隧道照明及供配电系统设备维护手册.docx

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隧道照明及供配电系统设备维护手册

目录1

概述2

概述

隧道照明及供配电系统是交通机电系统的重要内容之一。

本次照明及供配电系统的建设和经管体现了“技术先进，经济合理，节省能源，维修方便”以及“先进性与实用性相结合，安全性和可靠性相结合，规范化和统一化相结合，开放性和扩充性相结合”的原则，对高速公路交通安全畅通起着重要作用，并最大限度地满足高速公路交通机电系统功能上的需要，如改善夜间行车环境，减少交通事故的发生，为道路使用者提供良好的服务，创建优美的环境。

金丽温高速公路永嘉鹿城段机电工程的隧道照明及供配电系统，主要有：

供配电设施、路灯、高压纳灯、配电箱的制造、安装、电源引接，系统控制、防雷、系统接地，系统调试和管线的准备以及埋设等。

金丽温高速公路永嘉鹿城段隧道机电工程包括四条隧道：

洋湾隧道、上村隧道、红枫隧道和木西岙隧道。

一、照明

（1）洋湾隧道

Ø洞外照明丽水端路灯8套，温州端中杆灯1套

Ø洞内照明隧道灯140套（其中250W88套、100W26套、100W+23W26套）

（2）上村隧道

Ø洞外照明丽水端路灯8套，温州端路灯8套

Ø洞内照明隧道灯232套（其中250W136套、100W48套、100W+23W48套）

（3）红枫隧道

Ø洞外照明温州端路灯8套

Ø洞内照明隧道灯184套（其中250W128套、100W36套、100W+23W36套）

（4）木西岙隧道

Ø洞外照明丽水端路灯8套，温州端中杆灯1套

Ø洞内照明隧道灯280套（其中250W128套、100W76套、100W+23W76套）

●洞外照明

路灯设置在隧道洞口护栏外两侧，两套路灯之间距离为25M，中杆灯设置在距离隧道口约20M的中间绿化带，每套中杆灯有4套250W的灯头。

1）灯杆和支架的指标要求：

Ø路灯高10m，中杆灯高12m；臂厚4mm，经热镀锌后喷塑处理，镀锌设计寿命为30年。

Ø灯杆及活动支架均为热浸镀锌钢材制成，每根灯杆均带有一个基底法兰盘，通过地脚螺栓安装在基础上。

Ø灯具、悬臂和其他部分能抗32m/s风速的风力。

Ø每根灯杆均设有防风雨维修门，门内设电气接线维修盒，盒体良好接地。

维修门设置在路外侧

Ø安装完毕后，每根灯杆均做接地处理；且灯杆50cm高处安装铭牌。

2）灯具：

Ø灯具采用铝压铸，外表喷塑处理，防护等级为IP65。

光源电器采用上海飞利浦牌250W钠灯，功率因数COSφ≥0.8，灯泡设计寿命为24000小时。

3）路灯维修步骤：

否

是

否

是

否

是

●洞内照明

隧道灯安装在隧道内两侧上端，采用灯具连接杆、底座支架支撑，间距按设计要求。

每侧有两个回路，分别为加强灯与基本灯；电源线采用5根ZRBV6mm2，在接线盒内接线，电线穿两根Φ50玻璃钢管明敷，玻璃钢管由管扣卡牢。

如图：

1）隧道照明基本灯：

功率：

100W与100W+23W防护等级：

IP65级；

外壳耐腐蚀等级：

Ⅱ类（GB70002），外壳为铝合金；

防触电保护类型：

Ⅰ类；

配光特性：

A型，对称宽光带配光（点光源配光式），适用于隧道洞内基本段。

灯具安装支架具备在-45°～+45°范围内调节灯具投光特性。

更换灯管方便：

能不用工具，方便快捷地更换灯管。

衬砌照明均匀度（UO,UC）、失能眩光TI符合CIE规范要求:

UO≥0.4，UC≥0.6，TI≤15%。

灯具特点：

全密封设计，外壳采用优质铝合金和抗冲击耐高温钢化玻璃罩,反光器用高纯度铝板制成，并经特殊的防眩光表面处理，灯座部位经抗震设计，能抵抗隧道营运中的高频振动。

灯具光源100W采用高压钠灯，具有透烟雾性能好，寿命长，高效节能等特点。

配以低损耗镇流器，内设电容器补偿，使功率因数达0.9，并增加输出功率配用触发器，短暂停电后可在60秒内恢复启动；100W+23W为双光源隧道灯，其中光源23W采用荧光灯，做为应急照明。

如下图：

2）隧道照明加强灯：

光源：

250W高压钠灯；防护等级：

IP65；

环境温度：

-10℃～+45℃；功率因数：

0.85；

配光特性：

SS型，非对称型配光，适用于隧道洞洞口加强段。

灯具特点：

全密封设计，具有压铸铝侧板及顶盖与挤压铝材结合成密封性好的喷塑壳体，柔和的几何线条和真正流线型外观；造型美观、安装方便、设计合理，环境适应性强。

具有极佳的综合光照效果，适用于公路、地铁、人行道等各种特殊环境的隧道照明。

灯具光源采用高压钠灯，具有透烟雾性能好，寿命长，高效节能等特点。

配以低损耗镇流器，内设电容器补偿，使功率因数达0.85。

3）投光灯技术性能：

防护等级为IP65级；光源为高压钠灯400W。

投光角度可调；

木西岙隧道存在一定的弯度，为便于车辆驶入隧道内就能看清楚隧道的轮廓，减少眩光和黑洞效应，确保行车安全；木西岙隧道左右洞各增加2套投光灯，安装在电缆沟同侧于进洞口15和65M处，离电缆沟盖板垂直距离2.5M，投光方向与行车方向一致。

投光灯电源线采用VV2×6mm2电缆，在箱式变电站内控制。

4）隧道灯维修步骤：

否

是

否

是

否

是

好

坏

二、电力电缆线路

●总述

电力线路是高速公路供电系统的重要组成部分，担负着输送电能和分配电能的重要任务。

金丽温高速公路永鹿段隧道机电工程主要采用以下型号的电缆、电线：

⏹电力电缆：

VV22-4×50mm2、ZRVV-4×10mm2、VV-2×6mm2、

⏹照明电线：

ZRBV6mm2、BV2.5mm2；

电缆敷设由洋湾隧道、上村隧道、红枫隧道及木西岙隧道组成，所有照明与供电电缆均由箱式变电站的低压配电柜引出。

箱式变电站给隧道洞内照明配电箱供电采用ZRVV4×10mm2阻燃电缆，从箱式变电站到隧道洞口电缆在Φ80的镀锌钢管内敷设，进隧道后在电缆沟内敷设；隧道内照明灯具电源从隧道洞内照明配电箱引出，采用ZRBV6mm2阻燃电线，在隧道两侧壁上的Φ50的玻璃钢管内敷设；洞外照明路灯、中杆灯电源由箱式变电站的低压配电柜引出，采用ZRVV4×10mm2阻燃电缆，在Φ50的镀锌钢管内敷设；备用电源柴油发电机输出端至箱式变电站低压柜采用VV224×50mm2电缆在Φ80的镀锌钢管内敷设；柴油发电机房内照明用BV2.5mm2电线在阻燃PVC内敷设。

因此，各隧道在改造电缆线路或绿化的时候，需了解隧道外照明及供配电系统的电缆敷设路由图（见各隧道附图），在施工的过程中，若发现所挖掘的土壤下面钢管时，应停止挖掘，以免损坏地下的电缆。

附图：

洋湾隧道：

上村隧道：

红枫隧道：

木西岙隧道：

三、供配电

1、负荷简况：

金丽温永嘉鹿城段共有4座隧道，隧道供电范围均为隧道洞内照明及洞外引线段照明。

各隧道均在隧道洞口端设一个10/0.4KV变电所，变电所采用箱式变电站。

2、电源：

本工程各隧道分别单独进线，二级负荷。

采用1路10KV高速公路专用线作为主电源。

增加相应容量的柴油发电机组作为备用电源。

3、箱式变电站置于隧道洞口（其中洋湾隧道、木西岙隧道设在丽水端左侧，红枫隧道设在丽水端右侧，上村隧道设在温州端左侧）；箱式变电站低压配电各回路有三种控制方式：

本地手动控制、本地PLC时序控制及远程软件控制。

4、箱式变电站负荷容量选择：

根据实际情况：

洋湾隧道与红枫隧道选择容量50KVA的变压器，上村隧道与木西岙隧道选择80KVA的变压器。

箱式变电站技术数据及性能描述

☞概述:

YB系列交流箱型变电站是将高压电器设备、变压器、低压电器设备等组合成紧凑型成套配电装置，具有成套性强、体积小、结构紧凑、运行安全可靠、维护方便以及可移动等特点。

YB系列箱式变电站符合SD320-1992《箱式变电站技术条件》和GB/T17467-1997《高压/低压预装式变电站》的规范。

☞工作环境条件:

Ø海拔高度不超过2000m；

Ø环境温度:

-25℃~40℃，24小时周期内平均温度不超过+35℃；

Ø户外风速不超过35m/s，空气相对湿度不超过90%（25℃状态时）；

Ø地震水平加速度不大于0.4m/s²，垂直加速度不大于0.2m/s²；

Ø无火灾、爆炸危险、严重污秽、化学腐蚀及剧烈振动的场所。

☞主要技术参数:

序号

工程

单位

高压电器

变压器

低压电器

1

额定电压Ue

kV

7.2、12

6/0.4、10/0.4

0.4

2

额定容量Se

kVA

目型:

220～1250

品型:

50～400

3

额定电流Ie

A

200～630

100～3000

4

额定开断电流

A

负荷开关400～630A

15～63

kA

组合电器取决于熔断器

5

额定短时耐受电流

kAxs

20×2

200～400kvA

15×1

12.5×4

400kvA

30×1

6

额定峰值耐受电流

kA

31.5、50

200～400kvA

30

400kvA

63

7

额定关合电流

kA

31.5、50

8

工频耐受电压1min

kA

相对地及相间42、30

油漆:

35/5min

≤300V时2kV

隔离断口48、34

干式:

28/5min

300、600时2.5kV

9

雷电冲击

kV

相对地及相间75、60

75

隔离断口85、75

10

噪声水平

dB

油漆:

<55

干式:

<65

11

防护等级

IP33

IP23

IP33

12

外形尺寸

根据所选变压器容量和形式，选定不同的外形尺寸。

备用电源

1）柴油发电机组

防止在主电源（即市电）出现故障时，能够保证隧道内部分照明用电的正常工作，安装柴油发电机组作为备用电源，容量为主电源的一半左右。

在箱式变电站内增加双电源转换开关，主电源和备用电源通过转换开关实现电气联锁。

柴油发电机具有自启动、停车功能。

当市网停电时，发电机立即自动启动；市网来电时，发电机自动停车。

可以通过发电机监控屏和电力监控网络实现远程遥控发电机的运行状态，实时监视发电机的输出电压、工作电流等参数。

柴油发电机的功率依据隧道内备用电源的容量进行计算分别为：

洋湾隧道24KW、上村隧道35KW、红枫隧道24KW、木西岙隧道35KW。

柴油发动机组采用英国威尔信产品，对应型号为P30E与P44E1；

型号P30E与P44E1，适用备用功率，此功率可作为应急电源，对非恒定负载提供连续电力供应。

依照ISO8528-3规范，此型号机组的发电机已被调至最高许用功率，因而不允许过载运行。

1.1柴油发电机组详细技术参数：

技术参数

机组型号

发电机组数据

技术参数

机组型号

柴油机数据

P30E

P44E1

P30E

P44E1

发电机型号

LL1014Q

LL2014B

柴油机型号

Perkins3.1524

Perkins1004G

备用视在功率输出

30KVA

44KVA

最大输出功率

28.6KW

46KW

备用有功功率输出

24KW

35KW

缸数及排列方式

3缸直列

4缸直列

持续有功功率输出

22KW

32KW

缸径

91.4mm

100mm

转速

1500转/分

行程

127mm

127mm

油箱容量

145公升

176公升

容积（排量）

2.5升

3.99升

备用功率满载时耗油量（35KW）

8.3公升/小时

13.1公升/小时

排风量

72立方M/分

160立方M/分

持续功率满载时耗油量（32KW）

7.6公升/小时

11.9公升/小时

燃气量

1.61立方M/分

2.47立方M/分

机组总长

1770mm

2149mm

排烟量

4.8立方M/分

7.4立方M/分

宽度

710mm

710mm

排烟温度

650OC

590OC

高度

1354mm

1341mm

进气方式

自然进气

净重

668kg

800kg

冷却方式

自带风扇水箱闭式水循环冷却

噪声

小于等于92分贝

启动方式

12V蓄电池启动

产地与生产商

英国威尔信

机油总容量

6.2升

8.1升

冷却水总容量

11.9升

18.6升

调速方式

机械调速（可以升级到电子调速）

喷油方式

机械喷油

机底油箱

储油量可供机组满负荷运行6小时

产地与生产商

英国伯琼斯-劳斯莱斯

2）控制屏

控制屏采用专门从事油机控制设计的TTI公司制造的MEC20。

MEC20是发动机控制产品中最先进微处理控制技术的结晶。

具有操作简便，保护可靠，油机状态精确显示，密码保护菜单，提供友好的人机操作界面，精确的电压、电流检测以及时间编程等功能，英文显示。

MEC20提供了一下先进功能：

✧多达32个报警/停机回路，利用模拟量和数字量的输入。

✧符合或超过CSAC282,NFPA110一级发电机组控制规范。

✧RS422远端通讯接口。

✧扩展输出模块通讯口，以满足各故障点的独立输出。

✧背光式液晶文字显示操作状态或程序。

✧数字显示油机三相电压、电流、频率和视在功率。

✧具有掉电自动保存控制逻辑和设定值。

✧可分级设置安全操作密码。

✧自诊断微处理器，I/O口和存储电路。

✧能直接接入发电机输出三相电压120Vac至600Vac。

✧具有超群的EMI/RFI噪声抑制能力和符合IEEEC62.41规范。

✧双处理器设计提供可靠高质量的速度信号检测和控制。

四、电力监控

1）电力监控网络构成图

采用两芯通讯光缆，光端机为节点式光端机。

木西岙隧道红枫隧道上村隧道洋湾隧道

2）本地控制器

隧道照明检测控制的目的是按照隧道照明控制系统设计，避免车辆驾驶员白天进入隧道和夜间离开隧道产生“黑洞效应”；避免车辆驾驶员白天离开隧道和夜间进入隧道产生“眩光效应”（或称“白洞效应”），让驾驶员轻松适应进出隧道的光照度变化，减少交通事故，同时考虑节约能源。

根据洋湾隧道、上村隧道、红枫隧道、木西岙隧道的具体特点，隧道照明控制设计了以下几种控制模式：

✧现场手动控制模式；

✧监控分中心手动控制模式；

✧时序控制（PLC自动控制）；

现场手动控制模式：

照明回路的控制由设置在箱式变压器低压柜上的操作按钮完成，PLC系统仅作照明状态（开关状态、手/自动状态）跟踪监视，此控制模式主要在设备调试和维修时使用；

中控手动控制：

在该控制方式下，操作人员能在监控中心对每一照明回路的进行开关控制和状态（开关状态、手/自动状态）监视。

时序控制：

在该控制方式下，系统根据操作人员在监控分中心设置的时间段（可调），自动开启相应的照明回路。

隧道照明控制软件是在SIEMENSSTEP7--Micro/WIN程序包环境下开发而成的，控制器选用德国SIEMENS公司的S7-200系列PLC。

S7-200通过PPI协议实现与计算机的通信，计算机作为主站，可以实现对PLC从站各寄存器的读/写操作。

--计算机通过COM口发送指令到PLC的PORT0（或PORT1）口，PLC通过接收指令，然后对指令进行译码，译码后调用相应的读/写子程序实现指令要求的操作，并返回指令执行的状态信息。

系统初始开关灯时序：

A段灯常开；

B段灯开灯时间6：

00关灯时间24：

00；

E段灯开灯时间7：

00关灯时间18：

00；

F段灯开灯时间8：

00关灯时间17：

00；

路灯开灯时间18：

00关灯时间6：

00。

I/O信号分配一览表（木西岙隧道）：

3）控制器的维护和故障诊断

为了保障系统的正常运行，定期对PLC系统进行检查和维护是必不可少的，而且还必须熟悉一般故障诊断和排除方法。

定期检查

PLC是一种工业控制设备，尽管在可靠性反面采取了很多措施，但工作环境对PLC影响还是很大的，所以，通常每隔半年时间应对PLC做定期检查。

如果PLC的工作条件不符合下表规定的规范，就要做一些应急处理，以便使PLC工作在规定的规范环境。

周期性检查一览表

检查项目

检查内容

标准

交流电源

（1）电压稳定度

（1）测量加在PLC上的电压是否为额定值

（2）电源电压是否出现频繁急剧的变化

（1）电源电压必须在工作电压范围内

（2）电源电压波动必须在允许范围内

环境条件

温度

湿度

振动

粉尘

温度和湿度等条件在相应的范围内吗？

-20℃～+60℃

相对湿度95%以下

振幅小于0.5mm（10～55HZ）

无大量灰尘，盐分和铁

安装条件

基本单元和扩展单元是否安装牢固

基本单元和扩展单元的连接电缆是否插好

接线螺钉是否有松动

外部接线是否有损坏

安装螺钉必须上紧

连接电缆不能有松动

接线螺钉不能有松动

外部接线不能有任何外观异常

使用寿命

（1）锂电池电压是否下降

（2）继电器输出型的触点

（1）工作寿命3-5年

（2）寿命300万次（35VA以下）

日常维护

PLC除了锂电池和继电器输出型触点外，基本上没有其它易损元器件。

由于存放用户程序的随机存储器（RAM），计数器和具有保持功能的辅助继电器等均用锂电池保护，锂电池的寿命大约为5年，当锂电池的电压逐渐降低到一定限度时PLC基本单元上的电压跌落指示灯亮。

这就提示用户注意，由锂电池所支持的程序还可保留一周左右，必须更换锂电池，这是日常维护的重要内容。

调换锂电池的步骤：

1）在拆装前，应先让PLC通电15S以上（这样可以可使作为存储器备用电源的电容充电，在锂电池断开后，该电容可对PLC做短暂供电，以保护RAM中的信息不丢失）；

2）断开PLC的交流电源；

3）打开基本单元的电池盖板；

4）从电池支架上取下旧电池，装上新电池；

5）盖上电池盖板；

从取下旧电池到换换上新电池的时间要尽量短，一般不允许超过3Min，如果时间过长，RAM中的程序将消失。

故障查找

PLC有很强的自诊断能力，无论是自身故障还是外围设备故障，都可用PLC上具有诊断指示功能的二极管的亮灭诊断。

当PLC的工作发生异常情况时，必须要找到故障发生的部位，检查故障是否会再发生，判断故障是否可能由其它设备引起的，分析它们相互之间的关系。

这样才能有的放矢地最后把故障排除。

毫无疑问，故障查找是一件较麻烦而复杂的工作。

下面根据PLC的基本结构和工作原理，用通俗易懂的流程图形式，给读者提供PLC各种不同故障的基本思路和方法。

一般可以按照下列流程进行检查。

i.总体检查

根据总体检查流程图找出故障点的大方向，逐步细化，以找出具体的故障，如图10-12所示：

ii.电源故障检查

假如在总体检查中发现电源指示灯不亮，就需要对供电系统进行检查。

检查流程图如图10-13所示：

iii.运行故障检查

确认电源供电正常后，给主机通电，然后检查各状态指示灯情况，风扇运行情况。

当“运行中”指示灯不亮，说明系统已因某种异常而中止了正常运行。

图10-14所示是指在系统供电正常条件下，运行故障的检查流程。

iv.输入输出故障检查

输入输出是PLC与外部设备进行信息交流的渠道，是否正常工作，除了和输入输出单元有关外，还与连接配线，接线端子，保险管一类元件的状态有关。

图10-15和10-16分别示出输入和输出故障检查流程图。

v.外部环境检查

影响PLC工作的环境因素主要是温度、噪音与粉尘、个别环境还存在腐蚀性如酸、碱等。

环境因素对PLC机工作的影响是各自独立的，因此，检查流程关系不密切。

参考性的外部环境检查流程图，如图10-17所示。

故障处理

PLC系统在调试，运行中以方便可靠为其最大优点，故障很少。

下面对SIEMENSS7-200PLC分别列出一些故障及处理方法，见表10-3、表10-4和表10-5。

表10-3CPU装置、I/O扩展装置故障处理

序号

异常现象

可能原因

处理

1

[POWER]灯不亮

（1）电压切换端子设定不良

正确设定电压切换端子

（2）保险熔断

更换保险管

2

[RUN]LED灯不亮

（1）程序错误（无END命令）

修改程序

（2）电源线路不良

更换CPU单元

（3）高机能I/O单元的机号码重复

修改高机能I/O从站电源，设定终端站

（4）远程I/O从站的电源OFF、无终端站

接通远程I/O从站电源，设定终端站

3

[运转中输出]端没闭合（[POWER]灯亮）

电源回路不良

更换CPU单元

4

某一编号以后的继电器不动作

I/O总线不良

更换基板单元

5

特定的继电器编号的输出（入）接通

I/O总线不良

更换基板单元

6

特定单元的所有继电器不接通

I/O总线不良

更换基板单元

表10-4输入单元故障处理

序号

异常现象

可能原因

处理

1

输入全部不接通（动作指示灯也灭）

（1）未加外部输入电源

供电

（2）外部输入电压低

加额定电源电压

（3）端子螺钉松动

拧紧

（4）端子板连接器接触不良

把端子板补充插入、锁紧。

更换端子板连接器

2

输入全部断开（动作指示灯也灭）

输入回路不良

更换单元

3

输入全部不关断

输入回路不良

更换单元

4

特定继电器编号的输入不接通

（1）输入器件不良

更换输入器件

（2）输入配线断线

检查输入配线

（3）端子螺钉松弛

拧紧

（4）端子板连接器接触不良

把端子板充分插入、锁紧。

更换端子板连接器

（5）外部输入接通时间短

调整输入器件

（6）输入回路不良

更换单元

（7）程序的OUT指令中用了输入继电器编号

修改程序

5

输入不规则地ON/OFF动作

（1）外部输入电压低

使外部输入电压在额定值范围

（2）噪音引起的误动作

抗噪音措施

I.安装绝缘变压器

II.安装尖峰抑制器

III.用屏蔽线配线等

（3）端子螺钉松动

拧紧

（4）端子连接器接触不良

把端子板充分插入、锁紧。

更换端子板连接器

6

异常动作的继电器编号为8点单位

（1）COM端螺钉松动

拧紧

（2）端子板连接器不良

端子板充分插入、锁紧，更换端子板连接器

（3）CPU不良

更换CPU单元

7

输入动作指示灯（动作正常）

LED坏

更换单元

表10-5输出单元故障处理

序号

异常现象

可能原因

处理

1

输出全部不连接

（1）未加负载电源

加电源

（2）负载电源电压低

使电源电压为额定值

（3）端子螺钉松动

拧紧

（4）端子板连接器接触不良

端子板充分插入、锁紧更换端子板连接器

（5）保险管熔断

更换保险管

（6）I/O总线接触不良

更换单元

（7）输出回路不良

更换单元

2

输出全部不关断

输出回路不良

更换单元

3

特定继电器编号的输出不接通（动作指示灯灭）

（1）输出接通时间短

修改程序

（2）程序中指令的继电器编号重复

修改程序

（3）输出回路不良

更换单元

4

特定继电器编号的输出不接通（动作指示灯亮）

（1）输出器件不良

更换输出器件

（2）输出配线断线

检查输出线

（3）端子螺钉松动

拧紧

（4）端子连接器接触不良

端子板充分插入、锁紧。

更换端子板连接器

（5）输出继电器不良