高速公路隧道照明方案比较研究论文_赵伟

摘要：隧道照明是保障公路隧道安全行车和运营的重要组成部分，同时隧道照明是隧道能耗最大的环节，是隧道建成后运营单位的沉重的经济负担。因此从安全行车，节能环保角度分析和改进照明控制系统的设计具有很强的现实意义。本文对目前隧道照明两种主要的照明方式从优缺点及造价方面进行比较并得出结论，以便对工程实践提供指导。

关键词：高速公路 隧道照明 方案

　国内目前对隧道照明设备的控制方式主要有四种：手动控制模式、分时段进行的时序控制模式和有级控制模式，还有近年应用的LED智能无级控制方案。下面主要分析有级照明控制方案和LED智能无级控制方案。

1.工作原理比较

有级照明控制方式依据夜间、白天加强的不同时间段分别采用不同的控制回路，二次系统为远程PLC控制提供开关量，控制接口，可根据隧道内环境、昼夜变更、天气情况、烟雾、车流量、火灾初期等因素自动控制。传统有级照明控制系统存在以下问题：一是无法对照明灯具进行精确的调光控制，不能实现按需照明，造成电能浪费；二是灯具长时间满负荷工作，光源光衰较大，灯具寿命大幅缩减；三是夜晚或某时段无车情况下灯具处在的满功率照明状态；四是照明系统在由亮调暗的过程中存在短时间的“盲视效应”，危及行车安全；五是有级照明控制系统供电回路较多，电缆投资很高。

LED智能无级控制方案，主要由车流量采集器、亮度采集器、数据转换器、照明控制计算机、驱动电源及配套的LED隧道灯组成。系统的洞外亮度监测装置将检测到的隧道洞外亮度信号转换为4～20mA标准电流信号传送至LED亮度智能无级控制装置上，再转为DC0～5V的直流模拟信号输出，控制LED灯具上的电压控制电流源。电压控制电流源的控制端电压的变化会使其输出电流随之变化，进而引起LED输出功率和输出光通量发生变化，从而达到控制被照场所亮度的目的。在控制过程中，车流量参数等同样作为调光控制的输入参数，隧道监控室的上位机通过网络与现场的LED亮度智能无级控制装置实现通讯，调光监控管理软件，实现系统参数的设定、指令下传、现场实时信号读取。

2.照明效果比较

有级照明控制方式，通过控制某回路的灯具，实现亮度的调节，亮度无法平滑过渡。其控制原理决定了无法对照明设备进行精细的调光管理，存在“盲视效应”、"斑马效应"和电能浪费，照明效果不太理想；

LED智能无级控制方式中亮度调节是靠灯具自身的亮度变化而实现的，并不改变灯具的发光间距，所以公路隧道内照明亮度保持均匀，有效避免了传统有级照明配电回路控制法产生的"斑马效应"，即在节能的同时也提高了行车安全性和舒适性，同时还可以延长灯具和电源的使用寿命，其控制利用计算机技术、传感器技术，照明效果较理想。

3.配电布线比较

有级照明控制方式白天调光按晴天、云天、阴天、重阴天四级控制，夜间调光按夜间交通量较大、较小两级控制。照明回路有基本照明回路、应急照明回路和多个加强照明回路，进行灯具线路设计时，需要为不同回路的灯组设计不同的供电线路，变电所（站）至洞内照明配电箱或灯具电缆较多，配电复杂，电缆投资较高。

LED智能无级控制方式可以简化照明系统布线，由于灯具亮度的调整完全不依赖于供电电源，因而配电线路的设计变得极为简单，基本上只需要考虑照明配电箱的功率容量即可，同时还节省大量的线缆投资费用，配电布线施工费用也将大幅度减少。

图1 有级照明控制方案灯具配电布线方式

图2 LED智能无级控制方案灯具配电布线方式

4.节能环保比较

采取不同控制回路的照明控制系统洞外亮度指标固化，有“过度照明”现象，造成电能浪费。采用智能无级控制系统对洞外亮度进行跟踪，实时调整洞内亮度，即可实现按需照明的目标，达到节能的目标。

LED智能无级控制系统采用的是无级智能单路控制，无须分路控制，且全天候总体照度调节，可根本上解决频闪效应的再次出现和线材的极大浪费。LED智能无级控制系统可根据运营实际过程中的车流量实现对基本照明的功率调整，无车通过时，照明维持最低照明需求；有车通过时，照明自动调整至相应功率，可大幅减少一些车流量不大的隧道照明能耗浪费。

5.安全性与可靠性比较

隧道照明对系统可靠性要求非常高。LED智能无级控制系统配电如图2，当配电回路出现故障，灯具有可能全灭，特别是当一个配电回路配出灯具较多时，故该方案的配电方式决定了其抗风险能力较低。有级照明控制方案灯具布置于不同的配电回路，如图1，其可靠性与抗风险能力强。

任何的简单分级调光，当亮度由高到低突变时，人的视觉同样会产生短时的不适应，这种不适应与“黑洞效应”是相同的，对高速行驶的车辆来说是非常危险的。而无级调光是通过精细地调光实现不同亮度的过渡，解决了视觉适应性问题，因而安全性更高。

6.造价比较

LED智能无级控制方案较传统有级方案，电缆使用量减少，但由于采用可调光LED隧道灯，增加了无极调光设备，造价较传统有级控制方式有所增加。

7.结论

LED智能无级控制方案亮度调节靠自身亮度变化实现，无“斑马效应”，配线较有级照明方案简单。LED智能无级控制方案对洞外亮度进行跟踪，实时调整洞内亮度，可实现按需照明的目标，达到节能的目标。安全性和可靠性方面，有级照明控制方案灯具布置于不同的配电回路，其可靠性与抗风险能力强。造价方面，LED智能无极控制方案由于采用可调光LED隧道灯，增加了无极调光设备，比较传统有级照明控制方案，智能无极控制方案造价较高。综上，工程实际中可根据项目实际选用照明控制方案，目前，智能无极控制产品日趋成熟，具有上述的优点特别是较传统有级控制方式节能，故优先选用。

参考文献:

[1]曹佳宝.高速公路隧道照明智能节电技术研究[J].公路与汽运.2019.12.26:39-41.

[2]王有为.隧道LED无极调光系统方案设计与应用[J].中国交通信息化.2016.4.15:127-128.

论文作者:赵伟

论文发表刊物:《科学与技术》2019年19期

论文发表时间:2020/4/29

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