高速公路机电系统.docx
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高速公路机电系统
高速公路机电系统
高速公路机电系统主要包括：
通信系统、监控系统、收费系统、供配电系统、照明系统、通风系统等。
一、通信系统
高速公路通信系统主要为高速公路语音、数据、视频等业务提供传输通道，一般包括以下子系统：
光纤数字传输系统：
为高速公路沿线设施之间的话务通信以及监控、收费系统的数据、图像等非话业务提供传输通道，并为全省及省际干线组网提供传输通道。
光纤数字传输系统目前普遍采用新一代SDH系统MSTP（多业务传送平台）传输系统和综合业务接入网相结合的方案。
主要接口为以太网接口、音频接口、和低速数据接口。
数字程控交换系统：
为高速公路沿线管理部门之间提供业务电话、指令电话和传真，同时也可实现高速公路电话专网与电信公网的互联。
交换设备一般设在分中心或管理处，各收费站、服务区、养护工区等通过综合接入设备与分中心交换机连接。
视频会议系统：
省交通厅设主会场，分中心或管理处设分会场，各会议室设会议终端设备，由视频会议控制单元（MCU）设备、视频会议终端设备（终端设备、摄像机、麦克风、显示设备）、管理服务器及管理软件构成。
光电缆系统：
光缆主要用于通信传输、视频监控传输等，电缆主要用于收费站、服务区语音业务。
通信电源系统：
一般由交流配电设备、高频开关电源、UPS等设备构成。
二、监控系统
高速公路监控系统主要为高速公路的运行、道路安全等提供监视与控制管理功能，指导车辆通行，根据道路状况，制订科学合理的通行方案，确保高速公路的安全运行。
其系统构成由省监控中心、监控分中心、监控所及外场设备构成。
监控中心及监控分中心设备：
包括闭路电视监视设备、液晶屏拼接系统、综合控制台、紧急电话隧道广播控制台、计算机系统硬件及软件的开发和实现等。
监控所设备：
包括闭路电视监视设备、综合控制台、紧急电话隧道广播控制台、计算机系统硬件及软件的开发和实现等。
外场设备，分为主线设备和隧道设备两部分：
主线设备包括车辆检测器（分别采用线圈、视频、微波类型检测器）、能见度及路面状态检测器、遥控摄像机、F型可变情报板、门架式情报板；隧道设备包括检测器、遥控摄像机、固定摄像机、小型可变情报板、交通信号灯、车道指示器、横洞指示标志、火灾报警设备、一氧化碳/能见度检测器、风速风向检测器、亮度检测器、本地控制器等。
监控系统主要包括以下子系统：
交通监控子系统、闭路电视监视子系统、隧道通风控制子系统、隧道照明控制子系统、消防监测子系统、火灾自动报警子系统、电力监控子系统、紧急电话子系统、业务电话子系统、有线广播子系统。
交通监控子系统：
包括交通检测和交通信号控制2部分组成。
交通检测通过各类检测器检测交通量、平均车速、占有率、车头时距等交通参数，道路及隧道环境参数等，并在发生异常时及时控制和疏导交通，保障行车安全和交通畅通。
交通信号控制主要是用于协助疏导交通、给司机提供信息，以保证道路畅通。
闭路电视监视子系统：
用以直观地、及时地观测隧道内外交通运行情况和事故现场，为救灾排险提供第一手信息。
在全线的互通、停车区、服务区、避险车道设置遥控摄像机，用于这些特殊路段的交通流、路况以及运行秩序的视频监视。
隧道通风控制子系统：
由于隧道内汽车排放的废气、行驶时带起路面上的烟气和粉尘不易扩散，对人体非常有害，也影响行车安全，因此隧道内保持良好的空气是行车安全的必要条件。
通风控制子系统通过隧道内一氧化碳浓度和能见度高低、风速风向、交通量数据对风机进行自动控制和实现节能。
通风控制分为自动控制和手动控制两种方式，手动控制方式优先。
系统中带有火灾发生后排烟控制方案提示，经人工修正后可以对风机实行控制，也可以进行人工控制。
通风控制子系统对通风的控制原则应遵照国家或国际有关标准和规定，保持隧道内环境指标在标准范围内。
系统应可反馈一氧化碳/能见度检测器、风速风向检测器、风机设备的工作状态。
隧道照明控制子系统：
由于隧道内、外的亮度差别较大，因此司机在进出隧道时会产生种种特殊的视觉问题，因此如何减少这种亮度差别带来的影响是隧道照明控制子系统的一个重要目标。
隧道照明有人工、自动（本地）、远程控制（人工/自动）三种方式，并应按睛天、阴天、黄昏、凌晨、夜间、深夜等不同情况照度分级进行控制，以减少“黑洞效应”并实现节能。
根据亮度检测器检测到的洞内外照度来控制隧道入口段、出口段及基本段的照明，以保证行车安全。
消防监测子系统：
消防监测子系统可对消防系统高低位水池的水位信号和消防泵启停信号进行远程检测并对消防泵启停进行远程控制。
火灾自动报警子系统：
火灾报警子系统用于隧道内发生火灾时，发出紧急信号，迅速通告监控分中心（所），请求灭火、救援等活动。
报警方式有：
手动报警按钮和火灾自动探测器两种。
设计对沿线的监控等级为B级以上的隧道设置火灾报警系统。
在隧道的变电所监控设备室内各设置火灾报警控制器和光栅信号处理器用于采集手动和自动报警信号，隧道内按每50米一套设置手动报警按钮，隧道全线顶部设置光纤光栅火灾自动探测器，在每个隧道变电所低压室设置1套手动报警按钮和感烟式火灾自动探测器。
电力监控子系统：
主要对供配电设备的运行状态进行监测和控制，一般由供配电系统负责。
紧急电话子系统：
为高速公路上驾驶员提供一个直接呼救求援的专用通信系统。
业务电话子系统：
一般由程控交换机的热线电话方式来实现。
有线广播子系统：
用于在发生紧急情况时，进行紧急情况的通知。
主要包括监控管理所紧急电话隧道广播控制台（与紧急电话子系统合设）、广播系统外场设备以及传输通道构成。
三、收费系统
高速公路收费管理体制一般采用三级管理模式，即：
即省收费结算中心－收费分中心－收费站。
收费系统需要满足以下要求：
通过现代化的监测、管理手段，确保收费系统准确、可靠，记录统计简捷、并能提高工效，防止可能来自各个方面的财务漏洞。
避免由于收费系统的建立，导致交通障碍以及造成不必要的交通延误。
根据车辆类型和行驶里程对使用该高速公路的所有车辆正确地判别与收费。
所有的收费登记全部入帐，所有的登记记录必须完整、准确。
所有的报表应准确、及时，满足收费和交通管理方面的要求。
所有免费车的收费处理单独记录。
系统具备高可靠性，具有防止人为（有意或无意）和自然事故损害系统的能力。
系统具备后备功能，局部故障不会影响其它部分的正常工作。
系统有严密的数据安全体系，保证收费数据传输、存储安全完整。
收费系统由车道收费控制子系统、计算机子系统、视音频监控子系统、内部对讲子系统、紧急报警子系统、光电缆工程及附属设施等构成。
车道收费控制子系统：
入口车道收费控制子系统包括收费员终端、车道控制机、非接触IC卡读写器、雨棚信号灯、自动发卡机、手动栏杆、自动栏杆、通行信号灯、雾灯、车辆检测器、车牌识别仪及必须的附属设备等；
出口车道收费控制子系统包括收费员终端、车道控制机、票据打印机、非接触IC卡读写器、雨棚信号灯、手动栏杆、自动栏杆、通行信号灯、雾灯、费额显示器、车辆检测器、车牌识别仪、低速计重设备及必须的附属设备等。
ETC车道设备包括车道控制机，收费终端，声光报警器，费额显示器，微波链路，路测读写控制器（RSU），0BU，自动栏杆机，雨棚信号灯，雾灯，通行信号灯，车道摄像机，视频数据叠加器，光端机等。
计算机子系统：
计算机硬件设备包括收费站和收费分中心计算机系统的服务器、工作站、以太网交换机、各类非接触IC卡、非接触式IC卡读写器、激光打印机、DVD刻录机等。
收费系统软件包括操作系统、数据库管理系统、收费应用软件以及完成系统功能的全部应用软件等。
视音频监控子系统：
包括外场设备、收费监视控制设备和传输设备三部分。
外场设备主要有广场摄像机、车道摄像机、收费亭摄像机、票管室摄像机、视频数据叠加器等；
收费站监视控制存储设备主要包括视音频矩阵、硬盘录像机等；
传输设备主要有光端机。
内部对讲子系统：
包括主机和分机，主机设在收费站机房内，分机设在收费亭内，该系统为收费站值班员与收费员提供直接的语音通信。
紧急报警子系统：
紧急报警子系统由安装在收费亭内的紧急报警按纽和置于收费站控制室内的紧急报警主机等构成。
紧急报警按纽闭合，产生电平报警信号。
该信号输入至报警控制主机，报警控制主机控制警铃报警，并且将报警信号同时传至视音频矩阵中，通过视音频矩阵的相关设置产生报警系统与闭路电视监视系统之间的联动。
四、供配电系统
高速公路供配电系统为高速公路的运行管理提供可靠稳定的电源，一般由地方供电部门为高速公路提供10kv电源到高速公路的变配电所，高速公路沿线一般在收费站、服务区、隧道等需要电源的处所设置变电所或箱式变电站。
供配电系统主要由高压配电柜、变压器、低压配电柜、EPS、UPS、交流稳压器、低压配电箱、高低压电力电缆及电力监控系统设备构成。
高压配电柜：
也称高压开关柜，高速公路高压配电系统一般为10kv系统，主要由进线柜、出线柜、计量柜、测量柜组成。
如果为双进线还需设置联络柜。
常用的高压配电柜有中置柜和环网柜。
变压器：
高速公路供配电系统变压器将10kv电压变换为380V电压，一般采用干式变压器，采用风冷方式。
长大隧道内一般采用地埋式变压器。
低压配电压柜：
也称低压开关柜，一般由进线柜、联络柜、出线柜、补偿柜组成。
常用的低压开关有抽出式（GCS），固定式（GGD）。
EPS和UPS：
EPS和UPS均为应急电源，即当电源中断后，继续提供一定时间的可靠稳定电源，保证设备继续工作，EPS一般是采用后备方式，当市电正常时，EPS不工作，通过旁路开关直接供电，当市电中断时，由逆变器供电，高速公路上常用于应急照明及消防设备的供电。
UPS一般采用在线方式，常用于计算机系统的供电。
交流稳压器：
给对交流电源有较高要求的机电设备提供稳定电源，常采用参数稳压器。
低压配电箱：
用于低压终端设备配电，常用于室内设备配电、广场及隧道照明设备配电、收费站设备配电等。
供配电电缆：
供配电电缆的选用原则一般如下：
1．隧道风机用动力电缆（变电所或隧道通风埋地变至风机控制箱）、隧道照明（变电所至照明配电箱）、隧道检修插座电缆（变电所或隧道通风埋地变至各插座）均采用ZR-YJV－1kV电力电缆（阻燃型交联聚乙烯绝缘电力电缆）；隧道应急照明电缆（变电所至照明配电箱）采用NH－YJV－1kV电力电缆（铜芯耐火聚乙烯绝缘聚氯乙稀护套电力电缆）；洞外引道照明、广场照明用电缆均采用YJV－1kV电力电缆（交联聚乙烯绝缘电力电缆），电缆的各种性能均满足有关的国家标准（GB12706）。
2．隧道照明配电电缆（照明配电箱至照明灯具间）采用ZR－YJV－1kV电力电缆（铜芯阻燃聚乙稀绝缘聚氯乙稀护套电力电缆），隧道应急照明、横洞照明电缆（照明配电箱至应急照明灯具）及避灾引导灯（应急照明配电箱至灯具）采用NH－YJV－1kV电力电缆（铜芯耐火聚乙稀绝缘聚氯乙稀护套电力电缆）。
电力监控系统：
电力监控系统为供配电系统提供监测和控制，由硬件和软价构成。
硬件设备主要有：
电力监控高压测控单元、电力监控低压测控单元、通信管理机、电力监控工作站、工业以太网交换机等。
电力监控系统利用成熟的计算机远程测控技术、通信网络技术和电力自动控制技术，实现隧道变电所、隧道埋地变等供电系统综合自动化监测与控制。
各变电所监控系统的信息通过高速光纤通信网进行传输，在监控所（中心）、收费站进行供电系统的远程监控和电力分配、维修调度。
综合电力监控系统通过高速公路电力监控自动化系统设于各节点的现场测控装置实时采集高速公路供配电系统中10kV变配电站/所的供电设备运行状态及对进线、高压环路等运行状态的监视；通过对故障动作信号的采集，加快对电网事故的反映和处理速度，缩短因故障所造成的停电时间；通过中心监控工作站还可以进行远程发布控制命令、远程遥控分合相应开关回路。
高速公路电力监控自动化系统的建立将充分保证高速公路营运的稳定、安全、高效、可靠运转。
电力监控子系统对变压器、高/低压线路的电力参数进行保护监测和控制，实现对其的遥测、遥控及遥信等功能，为一次设备提供安全状况、运行工况的在线监测；各种可控开关的“本地/远程”控制，各种运行数据的监测、统计和分析；实现远程负荷的切换、变配电设备的经济优化运行。
电力监控在监控分中心和隧道管理所设置电力监控工作站，对供配电设备进行集中管理和监控，实现沿线变电所无人值守。
在各变电所设备相对集中的地方设置电力监控子站，沿线各类供电设备监控数据通过现场总线传输至监控子站通信管理机，再统一上传至监控中心电力监控工作站。
传输介质采用光纤或屏蔽双绞线。
电力监控系统的主要功能有：
控制功能、在线统计计算、画面显示和打印、数据处理、统计报表、语音系统功能、供电网络的安全控制。
五、照明系统
照明系统一般分为广场照明、隧道引导照明、隧道照明。
广场照明：
用于收费广场、服务区，根据不同位置分别设置高、中、低杆灯，灯具一般采用高压钠灯。
隧道照明：
在白天，驾驶员进入隧道时会遇到如下视觉问题：
刚进入隧道由于白天隧道外的亮度相对于隧道内的高很多，如果隧道足够长，驾驶员看到的是黑乎乎的一个洞，这就是“黑洞”现象；如果隧道很短的话，在驾驶员面前就出一个“黑框”。
进入隧道后由明亮的外部进入一个较暗的隧道，视觉会有一定的适应时间，然后才能看清隧道内部的情况，这种现象称为“适应的滞后现象”。
隧道照明一般分为进口段、过渡段、基本段、出口段，各段照度设计根据人眼的适应性能，采用不同设计。
以下为宜巴高速公路的设计标准：
隧道段落
段长（m）
设计亮度（cd/m2）
野外亮度
3000
入口段
84
75
过渡段1
70
22.5
过渡段2
70
7.5
基本段
L
2
出口段
70
10
行人通道
25～40
2
行车通道
25～40
2
紧急停车带
40
7
洞外引道照明
130
1
注：
亮度的单位是坎德拉/平方米（cd/m2）
（1）隧道引入段、过渡段、出口段设置相应的加强照明和基本照明，采用了400W、250W、100W高压钠灯（50WLED灯）混合配光照明。
两侧交错布置，安装高度大于建筑限界高度，供电电源引自对应照明配电箱。
（2）隧道全线设置基本照明，设计采用100W高压钠灯（基本照明1/4灯具采用50WLED灯）沿隧道两侧布置，单侧间距14m，安装高度大于建筑限界高度；此照明方式除作为白天隧道基本照明外同时一半作为隧道夜间照明和应急照明。
供电电源引自对应照明配电箱。
应急照明电源引自UPS，备用时间为不小于60分钟，采用耐火电缆配电至应急照明。
紧急停车带照明灯具一半接应急照明回路，一半接基本照明回路。
（3）灯具安装位置在隧道建筑限界外，加强段隧道照明灯光轴正对道路中线两侧。
基本照明灯具光轴正对道路中线。
投光方向将根据具体灯具特点现场调整以达到最佳照明效果。
灯具安装附件随灯具统一提供。
灯具接线采用绕接方式。
（4）隧道行人（车）横洞按间距5米、埋地变洞室各4套分别设置防爆灯，其电源引自UPS，备用时间为不小于60分钟，采用耐火电缆配电至防爆灯具。
（5）隧道洞外引道照明：
在隧道洞外引道均布置10米高单臂钢杆路灯照明，灯间距30米左右，光源采用250W高压钠灯，电缆采用YJV电缆，电源引自变电所相应低压柜或洞内照明配电箱。
1、照明控制分级
（1）隧道照明按晴天、云天、阴天、夜间、深夜五级进行控制，控制回路组合满足系统图纸要求。
（2）当发生火灾时，照明将达到最大亮度。
2、照明自动控制
（1）时序控制：
根据当地季节、气候、日照等变化规律，在控制软件中设定按时序投入照明回路数及编号；并检测照明回路开关状态及现场开关状态将其反馈回值班室，在显示器上显示各照明回路的工作状态。
（2）自动检测控制：
该控制方式是利用设在洞口及隧道引入段的亮度检测器反馈的检测值，通过值班室内的管理计算机及PLC可编程控制器，确定所需投入的照明回路数，自动控制设在变电所（含隧道埋地变电所）内的照明供电低压柜。
并检测照明回路开关状态及现场开关状态将其反馈回值班室，在显示器上显示各照明回路的工作状态。
由于隧道地处山岭区，夏季洞外亮度变化较大且周期短，亮度检测器反馈采样数据将设定一个较适当的采样周期，以避免照明回路频繁切换，影响隧道行车安全及灯具等的寿命。
3、照明手动控制
根据现场天气变化情况，监控中心值班人员可通过计算机键盘对各照明回路进行控制操作。
分散控制时，由监控中心值班员经电话通知隧道变配电室值班人员操作控制。
引导照明：
引导照明设置在隧道两端，用于夜间照明，照明长度一般为130米左右，单侧设置5根左右的低杆灯，间距30米左右，灯具采用高压钠灯。
六、通风系统
高速公路隧道通风系统是降低隧道内的一氧化碳和烟尘浓度，确保车辆运行安全，通风系统还要保证在火灾工况下排烟。
其通风方式一般有自然通风、射流风机通风和轴流风机通风三种方式，短隧道都采用自然通风方式，具体多长隧道设置风机，要根据各项参数进行计算和考虑火灾情况排烟要求进行设计，一般情况下500米以下不设风机，1000米以上要设置风机，5000以上通常采射流风机+轴流送、排风机方式。
风机的控制分为人工、自动和现场手动控制。
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