南京长江过江隧道电力系统节能措施探讨

许 慧

南京长江隧道有限责任公司, 江苏南京 211800

南京长江过江隧道电力系统节能措施探讨

许 慧

南京长江隧道有限责任公司, 江苏南京 211800

本文在对南京长江过江隧道的照明、通风、排水系统的现状调研分析的基础上，提出LED照明、节能控制柜、变频控制等节能改造措施，减少能源消耗，降低温室气体排放。

南京长江隧道；照明；通风；排水；节能减排

Nanjing Yangtze River Tunnel；lighting；ventilation；drainage；esnaevrigny g and emissi on reduction

引言

南京长江隧道，是江苏省南京市城市总体规划确定的“五桥一隧”过江通道中的城市过江隧道工程，是国内地质条件最为复杂的跨江隧道，总长5853米，双向6车道，设计车速80km/h。它的建设，对于改变长江原有单一的桥梁过江的交通方式，缓解南京市跨江交通压力、促进沿江大开发具有十分重大的意义。

由于公路隧道本身具有的特殊性以及隧道运营管理系统的特点，使得南京过江隧道在能源消耗方面具有以下特点：

1）隧道内空间环境狭窄、光线变化大、视野不清，为消除潜在的交通事故危险，对环境照度具有较高的要求；

2）高速公路隧道在使用过程中，会因为汽车尾气排放并且不易散发而导致隧道内空气质量恶化，对通风设施的要求较高；

3）南京长江隧道的日常营运情况不同于一般的地下隧道，面临着水流压力、渗透危险及消防救援等复杂问题，排水系统能耗远高于一般公路隧道。

为了响应国家“建设资源节约型、环境友好型社会”的号召，有必要对南京长江隧道照明、通风和排水系统的节能措施进行研究与思考，挖掘节能潜力，降低能源消耗，为国家“十二五”节能减排目标的实现作出贡献。

1 隧道节能措施探讨

1.1 照明系统

1.1.1 照明系统现状

南京长江隧道照明系统通用照明段采用T8型荧光灯，灯具类型为三防灯，数量为2300支，单支功率为2*58KW；出口段和入口段均采用高压钠灯进行辅助照明，数量有300个，单支功率有0.4 KW、0.25 KW和0.15 KW等几种规格。荧光灯与LED灯相比，光效低，衰减严重，寿命短。

在实际管理中各段照明根据天气分级控制，但是这种控制方式存在三大弊端。首先，《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999），以下简称《规范》规定的“重阴天”不属于规范术语，气象学中无此定义，同时，根据气象学的定义分为少云和多云天气，实际观测时，南京长江隧道工作人员无法准确判断，导致实际隧道管理操作中常常无法根据《规范》规定气象分级表判断气象；其次，根据天气分级的控制方式往往使照明效果与隧道现场环境的脱节，这造成在需要高照明的时候，可能隧道亮度较低；在需要低照明的时候，可能隧道亮度较高的情况出现；这种控制方式能耗高，不符合国家当前倡导的节能降耗的政策要求。

1.1.2 照明系统节能措施

1.1.2.1 LED光源替代传统光源

LED是英文Light Emitting Diode的简称，是一种具有两个电极的半导体发光器件，让其流过小量电流就会发出可见光。其与荧光灯相比，具有寿命长、驱动相对简单、节能、环保等优点。

当前，LED已大量应用于银行、医院等公共场所。南京长江隧道通用照明段采用的三防灯内部光源为58W T8荧光灯，可以在满足原有照度要求的条件下，保留原有灯具，采用26W管式LED灯对其进行直接替换。

1.1.2.2 新型电子镇流器替代电磁镇流器

南京长江隧道辅助照明采用高压钠灯，高压钠灯通常用电磁镇流器启动，加补偿电容后一般可达到0.85。由于功率因数不高，需要较大截面的电缆供电。不仅浪费了部分电能，还消耗了铜材资源。此外，电磁镇流器本身也要消耗一定电能，一般为灯具总耗电的20%。采用新型的电子镇流器，可以使灯具的功率因数提高到0.99以上，节电率在10%以上。

1.1.2.3 采用隧道照明节能控制柜

南京长江隧道运营时间为早5点至次日凌晨1点。经观察，隧道电源往往供电质量不佳，夜间的供电电压高于白天的正常值，造成夜间灯具的耗电量远远高于白天，采用节能控制柜技术可将夜间过高的电压调至额定值以降低灯具能耗，同时稳定的电压又可延长灯具寿命。采用节能控制器后，隧道内的灯具可以在节能状态下工作，灯具照度均匀柔和，无闪烁和灭灯，可延长灯具寿命。隧道照明节能控制系统运行后隧道照明能够达到《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ 026.1-1999）标准的要求。

采用隧道照明节能控制柜技术，大多灯具在稳压节能的状态下工作，可有效延长光源使用寿命，节约电能，降低运行成本，节电率可达到20%以上。

1.1.2.4 应用洞外亮度自动检测技术

洞外亮度是决定照明控制策略的重要因素，洞外亮度除了和洞口所处的位置有关外，白天还与天气状况有关。晴天、多云、阴天、重阴的天气对洞内入口段、过渡段、出口段亮度的调节均产生较大影响，洞外亮度增加，隧道内各段灯具的照度也相应增大，反之相应减小。雨天或是大风的天气，不但影响洞外亮度，还影响车速，而车速又直接影响隧道内各段照明的长度和照度。

南京长江隧道的照明控制为人工分级控制，这种控制方式对操控人员具有较高的要求，当洞外亮度发生明显变化时需要及时调整照明方式，事实上在实际中操控人员很难做到及时地调整照明。

通过洞外亮度自动检测技术，可以解决一天中隧道洞外亮度变化很大，对入口段产生“黑洞效应”的问题，同时通过合理的开启灯具，使电能的节省达到最优化。

1.2 通风系统

1.2.1 通风系统现状

通过现场监测隧道内的自然风速、交通量及自然风压和交通风压共同作用下的风速，对监测数据进行处理、分析，隧道内依靠非机械通风（自然风及隧道活塞风）不能够满足《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ 026.1-1999）标准的要求。目前，南京长江隧道配置有射流风机57台，单台功率30KW，轴流风机11台，单台功率分为200KW、250KW和75KW。其中射流风机采用软启动方式，轴流风机通过变频器分级控制转速。

1.2.2 通风系统节能措施

根据采用的设备类型，隧道通风可分为变频控制和动力可调控制。根据隧道通风采用的控制参数不同，又可分为直接控制法、间接控制法和混合型控制法。

目前，南京长江隧道通风系统当前均为人工控制，在隧道出口虽然设置有CO及VI检测装置，但未利用其对隧道通风系统进行自动控制。

通过对隧道内风机安装变频控制器可实现对通风系统的直接控制，通过分布在隧道内各点的CO检测仪和能见度检测仪直接检测行驶车辆在隧道内排放出的烟雾浓度和CO浓度值，给出控制信号，启动控制分布在隧道内各段的风机，供给新鲜空气量，达到稀释CO和烟雾浓度的目的，并将有害物质引出洞外，以达到隧道规范所要求的环境标准。

1.3 排水系统

1.3.1 排水系统现状

南京长江隧道排水系统配置有提升泵2台，废水泵6台，潜水泵6台，雨水泵7台。排水系统采用浮球开关分级控制方式，这种控制方式结构简单。但是，容易收外界环境影响，不能及时根据流量变化调节运行功率，存在“大马拉小车”的现象，安装变频器后水泵可以在节能工况下运行。

1.3.2 排水系统节能措施

变频调速技术通过降低频率，从而降低电机转速（即水泵转速），使水泵的扬程下降，流量减少。变频调速减小了阀门的节流损失，因而减小了电机功率损耗，是一种节能措施，但如果水泵的运行工况是稳定的（压力、流量稳定），变频调速方案就不可取。只有针对工况变化频繁或较频繁、压力和流量有富余量的水泵采用变频调速方案才是可取的。

叶轮是水泵的心脏，它决定了水泵的扬程、效率的绝大部分，不是工况与设计值差异极大的情况，泵体的影响总是较小的。对于在用水泵，结合其在用的流量、扬程及泵体，设计出可互换的高效率全三元叶轮，置换于原泵内，可以大大降低电力消耗。全三元技术与变频调速并不能互相取代。即使采用了变频调速，但是水泵效率低下的问题仍然存在。因此仍可使用全三元改造技术，提高水泵的效率。

2 节能效果分析

2.1 照明系统

通过更换LED灯具，以26W直管LED灯替换58W荧光灯。通用照明可节能55%。以日常开启2300支荧光灯.每天开启20小时计算，每年耗电量为97.4万KWh，电费以0.8元计算，年节约电费42.8万元。

通过加装照明节能柜，辅助照明可节能20%以上。以300盏250W钠灯，每天开启12小时计算，年耗电量为32.8万KWh，年节约电费5.2万元。

2.2 通风系统

通风系统是长江隧道的主要耗能系统，通过安装变频控制器实现隧道内通风系统的全自动控制。同时，变频技术的应用可以实现电机的软启动，延长电机寿命，减少设备维修维护成本以及人力成本，充分发挥CO及VI检测装置在通风系统中的作用。隧道内共有57台射流风机，功率为30千瓦，按每天开启20小时计算，平均负荷系数0.75，同期系数0.9计算，年耗电量为842万千瓦时。采用变频调节技术实现自动控制后，节能量约为15%左右，年节电126.39万千瓦时，电费以0.8元计算，年节约电费101万元。

2.3 排水系统

排水系统通过采用全三元流技术与变频调速技术，实现排水系统的自动控制，同时，通过对排水设备的运行参数进行监控，定期对运行工况进行节能分析挖掘节能潜力。通过采取以上节能措施，排水系统的节能效果可达到12%以上。

3 结语

本文针对南京长江隧道主要用能系统进行节能分析，提出LED照明、电子整流器、应用洞外亮度自动检测技术以及变频调节等技术，采取以上节能措施并在运营过程中加强能源管理，估计年节电140万千瓦时，按等价值折462吨标煤，可减少温室气体（CO2）排放1155吨。

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This article, based on the analysis of the current situations urvey of the lighting, ventilatio n, drainages ystem of the Nanjing Yangtze River Tunnel, puts forward energy-saving measur es like LED lighting, energy-savincg ontrol cabine t, frequency control to reduce energy consumption and greenhouse gas emissions.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.10.006