盐田坳隧道机电系统中的若干问题及其对策

　

图1 相补偿电路原理图 　　　　　　　　　　图2 三相自动补偿稳压器原理图

　　2. 消防给水设计中的问题与对策
　　2.1 基本情况
　　盐田坳下行隧道原消防给水系统包括三部分：
　　1）设在距高端洞外约350m处山坡上200m³ 消防水池；
　　2）消防给水干管，其中隧道内干管长1420m；
　　3）隧道内每相隔50m设置有消防栓（配有水枪）。

图3 减压阀原理结构图

　　2.3 技改对策
　　降低消防给水静压，是解决给水干管漏水的关键。在有关专家的指导下，我们大胆采用新型“减压阀”的减压措施。首先，在距高端洞口约300m处加装一个减压阀。该种减压阀是冠龙公司的产品，其特点是：既减动压，又减静压，出口压力不因上游进口压力的变化而改变，也不受下游出水量变化的影响。在高楼分区供水中，这种减压阀被大量使用。其原理结构如图3，所谓减静压，并不是增加能量损失，而是利用减压阀上游和下游的压差，通过水力平衡原理使减压阀处于关闭状态来隔断上下游的联系，从而维持一个较低、稳定的下游压力值。其次，每250m为一段（即每5个消防栓）设一个检修阀门，配波纹膨胀节。目的是为缓冲管路轴向的变化。第三，每段设U型弯头，弯头局部高点设微型排气阀。目的是有效消除水锤冲击。第四，消防栓与干管连接处设置调压板。该技术改造已于1999年完工，我们创造性的技改措施，彻底根治了消防水渗漏的问题。
　　3. 机电系统防雷设计中的问题与对策
　　传统的隧道机电设备是采用开关按钮控制方式，这种控制方式，造成隧道电缆沟中敷设了大量的电缆，不仅使相互间干扰增强，也使工程成本上涨。随着计算机技术的发展，人们对隧道机电设备普遍采用计算机技术控制。计算机控制优点明确，只需一条控制总线，就能实现对隧道主要设备的控制，大大节省了电缆的费用。但是，计算机控制也有其缺点，由于其电路板采用大规模、超大规模集成电路元件，在雷电过电压情况下使系统非常脆弱。为了隧道的安全营运，机电系统控制电路的雷电防护问题已显得日益突出。在实施防雷设计中，以下问题要引起重视。
　　3.1 隧道设备防雷接地方案需优化
　　1999年，盐田坳上行隧道机电设备的安装进入方案设计阶段。鉴于盐田坳下行隧道在1993年设计时对设备防雷问题未引起重视，系统在投入使用后，从1994至1998年，5年间，隧道机电设备因雷暴破坏，有较严重的损坏。其中闭路电视控制主机MV500，被打坏5次，控制键盘被打坏4次，摄像头被打坏7个，解码器每年都被打坏好几次。通信计算机、火灾报警器、情报显示牌、车辆检测器等都被打坏过。盐田坳收费广场还曾落下罕见的球形雷，随着雷声应落，闭路电视图解闪烁，雷声过后，有几个图解信号消失。所以，在上行隧道设计中，设计院特别强调防雷接地系统必须做好。方案是：隧道内电缆沟每隔30m，打一根深5m的接地极，再用40×4热镀锌扁钢全部进行牢固焊接。因盐田坳隧道所在位置都是花岗岩石，要打5m深度的接地极，施工非常困难，且费用很高，概算就有约200万元。并且，防雷接地还需与保护接地保持一定距离，在狭窄的电缆沟中，这是很难做到的。因而，我司提出隧道内防雷接地借用保护接地的方案。此方案在隧道两端洞口外绿化带下按规范打垂直接地极，并用40×4热镀锌扁钢将两端牢固焊接，中间的扁钢全部焊接在电缆沟内电缆支架上，低端接地极与隧道监控大楼接地装置连接。此方案花费仅需十几万元。上行隧道设备目前已运行一年多，至今未受到强雷暴的破坏。实践证明，防雷接地只是雷电流对地的一个泄放通道，防雷是综合性的，单纯强调防雷接地的重要性，防雷的性能价格比效果并不明显。
　　3.2 实施"重点防雷"，而非面面俱到
　　因盐田坳下行隧道机电系统中弱电设备有较多的损坏，我们曾请具有工程与设计资格的专业防雷公司为我们做解决方案。他们作出了一个全面防雷的方案。对电缆沟中进线电缆全部加屏蔽槽，另外接地系统要重新处理，还要安装较多的避雷器。整个方案费用高达170多万元，而我们的闭路电视主机、摄像头、通信计算机等设备费用也只是200万元左右。防雷的造价占了设备造价的80%多，我们自然不能接受。其实，雷电流的串入，主要有三条通道：其一是电源线；其二是信号线；其三是地电位反击。因而，盐田坳上行隧道在考虑防雷方案时，主要重视电源端的防护。在电源进线串接性能较好的进口避雷器，作为一级防雷。在各楼层配电箱处加装国产防雷器，作为二级防雷。重要设备的前端还加装第三级国产电源防雷器。另外，针对机电系统的控制口容易遭雷击损坏，我们在信号线上加装ACD-108/109型光隔离转换器。价格才几百元，却起到很好的防雷作用。这种转换器的特点是：内置的光电隔离器及DC/DC直流变换器，能够提供3500V的隔离电压，内置的快速瞬态电压抑制器（TVS）能有效地抑制闪电和ESD，提供每线600W的雷击浪涌保护功率，有效防止雷击和共地干扰，为点到点、点到多点的通信提供可靠的连接。
　　3.3 需特别注意系统间的干扰
　　2001年盐田坳上行隧道机电系统开始投入运行，计算机子系统通信口即遭遇雷击破坏。计算机通信口我们已安装了避雷器，但仍然遭到雷击。究竟是什么原因使避雷器没发挥作用？从受损设备的迹象看，受到了雷电感受就而被损坏。我们翻开防静电地板认真查看，不留意碰了一个计算机子系统的地线，我们发现该地线靠近金属屏蔽槽处产生了约半分钟的电弧放电现象。为什么该地线会带感应静电呢？原来监控中心机房除了新建的隧道机电系统设备外，还有已建好的全线电脑收费系统设备，两系统的地线靠得太近，一旦其中一个系统受到雷电感应，立刻使其地电位抬高，从而对另一系统产生地电位反击。这就形成系统间的干扰。具体原理结构如图4所示。我们的技改措施是：在监控中心机房设均压排，电脑收费系统与隧道机电系统间加装了盾牌防雷公司的等电位连接器，再与均压排可靠连接，确保系统间互不干扰。

图4 地电位反击

　　我们的经验是，今后凡是存在多个机电系统设备混杂使用情况，要保证设备的安全营运，必须重视等电位设计。
　　4. 结论
　　隧道机电系统投资额一般较大，因隧道地理环境的特殊性，往往对系统今后的可靠性影响较大。因此，在方案设计阶段，业主应积极介入，特别是对老隧道的改造设计，业主更应充分发挥主动性，凭借丰富的维护经验，优化方案设计。

（张进县）