(wěn)，燈泡的各項(xiàng)參數(shù)處于正常狀態(tài)。通過慢斜坡降壓法來調(diào)整輸出電壓，這樣不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流，借助時(shí)控電路來進(jìn)行負(fù)載運(yùn)行以及供電電壓的自動(dòng)編程，降低燈具溫度以及能耗量。照明節(jié)電設(shè)備控制效果如圖1所示。
4.3保證電路通暢，維護(hù)隧道配電設(shè)備
在高速公路隧道的實(shí)際運(yùn)營中，要時(shí)刻確保電路保持通暢狀態(tài)，維護(hù)隧道通行環(huán)境，定期對(duì)配電設(shè)備進(jìn)行全面的保養(yǎng)和維護(hù)，加強(qiáng)隧道實(shí)際管理，這對(duì)于隧道的交通安全有著至關(guān)重要的作用。隨著當(dāng)前經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，社會(huì)進(jìn)步顯著，在高速公路設(shè)計(jì)方面也逐漸趨于完善，具有更加齊全的功能，同時(shí)行車安全也逐漸得到保障。因此可以需要采取操作簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、先進(jìn)可靠、易于檢修的機(jī)電系統(tǒng)來更新和替換原有設(shè)備，實(shí)現(xiàn)智能化、信息化、自動(dòng)化的隧道運(yùn)行管理，保證隧道運(yùn)營的科學(xué)性和合理性。
4.4采用鈉燈和LED燈結(jié)合的方案
當(dāng)前越來越多的高速公路隧道采用了LED與高壓鈉燈結(jié)合的照明方案。高壓鈉燈透霧能力較強(qiáng)，在自然光照強(qiáng)度較高時(shí)，黃色光的對(duì)比靈敏度較高，能提高觀測效果。同時(shí)由于隧道封閉沒有外來光源，LED燈顯色性較好，能夠滿足駕駛需求，同時(shí)其成本較低。在高速公路隧道出入口處對(duì)于安全性能的要求較高，因此對(duì)照明亮度需求更大，可以結(jié)合LED等和高壓鈉燈，通過組合照明的方式來滿足照明系統(tǒng)的亮度需求，既能提高照明效果，同時(shí)也能使其效率大大提升，降低能耗。
4.5采用智能照明控制模式
由于技術(shù)的要求差異，當(dāng)前主要采用手動(dòng)和時(shí)序的照明控制方式，節(jié)能效果不佳。LED燈由于能夠?qū)崿F(xiàn)無極控制，因此為照明系統(tǒng)的智能控制提供良好條件。系統(tǒng)自動(dòng)地檢測車流量以及隧道內(nèi)部和外部的亮度情況，對(duì)燈具進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)節(jié)，滿足隧道行車需求，同時(shí)避免出現(xiàn)白洞和黑洞效應(yīng)。
5結(jié)束語
總而言之，隧道照明系統(tǒng)的智能節(jié)電技術(shù)能夠更加合理地控制照明情況，提高車輛行駛安全度，降低事故發(fā)生率。同時(shí)通過有針對(duì)性的照明調(diào)節(jié)，根據(jù)實(shí)際需求來控制照明亮度，解決當(dāng)前隧道照明系統(tǒng)能耗較高的問題，提高其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
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作者：宋磊 單位：甘肅紫光智能交通與控制技術(shù)有限公司