方相達(dá)

摘 要：隧道供配電系統(tǒng)可以為高速公路隧道提供基礎(chǔ)通風(fēng)、照明需求等作用，現(xiàn)階段我國部分地區(qū)的高速公路隧道供配電系統(tǒng)在設(shè)計方案中仍舊存在一部分問題，導(dǎo)致實(shí)際的高速隧道供電成本普遍偏大。為了能夠深入挖掘這一現(xiàn)象的主要原因，本文將會從供配電系統(tǒng)的設(shè)計方案進(jìn)行闡述，并詳細(xì)探究其中存在的主要問題，分析原因并提出應(yīng)對措施，為我國更多地區(qū)的高速公路隧道供配電系統(tǒng)的完善提供參考與建議。

關(guān)鍵詞：高速公路隧道;供配電系統(tǒng);供電成本;設(shè)計方案;存在問題

0 引言

我國當(dāng)前高速公路隧道建設(shè)工作成為了道路交通體系發(fā)展的重心所在，在提升車輛運(yùn)輸能力以及縮減行駛路程、減少交通事故等方面有著極其關(guān)鍵的重要性作用。公路隧道附屬設(shè)施主要包括防排水設(shè)施、交通信號設(shè)施、通風(fēng)照明設(shè)施以及應(yīng)急設(shè)施等，研究公路隧道供配電系統(tǒng)設(shè)計方案并分析其中所存在的問題，成為了本文所研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

1 高速公路隧道供配電系統(tǒng)設(shè)計方案

1.1 負(fù)荷等級劃分與設(shè)計原則

1.1.1 負(fù)荷等級劃分方案

在高速公路隧道中，其用電負(fù)荷設(shè)備主要分為照明設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備以及消防設(shè)備。同時我們以中斷供電所所帶來的損失大小或者影響程度來將這些用電設(shè)備合理劃分為三個負(fù)荷等級，即分別為一級負(fù)荷、二級負(fù)荷以及三級負(fù)荷等。在一級負(fù)荷等級中除卻消防水泵以及排煙風(fēng)機(jī)等負(fù)荷，其余均屬于特別重要負(fù)荷[1]。

1.1.2 供配電系統(tǒng)設(shè)計原則

（1）要能夠在供電可靠性前提下保障人身安全，同時其中所應(yīng)用的技術(shù)有著基本的先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性以及合理性;（2）在供配電系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中，所有設(shè)計必須要遵循國家現(xiàn)行供配電系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)范要求，同時需要滿足維護(hù)便利性要求;（3）在設(shè)計之前需要合理統(tǒng)籌設(shè)計方案，即根據(jù)不同負(fù)荷的不同性質(zhì)、用電容量大小、地方供電條件、隧道規(guī)模以及工程特點(diǎn)等因素進(jìn)行綜合考慮，并合理設(shè)計供配電系統(tǒng)的設(shè)計方案;（4）電氣設(shè)備產(chǎn)品需要優(yōu)先考慮滿足國家標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)規(guī)范的高效率、低能耗、優(yōu)性能的諸多要求。

1.2 供配電系統(tǒng)設(shè)計

1.2.1 傳統(tǒng)供配電模式分析

現(xiàn)階段的高速公路隧道供配電系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中，多以應(yīng)用10kV中壓供電，且在供配電模式中以集中式和分布式居多。拿集中式供配電模式來講，需要在隧道洞口設(shè)置一所高容量以及供電半徑較大的變電所，根據(jù)隧道的距離大小來設(shè)計設(shè)置變電所數(shù)量。利用樹干式供電形式來對多個功能回路進(jìn)行供電，同時不會很容易引起大規(guī)模停電事故的發(fā)生，在變電所中可以做到統(tǒng)一控制、集中化管理，與分布式供配電模式相比，傳統(tǒng)分布式供配電系統(tǒng)由于設(shè)備節(jié)點(diǎn)數(shù)量過多且維護(hù)工作相對比較困難，導(dǎo)致故障現(xiàn)象時常發(fā)生，完全不利于高速公路隧道供配電系統(tǒng)的設(shè)計要求。因此，集中式供配電模式成為了主流應(yīng)用模式。

1.2.2 變電所的選擇方案

變電所設(shè)置中以三相電力變壓器電壓比為10/0.4kV為主，在選擇變電所位置中既要滿足運(yùn)營維護(hù)的方便性，又要綜合考慮整個隧道的長度以及低壓供電半徑等參數(shù)。具體選擇要求可如表1所示。

備注 低壓供電半徑需要控制在500m以內(nèi)，如果整體負(fù)荷較小的情況下可以適當(dāng)增加低壓供電半徑，而其余基本照明負(fù)荷的供電半徑最好控制在1000m左右。

1.2.3變電所設(shè)備配置

在變電所10kV高壓開關(guān)柜選擇中，可以優(yōu)先應(yīng)用環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜，其防護(hù)功能多樣，且斷路器性能優(yōu)異、質(zhì)量較佳。將真空斷路器應(yīng)用于高壓開關(guān)柜以及進(jìn)線柜、變壓器保護(hù)柜之中。而在低壓開關(guān)柜中，可以優(yōu)先應(yīng)用GCS組合抽屜式開關(guān)柜，具備功能可靠、操作便捷等諸多優(yōu)點(diǎn);低壓配電系統(tǒng)中可以利用380/220V三相五線制接線方式;利用電氣綜合自動化保護(hù)裝置作為繼電保護(hù)裝置，由控制中心統(tǒng)一進(jìn)行監(jiān)控與遙控操作，利用10kV進(jìn)線保護(hù)的方式設(shè)置好速斷保護(hù)、過電流保護(hù)以及溫度保護(hù)等功能;另外需要設(shè)置好監(jiān)控保護(hù)裝置并分別安裝于高低壓開關(guān)柜之中，對所有設(shè)備進(jìn)行遙控與監(jiān)控。

2 供配電系統(tǒng)設(shè)計方案所存在問題分析

2.1 變壓器容量問題

變壓器容量是供配電系統(tǒng)設(shè)計方案所存在的主要問題之一，變壓器容量選擇不當(dāng)很容易引起資源浪費(fèi)的現(xiàn)象發(fā)生。因此，為了能夠合理選擇變壓器容量，通常會需要先將高速公路供配電系統(tǒng)的變電所計算負(fù)荷分為兩種情況進(jìn)行選擇，各部分變電器負(fù)荷需要合理根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行計算并選擇變壓器。這也是現(xiàn)階段常用的變壓器容量選擇方式，但是其中仍舊存在兩大缺陷需要特別關(guān)注：其一，對于高速公路隧道的日常用電來講，多以通風(fēng)和照明用電為主，尤其是通風(fēng)設(shè)備，在用電頻率中存在一定的階段性特點(diǎn)，因此在采集實(shí)際數(shù)據(jù)時需要以階段性的分析方式進(jìn)行合理設(shè)計。比如說某一隧道的交通流量比較低，而此時這部分通風(fēng)設(shè)備的電力負(fù)荷也比較低，但是交流流量在增加過程中通風(fēng)設(shè)備電力負(fù)荷也隨之增加，導(dǎo)致其中的運(yùn)行負(fù)荷可能會存在上千瓦的差異，因此在某一交通流量過于低的隧道區(qū)域內(nèi)應(yīng)用大容量變壓器往往會造成不必要的資源浪費(fèi)現(xiàn)象，這樣完全不利于節(jié)省資源以及控制隧道運(yùn)營成本;其二，在優(yōu)化高速公路隧道供配電設(shè)計當(dāng)中，合理根據(jù)不同電容器的應(yīng)用狀況來選擇合適的變壓器尤為關(guān)鍵，而在特殊時段中往往會因?yàn)榱髁考眲≡鲩L而出現(xiàn)高負(fù)荷增長現(xiàn)象，此時變壓器的損耗會明顯增加。從理論上來講，不同負(fù)荷率下的變壓器工作效率會不盡相同，所以在合理選擇變壓器容量之際需要充分考慮變壓器的最高負(fù)荷率，通常可以取80%最為適宜。

2.2 應(yīng)急電源配置問題

在應(yīng)急電源應(yīng)用中可以幫助高速公路隧道能夠在任何情況下都可以正常應(yīng)用內(nèi)部的一級負(fù)荷電力設(shè)備，尤其是照明設(shè)備與通風(fēng)設(shè)備，因此應(yīng)急電源的穩(wěn)定性尤為關(guān)鍵。現(xiàn)階段高速公路隧道供配電系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中需要合理選擇應(yīng)急電源配置，就必須要從電源應(yīng)用特點(diǎn)、使用時間以及負(fù)荷狀況等方面進(jìn)行詳細(xì)的考慮。另外，由于應(yīng)急電源的種類非常多，在設(shè)計應(yīng)急電源配置當(dāng)中應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇由多種獨(dú)立電源電路設(shè)施所組合而成的組合式應(yīng)急電源，這種配置方式的好處在于對高速公路隧道供配電系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性十分優(yōu)異。這樣一來假如某一方出現(xiàn)意外狀況而中斷應(yīng)急電源供給，而另外一方仍然能夠得以實(shí)現(xiàn)正常供電作用。此外，這種組合式應(yīng)急電源配置還有一個好處在于，可以顯著提升應(yīng)急能力，極大地提升了應(yīng)急電源的供電時間。

2.3 失壓脫扣裝置問題

合理選擇失壓脫扣裝置可以進(jìn)一步保障電路供應(yīng)的穩(wěn)定性。但是實(shí)際上由于部分地區(qū)的供配電系統(tǒng)設(shè)計人員通常會應(yīng)用低壓斷路器失壓脫扣裝置，主要是為了能夠在突發(fā)意外狀況下及時切斷不必要的電力負(fù)荷電路供應(yīng)，但是其缺點(diǎn)將會十分明顯，一旦電力供給恢復(fù)正常之后，這些電力負(fù)荷需要重啟開啟，導(dǎo)致實(shí)際的電力輸送工作變得十分困難。此外，該裝置在長期通電狀況下往往還會帶來一定的資源浪費(fèi)現(xiàn)象，尤其是部分地區(qū)氣候條件較為濕潤，更是加劇了這些失壓脫扣裝置的失效損壞現(xiàn)象。針對此等狀況，最好在其中利用分模線來將電力線路分為主次電力線路，這樣一來可以在意外狀況下直接切斷次電力線路斷路器便可以依然能夠?qū)χ麟娏€路正常通電[2]。

2.4 變壓器保護(hù)裝置問題

變壓器保護(hù)裝置主要是應(yīng)用斷路器來起到對變壓器的保護(hù)作用，僅有少部分地區(qū)會應(yīng)用負(fù)荷開關(guān)加熔斷器來作為變壓器保護(hù)裝置。由于很多時候都是利用開關(guān)來切換電路負(fù)荷，因此實(shí)際上電力短路現(xiàn)象的發(fā)生概率十分低。而斷路器的應(yīng)用便是針對這種電力短路現(xiàn)象所設(shè)計，同時斷路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常十分復(fù)雜，購置成本也十分高昂，并不利于變壓器保護(hù)裝置的選擇經(jīng)濟(jì)性。但是負(fù)荷開關(guān)加熔斷器并不一樣，其功能不僅起到保護(hù)功能，更能夠?qū)崿F(xiàn)分離控制的功能。拿負(fù)荷開關(guān)來講，可以滿足切換負(fù)荷的要求，而熔斷器則可以起到電力短路保護(hù)作用。另外，傳統(tǒng)斷路器會安裝繼電保護(hù)裝置，導(dǎo)致實(shí)際的開啟、斷開實(shí)際往往比較長，但是熔斷器的斷開時間在相比之下便十分短，其對變壓器的保護(hù)作用往往具有十分顯著的高效性特點(diǎn)。因此，在整理斷路器以及熔斷器特點(diǎn)如表2所示。最后需要注意的是，變壓器保護(hù)裝置模式需要根據(jù)不同情況來進(jìn)行合理選擇，比如可以根據(jù)變壓器容量來科學(xué)合理地選擇熔斷器，才能夠充分提升變電器保護(hù)裝置的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

總之，在高速公路隧道正常運(yùn)營中，供配電系統(tǒng)的設(shè)計合理性尤為關(guān)鍵，對于保障高速公路隧道的安全性運(yùn)營有著十分重要的意義。對此需要盡快不斷完善現(xiàn)有的設(shè)計方案，不斷改進(jìn)其中所存在的已知問題，促進(jìn)我國高速公路隧道供配電系統(tǒng)的質(zhì)量性得到顯著提升。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉斌德.高速公路隧道供配電系統(tǒng)設(shè)計中存在的問題分析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014（8）：141.

[2] 廖景懷.高速公路隧道供配電系統(tǒng)設(shè)計中存在的問題[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（15）：240.