地铁隧道区间照明系统改造研究

刘明林

（南京地铁运营有限责任公司工程管理部，江苏 南京 210006）

0 引 言

根据照明功能，地铁区间照明一般可分为正常照明和应急照明两种。区间照明灯具一般每10 m一盏，按照正常照明与应急照明间隔布置[1]。区间正常照明电源引自区间照明配电箱，采用三相交错配电，保持三相平衡分布；区间应急照明电源引自EPS配电屏。区间照明配电箱、区间应急照明配电箱在区间内每200 m设置一面。所有照明电线、电缆应采用无卤、低烟、阻燃不低于B级阻燃的铜导线和铠装铜芯电缆，其中应急照明的配电线缆还应选用耐火铜芯线缆。地下区间照明配电箱的箱体材料采用聚碳酸酯，地面及高架站区间采用不锈钢材料，防护等级均为IP65。区间照明一方面为轨道、通信、信号、供电等专业在区间巡检、施工、故障抢修时提供照明，另一方面为列车司机提供行车照明，方便其观察轨行区情况，是行车安全的重要保障。但是，随着地铁里程数的不断增大，区间灯具的数量成倍增长，节能以及区间照明灯具的维护制约了其发展，特别是一些老的地铁线路。本文以南京地铁1号线为研究对象，开展隧道区间照明系统改造研究，为后期既有线路改造和新线建设积累经验。

1 隧道区间照明系统现状

南京地铁原1号线（包含现1号线红山动物园站至中华门站和10号线小行站至奥体中心站）地下区间照明的光源均为11 W节能灯，使用至今已超过10年，地下区间能见度已经很低。经现场测试，地下区轨平面照度只有2.5 lx，而按照“GB/T16275-2008城市轨道交通照明”标准的有关照度规定，隧道区间轨平面照度应不低于5 lx，平均照度应不低于10 lx[2]。可见，当前状况已影响行车安全和区间作业。造成这一影响的原因主要涉及两个方面[3-5]：一方面该光源寿命短、照度低，照明效果较差；另一方面，地铁隧道区间环境恶劣，湿度大、震动强、扬尘大、隧道活塞风强等，导致灯具发生故障或灯具表面积尘过厚。同时，南京地铁现已是10线齐发，运行里程达到了378 km，未来5年将实现运行里程600 km的目标，已实现网络化运行，大大缩短了行车间隔时间，运行时间进一步延长，可供区间作业的时间进一步缩短。因此，公司每年需要耗费大量的人力、备件、时间和轨行区资源维修区间灯具，而且现有光源也不符合当前国家推广的绿色节能发展目标。

2 区间照明系统改造实施方案

2.1 改造方案

针对南京地铁1号线目前隧道区间照明的现状，在保证区间照度符合规范要求、照度均匀的基础上，确定采用光源功率为9 W、灯管长度600 mm的LED光源隧道灯具替换现有1号线红山动物园站至中华门站、小行站至奥体中心站地下区间11 W节能灯具，并更换破损和老化线缆，保证线路正常，同时对线管松动的部分加装管卡加固。经现场勘测和计量，本项目须改造的灯具数量约为4 000盏。

2.2 材料要求

根据地铁隧道区间的环境状况、“GB/T16275-2008 城市轨道交通照明”[2]以及“GB 50157-2013 地铁设计规范”[1]等标准的规定，LED光源隧道灯具应满以下技术要求。

2.2.1 LED光源技术要求

（1）光源器件：建议选用高品质硅胶封装3528TOP贴片型器件，LED应无铅、符合RoHS标准；

（2）LED光源寿命应大于5万小时，5万小时后提供平均70%的流明维持率；

（3）芯片功率：每个芯片的输入功率小于0.5 W；

（4）色温：4 000～5 000 K；

（5）显色指数：＞80；

（6）维护系数不小于0.7。

经调研，目前市场重点光源品牌有NICHIA（日本日亚化学）、CREE（美国科锐）、OSRAM（德国欧司朗）、台湾晶元光电以及韩国首尔半导体等。

2.2.2 驱动电路

（1）所有LED照明装置的驱动电源应采用开关型电源。开关型电源应适合220 V（±10%）/50 Hz交流电源，输出直流电压与LED负载相匹配，并为LED提供恒定的直流电流驱动；

（2）功率因数大于0.9，谐波电流符合GB17625-2003电气谐波电流发射限值标准；

（3）电源转换效率≥90%；

（4）提供完善的保护，如输入电压不足、过电压保护、输出开路与短路保护等。

2.2.3 LED光源隧道灯具技术要求

对于区间灯具安装环境，需满足以下要求[6]：（1）环境温度：-10～+50 ℃；（2）相对湿度：25 ℃时相对湿度超过95%；（3）通风方式：活塞通风；（4）污染等级：3级，并考虑金属粉尘污染；（5）电磁辐射：考虑电磁辐射。

对于区间照明灯具的技术要求如下：（1）额定电压和频率：AC 220 V和50 Hz，电压范围AC 85～260 V；（2）电源变换器：功率因数≥0.9，平均寿命≥30 000 h;（3）散热筋：采用铝型材；（4）透明件：PC材料（雾化）聚碳酸酯或钢化玻璃；（5）灯管发光角度：180°；（6）灯具应具有防水、防尘、防腐以及防震的特点，且噪音低、损耗低；（7）灯具壳体采用防腐铝合金型材制造，灯具为密封型，其外壳防护等级达到IP65，且应方便调整照射角度，发光角度不小于120°；（8）灯具密封件使用具有弹性好、抗老化性好、寿命长等特点的硅橡胶材料；（9）照明器具应选用宽配光曲线，增加配光曲线的角度，适合地下区间隧道照明环境。灯具均采用防眩光设计，并应当具有遮光性能，避免产生眩光。应采用模块化设计，便于维护，并可在不借助工具情况下更换灯具损坏的配件。灯具的外形尺寸应满足区间限界要求，照明器具不能侵入限界。同时，光源、电源变换器等可带电方便拆卸、更换（见图1），具备灵活的可维修性。需要注意，灯具质量不超过6 kg。

图1 光源模组和驱动器更换

2.3 施工要求

2.3.1 施工准备

施工前须充分考虑地铁隧道区间施工的特点，若轨行区施工时间短，气候潮湿，需要登高作业。材料的运输、接触网停电请销点、施工时各专业的相互干扰等，应编制切实可行的施工组织方案。开工前组织地铁公司实施单位、监理单位、施工单位进行现场勘测，并进行技术交底。同时，施工单位应根据合同要求做好施工组织工作，签订安保协议，办理开工报审手续。

2.3.2 施工流程

施工前照度测量→灯具安装位置确认→旧灯具拆除→新灯具安装→根据需要电线穿管敷设固定→灯具接线→调试→自检→竣工验收（含全线照度测量）[7]。

2.3.3 灯具安装要求

（1）灯具的型号、规格及安装形式、高度应符合设计要求；安装要牢靠，能承受地下车站活塞风压±600 N/m2（每年不少于50万次）而不发生脱落；考虑到隧道结构渗水，隧道所有区间灯具应采用不锈钢支架支撑安装，支架采用不锈钢膨胀螺栓固定，建议采用50 mm螺栓。

（2）灯具外壳须设有专用保护接地端子，且保护接地端子的标志清楚显示、永久识别。外部带电端子与壳体之间的绝缘电阻不小于20 MΩ。

（3）保护接地端子设置在容易接近之处，当罩壳或任何其他可拆卸的部件移去时，其位置能保证电路与接地极或保护导体之间的连接。

2.4 施工过程控制

项目实施地点在轨行区，因此必须在运营结束后开始。实施过程中会涉及轨行区请销点和接触网停电。由于轨行区资源有限，为了合理有效利用轨行区资源，施工单位根据地铁实际情况，需制定合理的施工进度。为了保证工程的工期、控制施工进度、把控材料质量和施工质量以及现场的安全文明施工，需规范工程施工。可以引入监理单位，定期召开现场施工会议，施工协调例会；跟踪施工进度，做好材料进场报验，并定期组织地铁公司实施单位、监理单位、施工单位等相关单位进行现场安全文明检查。对重要的施工节点、工序以及隐蔽工程，监理单位应有检查和旁站制度，并及时组织隐蔽工程验收。对现场发现的质量、安全文明施工问题，及时出具问题整改通知等。工程安装完毕后，施工单位应先组织人员进行自检，再由监理单位、地铁公司实施单位、施工单位组织初验。初验合格的基础上才组织相关单位进行最终验收，并召开竣工验收会。

3 区间照明系统改造后的效果

3.1 效益分析

（1）原11 W光源改为9 W光源后，照明效果明显改善。如图2所示，经现场测试，改造后隧道区间轨平面照度达到10 lx，平均照度达到15 lx，完全满足设计标准要求和实际生产需要，能确保行车安全，并保障区间作业的顺利进行。

图2 改造后现场效果图

（2）项目共更换LED灯具4 000套，每年节约电能约70 000 kW·h，按0.85元/kW·h的 电费单价计算，每年可节约近5.95万元。采用LED光源隧道灯具，有效控制了灯具的损坏率，大幅减少了维修工作量，并降低了人工成本。以前每年至少全线更换1次节能灯，按一个灯泡14.5元计算，每年需要消耗材料费用需要11.6万元。按照新装LED质保5年计算，可以节约材料费用29万元。综上所述，按照质保期5年计算，不计算人工成本的情况下，可以节约58.75万元。

4 结 论

对南京地铁1号线隧道区间照明系统改造，隧道区间照明效果改善明显，并实现了电能节约，同时有效控制了区间灯具损坏率，大幅减少了区间照明维修工作量，节约了轨行区资源，充分保障了行车安全和轨行区区间作业，确保了南京地铁的网络化运营安全，为列车提速奠定了良好基础，响应了国家大力建设节能社会的主旋律，符合国家政策，可为既有线路区间灯具的全面改造和新线建设提供参考。