CN109426209A - 一种用于高速公路隧道的电气系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高速公路隧道的电气系统，包括供电系统、照明系统、通风系统、交通控制系统、火灾报警系统、视频监控系统、广播及紧急电话系统和控制中心。所述供电系统用于给各系统供电，保障系统的运行；照明系统和通风系统通过自动控制,保障隧道的光照和通风；交通控制系统的车道指示通过PLC控制实现，而情报板信息由控制中心提供；火灾报警系统和视频监控系统通过探测器和摄像头将信息实时传给控制中心；广播及紧急电话系统与控制中心互通，实现报警和警情通报的功能。本发明针对高速公路隧道构造特殊、电气控制繁杂等问题，对各子系统进行优化设计，使该系统具有安全、稳定等特点。

Description

一种用于高速公路隧道的电气系统

技术领域

本发明涉及电气系统设计领域，尤其涉及一种用于高速公路隧道的电气系统。

背景技术

在当今社会中，高速公路在人们日常生活中有着举足轻重的作用，能够加快物流信息的传输，促进国民经济发展，提升交通便利，服务人民群众。对于建设在山区的高速公路来说，由于偏远山区的山丘较多，高速公路对平面的线形和坡度要求很高。为了缩短高速公路行车里程，为车辆驾驶人员提供一个安全的驾驶道路，提高交通的便捷，减小行车时间，往往在修建高速公路时，遇到山丘群，都采取打通隧道的方式修建高速公路。隧道的优势不仅在于缩短高速公路行车里程，还可免除因泥石流、塌方等自然原因造成的灾害对高速公路的影响。因此在高速公路建设的过程中，隧道是一种非常实用并且价值很高的方式。然而由于隧道属于一种特殊的构造物，具有湿气大、没有光线、空气不流通、容易发生交通事故的特点。这一系列的问题都要通过隧道电气系统的建设来弥补，所有对于隧道内的电气系统要求很高，一般的电气系统难以适用在高速公路隧道上。因此开发出适用在高速公路隧道的电气系统成为当下的研究热点。

电气系统最主要的环节就是对隧道内的电气设备进行控制，最关键的关节是应用网络技术提高整个系统的智能化控制水平。隧道电气系统控制由过去的集中、分散式控制向现在的现场远程控制逐步发展，通过以太网络将现场的数据信息上传至服务器，通过数据处理再上传至监控中也，实现技术共享、数据共享、信息共享。从设备的传输方面考虑，应由现在的有线网络传输向无线网络传输发展，实现四摇；从设备的功能方面考虑，由手动控制向自动控制转变，同时也要考虑设备本身的寿命、生态环境、节能减排等多方面的因素。

我国隧道电气系统发展已有数十年，设计水平在逐年提高，但是大多数情况下设计都是按照图纸照搬，只是针对不同项目做一些简单的修改。全国高速公路隧道电气缺乏创新，灵活性不高，具有系统功能弱、设计方式老化等缺点。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种用于高速公路隧道的电气系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于高速公路隧道的电气系统，包括供电系统1、照明系统2、通风系统3、交通控制系统4、火灾报警系统5、视频监控系统6、广播及紧急电话系统7和控制中心8。连接关系：供电系统1给各系统供电，保障系统的运行；照明系统2和通风系统3通过自动控制,保障隧道的光照和通风；交通控制系统4的车道指示通过PLC控制实现，而情报板信息由控制中心8提供；火灾报警系统5和视频监控系统6通过探测器和摄像头将信息实时传给控制中心8；广播及紧急电话系统7与控制中心8互通，实现报警和警情通报的功能。

所述供电系统1采用集中供电模式，在隧道两端各设置一个隧道变电所，采用两台变压分半的方式进行供电。

所述供电系统1使用电流互感器、遥测装置、遥控装置等装置，对各电力设备进行实时监控，保障系统的供电稳定。

所述照明系统2采用无线传感技术和PWM调光技术，结合特殊情况的手动控制，实现智能调光。

所述通风系统3结合环境检测设备，对风机进行手动、自动的双控制。

所述交通控制系统4采用两层网络结构，第一层上位层，第二层下位层，整个隧道内的PLC指示灯控制系统通过网络连接起来，形成自动控制系统。

所述火灾报警系统5采用双波长火焰探测器和分布式光栅探测器结合的火焰报警器，通过火灾控制器发信息向控制中心8发送警情。

所述视频监控系统6前端使用DV-ND785H型和DV-ND810H摄像枪，通信传输网络采用长距离光纤进行传输。

所述广播及紧急电话系统7采用分散功放的方式，前端扬声器、紧急电话和控制模块放置于隧道内，紧急电话和广播系统共用一个控制模块。电源采用220V交流电，由隧道内配电箱供电。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明的照明系统采用无线传感技术和PWM调光技术，实现自动控制，降低运营成本，并且具有舒适、经济、节能的优点；2)本发明的交通控制系统采用两层网络结构，当上位计算机与PLC发生故障时，不会影响整个系统的控制；3)本发明的火灾报警系统采用双波长火焰探测器和分布式光栅探测器结合的火焰报警器，互补了两者的优劣势，保障隧道内发生火灾事故时能够及时报警，减少人员伤亡和财产损失；4)本发明中的视频监控系统使用DV-ND785H型和DV-ND810H摄像枪，两款均为高清枪且使用太阳能供电，可以对隧道内进行全时段全方面的监控；5)本发明的广播及紧急电话系统将两个系统合在一起，即共用主机、共用传输介质，可以统一在监控中心或者变电所内装设控制台。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明的电气系统总框图。

图2为本发明的照明系统结构框图。

图3为本发明的通风系统控制流程图。

图4为本发明的交通控制系统网络结构图。

图5为本发明的视频监控结构图。

图1中1为供电系统，2为照明系统，3为通风系统，4为交通控制系统，5为火灾报警系统，6为视频监控系统，7为广播及紧急电话系统，8为控制中心。

具体实施方式

结合附图，本发明的一种用于高速公路隧道的电气系统，包括供电系统1、照明系统2、通风系统3、交通控制系统4、火灾报警系统5、视频监控系统6、广播及紧急电话系统7和控制模块8，所述供电系统1用于给各系统供电，保障系统的运行，照明系统2和通风系统3在控制模块的控制下工作，用于进行照明和通风，交通控制系统4在控制模块8的控制下工作，用于进行车道指示，火灾报警系统5和视频监控系统6与控制模块8相连，通过探测器和摄像头将信息实时传给控制模块8，广播及紧急电话系统7与控制模块8相连，在控制模块8的控制下工作，用于实时提供报警和警情信息。

所述供电系统1包括相互连接的电流互感器、遥测装置和遥控装置。

所述的火灾报警系统5采用双波长火焰探测器和分布式光栅探测器结合的火焰报警器。

所述的视频监控系统6前端使用DV-ND785H型和DV-ND810H摄像枪，通信传输网络采用长距离光纤。

所述广播及紧急电话系统7包括前端扬声器、紧急电话，二者均位于高速公路隧道内。

所述控制模块8为PLC控制模块。

本发明的照明系统采用无线传感技术和PWM调光技术，实现自动控制，降低运营成本，并且具有舒适、经济、节能的优点。

下面结合附图对发明详细说明：

图1为电气系统总框图，它包括供电系统、照明系统、通风系统、交通控制系统、火灾报警系统、视频监控系统、广播及紧急电话系统和控制中心。

1、供电系统

隧道供电系统采用集中供电模式，在隧道的两端各设置变电所，将10kV高压线经变压器变电为380V，再由低压配电柜向隧道内各电气设备进行供电。这样样做的好处是如果某一电缆发生供电故障，不会影响隧道紧急照明供电。

隧道供配电设施主要包括高低压配电设备、干式变压器、柴油发电机组、不间断电源UPS、低皮配电柜的出线电缆及隧道内配电箱等。系统结构特点为：

(1)变电所运行方式变电所高压电源均采用单进线方式，低压侧采用单母线母联分段接线形式，正常运行时由变压器进线供电，当公用电网停电或变压器检修时，备用电源柴油发电机组在15s内投运，变电所主备电源采用自投自复装置实现切换。高压侧应设置速断、过流保护，变皮器应设置温度保护，低压配电回路采用断路器实现过载和短路保护，低压配电的保护电器上下级配合应具有选择性。

(2)负荷分级。一级负荷包括；消防系统动力、隧道应急照明、隧道基本照明、洞外引道照明、隧道监控设施、隧道水系房用电和隧道通风设施等。二级负荷包括：变配电室照明、隧道检修用电等。三级负荷包括：除一二级负荷外的其他负荷，主要指隧道加强照明用电负荷。

供电系统除了供配电模块，还配有电力监控模块。隧道电力监控的基本结构由上位机和下位机组成，上位机装设在监控中心，通过系统操作界面可以实现对数据进行存储、分析、打印等功能。下位机一般指控制设备的服务器或客户端，比如单片机，主要的作用是对设备进行实时信息采集，并将信息转换为数字信号上传给上位机。隧道电力监控的网络结构由以太网构成，整个系统采用N+1冗余方式，当一台计算机发生故障时，可以从其余任何一台计算机进行设备监控查询。整个网络采用三级结构，第一级是隧道监控中心，第二级是隧道变电所，第三级是现场设备，第一级和第二级不可同时操作，可以通过权限进行设计管理。隧道电力监控的具体实现是通过使用电流互感器、遥测装置、遥信装置、遥控装置，结合上面的网络结构，对各电力设备进行实时监控，可以实现24小时无人值守，保障系统的供电稳定。

2、照明系统

本发明的照明系统选用LED灯具，因其具有框架结构简单，体积较小，安装方便便捷等优点，可以提高整个照明系统的电能利用率，适应隧道照明的需求。

照明系统采用无线传感技术和PWM调光技术。PWM调光的原理是通过改变脉冲信号的方式，PWM就是脉宽调制，通过调整宽窄不同的脉冲就可以调整输出电流，进而调整LED灯具的亮度。PWM调光有一个劣势在于会产生噪音，但是该调光模式应用简单、效率高、光照质量好、危险数小，所以在隧道照明控制系统中，普遍使用这种调光方式。而无线传感技术是指将灯组建成一个无线网络，方便网络中的传输与控制，优点是成本低、功耗小，但只适用于短距离的传输方式。

具体控制结构如图2所示。LED采用直流供电，所以市电引进来后先进行滤波、整流后变为直流电，然后对功率因数进行矫正。基于无线通信模块，可以将LED灯具组建成一个无线网络，每个LED灯具都相当于网络模块中的一个部分。接收PWM调光模块的控制，通过驱动脉冲来改变LED灯具的光亮度。

3、通风系统

通风系统的目的是为了有效的排放隧道内的各种对人体会产生有害的气体，保证车辆和维护人员在隧道内的身体健康。常见的通风系统控制和检测设备包括：风机控制柜、环境检测设备、能见度检测器、风向风速检测器。风机控制柜一般装设在机房内，控制柜有风机启动和紧急停止按钮，并且在监控中心也能远程对风机进行操作。

通风系统监控方式分为远程和就地两种方式，又分为人工控制和手动控制，其中手动控制的优先级大于人工控制。控制流程图如图3所示。

4、交通控制系统

交通控制系统的作用是对隧道内形式的车辆进行诱导，它的核心是控制模式的智能化，同时要保证通信介质不受到干扰。组成包括车道指示器和可变情报板两个部分。

车道指示器一般装设在车道上方，对本条车道的运行情况进行诱导。司机在隧道入口处可以看到指示器标识，从而知道隧道内该条车道能否行驶。车道控制器选用C200H-OC221模块，该模块有8个节点。可变情报板主要为驾驶员提供各种信息，主要提供气象情况、交通情况、警示信息等，模块选用CS1W-SCU21。

整个交通控制系统采用两层网络结构，第一层上位层，即将各PLC控制器与上位计算机相连接，使用通信系统进行连接；第二层下位层，采用的是欧姆龙的Controller Link。为了保证通信业务传输的稳定性，在在中央控制室设置一台CS1D双机单元。整个隧道内的4个PLC指示灯控制系统通过网络连接起来，形成自动控制系统。整个网络结构采用分散式，由隧道内的4个控制器直接进行控制。上层结构的主要作用是将数据实时共享，可在监控中也提供操作平台。当上位计算机与PLC发生故障时，不会影响整个系统的控制W。系统网络结构如图4所示。

5、火灾报警系统

火灾报警系统一般由火灾探测器和火灾控制器组成，其基本原理是由火灾探测器检测隧道内有无火灾发生，最主要检测的就是烟雾。一旦检测到有烟雾，立即向火灾控制器发出信号，在隧道内和监控中心报警。

火灾探测器分为点型和线型两种。点型主要是探测器对某一点进行监测，线型探测器可以对某一线条上的业务进行监测。点型探测器又称为双波长火焰探测器，它的特点是只有隧道内发生火灾的时候才能进行工作，线型探测器又称为分布式光栅探测器，它的特点是对隧道内的环境进行分析，一直监测隧道内的烟雾情况，在没有发生火灾之前就是监控到隧道内烟雾的变化，起到预防的作用。

本发明的火灾报警系统采用双波长火灾探测器和分布式光栅探测器两种结合的方式。双波长火灾探测器每隔适当距离装设一套。配套的火灾报警主机为m，左洞为m1，右洞为m2，每台主机带3套双长波火灾报警探测器。m1和m2的信号传输至火灾报警主机m，再传输至中央管理系统。分布式光栅探测器装设在左右洞的顶部，左洞配置一台火灾报警主机n1，右洞配置一台火灾报警主机n2，n1和n2将信号传输至中央管理系统。

6、视频监控系统

高速公路监控系统结构包括四个系统部分：

(1)摄像枪系统：包含有摄像枪、云台；

(2)传输系统：包含交换机、光端机、光纤、编码器、解码器；

(3)监视系统：包含硬盘录像机、电视监控；

(4)控制系统：包含计算机、键盘、鼠标等。

监控系统结构图如图5所示。为了满足监控需求，本发明做出以下优化：

(1)视频监控系统使用DV-ND785H型和DV-ND810H摄像枪，两款均为高清枪且使用太阳能供电，将摄像枪分别安装在隧道出入口前100米处，可以对隧道内进行全时段全方面的监控。

(2)传输设备选用长距离光纤传输，保证了摄像枪实时画面的传回，保证图像质量。考虑到集团监控中也要求能够远程看到各路段的摄像枪画面，因此在网络出口要有相关的网络安全配置，架设安全防火墙。

(3)后端设备架设于控制中心，监控员在监控中也能够对所有的摄像枪进行控制，可以切换任何一个画面至电视墙，操作便捷，功能强大。

7、广播及紧急电话系统

紧急电话和广播系统都属于隧道紧急救援时使用的媒介，在隧道进行设计时，往往将两个系统合在一起，即共用主机、共用传输介质，可以统一在监控中也或者变电所内装设控制台，减少投资。

整个系统采用分散功放方式，前端扬声器、紧急电话和控制模块放置于隧道内，电源采用220V交流电，由隧道内配电箱供电。扬声器全部面向车辆行驶方向布设，隧道口处扬声器功率30W，隧道内扬声器功率20W，每隔一定距离设置一盏扬声器，每五套扬声器为一个音区。紧急电话每隔适当距离设置一台，和广播系统共用一个控制模块。具体位置可以根据隧道内的实际情况进行调整。

本发明的广播及紧急电话系统将两个系统合在一起，即共用主机、共用传输介质，可以统一在监控中心或者变电所内装设控制台。

Claims (6)

1.一种用于高速公路隧道的电气系统，其特征在于，包括供电系统(1)、照明系统(2)、通风系统(3)、交通控制系统(4)、火灾报警系统(5)、视频监控系统(6)、广播及紧急电话系统(7)和控制模块(8)，所述供电系统(1)用于给各系统供电，保障系统的运行，照明系统(2)和通风系统(3)在控制模块的控制下工作，用于进行照明和通风，交通控制系统(4)在控制模块(8)的控制下工作，用于进行车道指示，火灾报警系统(5)和视频监控系统(6)与控制模块(8)相连，通过探测器和摄像头将信息实时传给控制模块(8)，广播及紧急电话系统(7)与控制模块(8)相连，在控制模块(8)的控制下工作，用于实时提供报警和警情信息。

2.根据权利要求1所述的用于高速公路隧道的电气系统，其特征在于，所述供电系统(1)包括相互连接的电流互感器、遥测装置和遥控装置。

3.根据权利要求1所述的用于高速公路隧道的电气系统，其特征在于，所述的火灾报警系统(5)采用双波长火焰探测器和分布式光栅探测器结合的火焰报警器。

4.根据权利要求1所述的用于高速公路隧道的电气系统，其特征在于，所述的视频监控系统(6)前端使用DV-ND785H型和DV-ND810H摄像枪，通信传输网络采用长距离光纤。

5.根据权利要求1所述的用于高速公路隧道的电气系统，其特征在于，所述广播及紧急电话系统(7)包括前端扬声器、紧急电话，二者均位于高速公路隧道内。

6.根据权利要求1所述的用于高速公路隧道的电气系统，其特征在于，所述控制模块(8)为PLC控制模块。