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摘要：高速公路照明系统是高速公路行车必不可少的安全保障，但是盲目的调节隧道内的照明亮度，会造成预算之外不必要的浪费，所以本文作者根据高速公路照明的特殊性进分析，提出本着既能充分保障行车安全，又能避免能源浪费的措施，以供同行业人士参考，进而不断完善高速公路高效运营。
关键词：高速公路；隧道照明；必要性；电磁平衡
0引言
随着我国高速公路建设事业的不断发展，高速公路隧道也随着山区通车里程的增加，高速公路的运营更是日渐增加，在高速公路的运营中，也出现了不少的问题，如：高的车速设计，大的交通流量和较高的车流密度给高速公路的行车安全造成很大的威胁，特别是车辆在进入公路隧道时，驾驶员视野内光线的明暗发生急剧变化，人的视力骤然下降，给驾驶员安全驾驶造成极大的障碍，甚至造成交通事故的发生，如果盲目提高隧道内照明亮度，又容易迫使运营费用超出成本控制范围，造成不必要的浪费，增加建设单位的压力，因此，高速公路隧道的照明技术及节电措施己经引起人们的极大关注。
1.1隧道入口处的照明
白天当驾驶员从隧道外驶进隧道内时，由于隧道内外的亮度差别极大，所以从隧道外部看照明很不允分的隧道入口时只会看到个黑洞(对长隧道而言)或个黑框(对短隧道而言)。当驾驶员进入隧道后山于人眼视觉的滞后性作用，立即产生视觉上的盲区。因此，在隧道入口处必须设置缓和照明段。入口缓和照明段按车辆驶入隧道方向分为临界区,过渡区,缓和区。入口缓和照明段的长度主要取决于洞内外亮度之差，同时还与设计车速、洞内照度和洞壁材料等因素有关。
表1给出当隧道外部亮度为4000CD/M时，隧道入口处缓和段各部分的照度标准。如果隧道外部亮度L，则表1的数值乘以系数L/40000
表1入口照明处照明标准
1.2隧道内部的照明
无论是白天还是黑夜，隧道内的道路环境及对行车视觉产生的影向都不同于一般道路。主要原因是隧道内汽车行驶排出的废气几乎无法消散，在隧道内形成较大的烟雾。烟雾除了吸收汽车前灯发出的光线，使照度降低外，还使光线的传播发生散射现象，散射光在隧道内形成光幕，从而降低了道路前方障碍物及周围环境(如路而，隧道墙壁)光度，使驾驶员识别前方障碍物的视觉能力下降。因此，隧道内的基本照明，叫按照隧道中的实际设计车速对照度的需求决定。表2给出了隧道照明亮度的基本要求。
表2隧道照明亮度的基本要求
1.3隧道出口处的照明
在白天当车辆通过较长的隧道接近其出口时，由于洞外的亮度远高于洞内，隧道的出口对驾驶员而言，好象是个白色的洞，人眼同样对这种光线产生滞后。驾驶员对前方的行车只能看到个很暗的轮廓，对距前方车辆的距离不能准确做出判断。
如果是在夜间行驶，其效果正好相反，驾驶员在隧道内看到的是黑洞而不是亮洞。在这种情况下，驾驶员难以辨别洞外的道路线形、路上交通情况及道路上的任何障碍物情况，也是个视觉盲区。因此，隧道出口也同入口部分样设有过度区,要加强垂直照度，使得过渡区的亮度与洞外相近。过渡区的长度在80m以上，照度应为出口外部亮度值的1/10左右。
1.4隧道内的应急照明
由于隧道对交通的特殊作用，供电故障对正常行使于隧道内的驾驶员来说是非常危险的，因此在长度超过2oom的隧道，应建立紧急照明系统。采用双路供电电源或设置备用发电机作为备用电源。由于应急供电系统的容量一般较小，因此，应急照明的照度为正常照明的1/5以上。
1.5隧道照明照度计算
由于隧道的特殊交通环境，使得隧道内平均照度的计算与般道路有所区_别。隧道内部平均照度叫按下式计算:
式中:E一一隧道内平均照度;
N一一按排列方式确定系数，相对排列时N=2，交错和中间排列时N=1;
p一一车道上直射光照明利用系数;
K一一减光系数,K的取值见表3;
K,一一因被照物体表面而反光作用使照度提高的系数;
中一一照明器总光通量(lm) ;
B一一车道宽度(m);
s一一照明器设置间距(m)。
表3减光系数表
2高速公路隧道照明的节电
2. 1隧道照明控制设计时充分考虑节电
图1隧道照明控制框图
照明控制系统的形式能显著地影向照明系统运营的费用。如果按照洞外亮度去调整洞内亮度，那么就会造成浪费。
某高速公路隧道是座双洞式隧道，全长1520米，采用高压钠灯相对排列。根据隧道照明的特殊要求，如图1所示，在入口段和出口段分别设置睛天、睛阴、夜间、深夜四个照明回路，基本段设置白天、夜间二个回路，紧急回路每30米接入一盏灯，替代一侧夜间回路灯数的一半。在洞外设置辉度计检測亮度，在入口段设置照度计检测洞内照度。自动检测到的洞内外光亮度值，由本地控制器 2.2通过改善隧道照明供电质量来节约电能
隧道照明设计者仅注重隧道内照明的节电，而运营管理者发现节电远不止这些，供电的质量也是电能浪费的个重要方而，表现为:
<1>隧道座落于山区,供电线路比较远，电网的电压普遍偏高，特别是晚间电压更高。有时，单相电压达到250v,普遍接近240V。实验证明荧光灯电压升高10%，寿命降低15%0浪费电能，降低灯池、灯具的平均使用寿命。
<2>由于照明回路切换造成三相电压不平衡衡和电网电压三相不平衡，都会造成无功损耗增加，浪费电能。
<3)瞬流引起电能浪费
解决问题方法是在变电站照明回路加节电装置。现在，国内引进国外节电技术生产的节电装置很多。新一代节电技术主要有两种:无转折波形切削技术和电磁平衡原理。
2.2.1电磁平衡原理
其最基本的原理是电磁转换与补偿。它利用特制的铁心和线圈，在变压器中做到磁路平衡，磁场平衡，使三相负载电压趋于均衡，并且铁心的磁滞曲线较好，抑制谐波，使输
入波形与输出波形基本一致，同时利用特有的辅助绕组产生的激磁电流，吸收无功电流，达到节电。
如图2所示，从结线图看出:当输入电压U到R-S-T端时，电压即加入到M-J-K各组线圈上且M-J组的线圈间输出电压。由于J组励磁线圈所产生的磁通是由各相励磁线圈所产生的磁通交汇在同个三柱式铁心上的，使得三相铁心柱上的磁势得到平衡，在数量上大致相等，因而在输出端的电压也得到了平衡，数量上也大致相等，且稳定在所设定的工作点电压上。
图2节电装置主要设备接线原理图
此外，K组相位高速线圈是采用了调整组别结线的方式来高速各相输出电流与电压的相位，从而改善了各相功率因数，减少了无功电力，消减了负荷上所产生的高次谐波分量。
2. 2. 2选择节电装置要求和实际效果
隧道口变电站照明回路加装节电装置须遵循以下原则
<1)设备运行可靠，寿命长，能自动旁路和有手动旁路开关。
<2>工作电压的范围符介国家相关的电力设备标准规定，满足照明灯具对启动电压地要求。输出电压稳定，幅值在特定范围内可调(节电可控)。
<3)自身消耗电能很低。
<4)保证隧道内照度变化小大于5%时，节电率在10%以上。某高速公路有10座隧道，其中超过800米以上有8座。在隧道变电站全部加装节电装置。实际运行来看，
在满足隧道止常照度的前提下，节电率为7%--15%。经济效益非常可观。
3结束语：
高速公路隧道照明有其独特性，管理部门人员必须在保证行车安全的基础上，正确处理好照明与节电的关系是高速公路机电系统中非常必要的任务。以正确的照明方法及节能的前提下完成其历史使命，争创更高的经济效益。
参考文献：
[1]任建卫，屈志豪，赵清碧，邓欣，张琦，谭光友。高速公路隧道照明及供配电节能的实践与思考[J]中国交通信息产业，2007，(05)。
[2]叶黎明，贺莉薇，高速公路隧道照明系统运营节能的设计与实现[J]中国交通信息产业，2008，(01)。
[3]陈仲林，高速公路隧道照明节能研究[J]灯与照明，2008，(03)。
[4]尤三伟，朱祥。高速公路隧道照明节能方案设计[J]中国交通信息产业，2008，(10。
[5]陈家安。照明节电的电力控制方法[J]应用能源技术，2006，(02)。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：高速公路；隧道照明；必要性；电磁平衡
0引言
随着我国高速公路建设事业的不断发展，高速公路隧道也随着山区通车里程的增加，高速公路的运营更是日渐增加，在高速公路的运营中，也出现了不少的问题，如：高的车速设计，大的交通流量和较高的车流密度给高速公路的行车安全造成很大的威胁，特别是车辆在进入公路隧道时，驾驶员视野内光线的明暗发生急剧变化，人的视力骤然下降，给驾驶员安全驾驶造成极大的障碍，甚至造成交通事故的发生，如果盲目提高隧道内照明亮度，又容易迫使运营费用超出成本控制范围，造成不必要的浪费，增加建设单位的压力，因此，高速公路隧道的照明技术及节电措施己经引起人们的极大关注。
1.1隧道入口处的照明
白天当驾驶员从隧道外驶进隧道内时，由于隧道内外的亮度差别极大，所以从隧道外部看照明很不允分的隧道入口时只会看到个黑洞(对长隧道而言)或个黑框(对短隧道而言)。当驾驶员进入隧道后山于人眼视觉的滞后性作用，立即产生视觉上的盲区。因此，在隧道入口处必须设置缓和照明段。入口缓和照明段按车辆驶入隧道方向分为临界区,过渡区,缓和区。入口缓和照明段的长度主要取决于洞内外亮度之差，同时还与设计车速、洞内照度和洞壁材料等因素有关。
表1给出当隧道外部亮度为4000CD/M时，隧道入口处缓和段各部分的照度标准。如果隧道外部亮度L，则表1的数值乘以系数L/40000
表1入口照明处照明标准
1.2隧道内部的照明
无论是白天还是黑夜，隧道内的道路环境及对行车视觉产生的影向都不同于一般道路。主要原因是隧道内汽车行驶排出的废气几乎无法消散，在隧道内形成较大的烟雾。烟雾除了吸收汽车前灯发出的光线，使照度降低外，还使光线的传播发生散射现象，散射光在隧道内形成光幕，从而降低了道路前方障碍物及周围环境(如路而，隧道墙壁)光度，使驾驶员识别前方障碍物的视觉能力下降。因此，隧道内的基本照明，叫按照隧道中的实际设计车速对照度的需求决定。表2给出了隧道照明亮度的基本要求。
表2隧道照明亮度的基本要求
1.3隧道出口处的照明
在白天当车辆通过较长的隧道接近其出口时，由于洞外的亮度远高于洞内，隧道的出口对驾驶员而言，好象是个白色的洞，人眼同样对这种光线产生滞后。驾驶员对前方的行车只能看到个很暗的轮廓，对距前方车辆的距离不能准确做出判断。
如果是在夜间行驶，其效果正好相反，驾驶员在隧道内看到的是黑洞而不是亮洞。在这种情况下，驾驶员难以辨别洞外的道路线形、路上交通情况及道路上的任何障碍物情况，也是个视觉盲区。因此，隧道出口也同入口部分样设有过度区,要加强垂直照度，使得过渡区的亮度与洞外相近。过渡区的长度在80m以上，照度应为出口外部亮度值的1/10左右。
1.4隧道内的应急照明
由于隧道对交通的特殊作用，供电故障对正常行使于隧道内的驾驶员来说是非常危险的，因此在长度超过2oom的隧道，应建立紧急照明系统。采用双路供电电源或设置备用发电机作为备用电源。由于应急供电系统的容量一般较小，因此，应急照明的照度为正常照明的1/5以上。
1.5隧道照明照度计算
由于隧道的特殊交通环境，使得隧道内平均照度的计算与般道路有所区_别。隧道内部平均照度叫按下式计算:
式中:E一一隧道内平均照度;
N一一按排列方式确定系数，相对排列时N=2，交错和中间排列时N=1;
p一一车道上直射光照明利用系数;
K一一减光系数,K的取值见表3;
K,一一因被照物体表面而反光作用使照度提高的系数;
中一一照明器总光通量(lm) ;
B一一车道宽度(m);
s一一照明器设置间距(m)。
表3减光系数表
2高速公路隧道照明的节电
2. 1隧道照明控制设计时充分考虑节电
图1隧道照明控制框图
照明控制系统的形式能显著地影向照明系统运营的费用。如果按照洞外亮度去调整洞内亮度，那么就会造成浪费。
某高速公路隧道是座双洞式隧道，全长1520米，采用高压钠灯相对排列。根据隧道照明的特殊要求，如图1所示，在入口段和出口段分别设置睛天、睛阴、夜间、深夜四个照明回路，基本段设置白天、夜间二个回路，紧急回路每30米接入一盏灯，替代一侧夜间回路灯数的一半。在洞外设置辉度计检測亮度，在入口段设置照度计检测洞内照度。自动检测到的洞内外光亮度值，由本地控制器
隧道照明设计者仅注重隧道内照明的节电，而运营管理者发现节电远不止这些，供电的质量也是电能浪费的个重要方而，表现为:
<1>隧道座落于山区,供电线路比较远，电网的电压普遍偏高，特别是晚间电压更高。有时，单相电压达到250v,普遍接近240V。实验证明荧光灯电压升高10%，寿命降低15%0浪费电能，降低灯池、灯具的平均使用寿命。
<2>由于照明回路切换造成三相电压不平衡衡和电网电压三相不平衡，都会造成无功损耗增加，浪费电能。
<3)瞬流引起电能浪费
解决问题方法是在变电站照明回路加节电装置。现在，国内引进国外节电技术生产的节电装置很多。新一代节电技术主要有两种:无转折波形切削技术和电磁平衡原理。
2.2.1电磁平衡原理
其最基本的原理是电磁转换与补偿。它利用特制的铁心和线圈，在变压器中做到磁路平衡，磁场平衡，使三相负载电压趋于均衡，并且铁心的磁滞曲线较好，抑制谐波，使输
入波形与输出波形基本一致，同时利用特有的辅助绕组产生的激磁电流，吸收无功电流，达到节电。
如图2所示，从结线图看出:当输入电压U到R-S-T端时，电压即加入到M-J-K各组线圈上且M-J组的线圈间输出电压。由于J组励磁线圈所产生的磁通是由各相励磁线圈所产生的磁通交汇在同个三柱式铁心上的，使得三相铁心柱上的磁势得到平衡，在数量上大致相等，因而在输出端的电压也得到了平衡，数量上也大致相等，且稳定在所设定的工作点电压上。
图2节电装置主要设备接线原理图
此外，K组相位高速线圈是采用了调整组别结线的方式来高速各相输出电流与电压的相位，从而改善了各相功率因数，减少了无功电力，消减了负荷上所产生的高次谐波分量。
2. 2. 2选择节电装置要求和实际效果
隧道口变电站照明回路加装节电装置须遵循以下原则
<1)设备运行可靠，寿命长，能自动旁路和有手动旁路开关。
<2>工作电压的范围符介国家相关的电力设备标准规定，满足照明灯具对启动电压地要求。输出电压稳定，幅值在特定范围内可调(节电可控)。
<3)自身消耗电能很低。
<4)保证隧道内照度变化小大于5%时，节电率在10%以上。某高速公路有10座隧道，其中超过800米以上有8座。在隧道变电站全部加装节电装置。实际运行来看，
在满足隧道止常照度的前提下，节电率为7%--15%。经济效益非常可观。
3结束语：
高速公路隧道照明有其独特性，管理部门人员必须在保证行车安全的基础上，正确处理好照明与节电的关系是高速公路机电系统中非常必要的任务。以正确的照明方法及节能的前提下完成其历史使命，争创更高的经济效益。
参考文献：
[1]任建卫，屈志豪，赵清碧，邓欣，张琦，谭光友。高速公路隧道照明及供配电节能的实践与思考[J]中国交通信息产业，2007，(05)。
[2]叶黎明，贺莉薇，高速公路隧道照明系统运营节能的设计与实现[J]中国交通信息产业，2008，(01)。
[3]陈仲林，高速公路隧道照明节能研究[J]灯与照明，2008，(03)。
[4]尤三伟，朱祥。高速公路隧道照明节能方案设计[J]中国交通信息产业，2008，(10。
[5]陈家安。照明节电的电力控制方法[J]应用能源技术，2006，(02)。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。