奚 望，李為民

(廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

截至2019年年末，全國公路通車總里程達(dá)到501.25萬km，2019年高速公路里程由137 877 km增加到142 831 km，凈增4 954 km，增長3.6%。隨著我國公路基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展，特長隧道數(shù)量大幅增加。特長隧道作為公路控制性工程，大多位于山嶺重丘地區(qū)，交通事故多發(fā)，危害較大，且救援時(shí)間長，社會影響大。

特長隧道供電對象包括隧道內(nèi)的照明、通風(fēng)、消防和監(jiān)控設(shè)施，以及少量的其他設(shè)施。其主要用電負(fù)荷為隧道風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)數(shù)量多，常用風(fēng)機(jī)功率為22/30/37 kW，總功率大。口徑>1 000 mm的射流風(fēng)機(jī)在縱向布置間距宜>150 m，每個(gè)斷面安裝2臺，布設(shè)間距長，距離變電所較遠(yuǎn)[1]。消防排煙風(fēng)機(jī)應(yīng)在配電線路末端的風(fēng)機(jī)配電箱處設(shè)置自動(dòng)切換裝置[2]，即一組風(fēng)機(jī)引2根電纜(分主用、備用)，每根電纜均可帶兩臺風(fēng)機(jī)，而正常情況下風(fēng)機(jī)端子處電壓偏差為±5%額定電壓[3]。電纜截面可粗達(dá)(3×240+1×120)mm，單價(jià)高、距離長、數(shù)量多、造價(jià)較高。故特長隧道應(yīng)根據(jù)風(fēng)機(jī)布設(shè)位置及地質(zhì)條件在合適位置設(shè)置洞內(nèi)變電所，減少風(fēng)機(jī)供電電纜長度及截面，降低造價(jià)。

消防水泵、排煙風(fēng)機(jī)屬于一級負(fù)荷，而應(yīng)急照明、電光標(biāo)志、交通監(jiān)控、通風(fēng)照明控制、緊急呼叫、火災(zāi)報(bào)警、中央控制設(shè)施屬于一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷，通風(fēng)風(fēng)機(jī)、消防補(bǔ)水水泵、加強(qiáng)和基本照明屬于二級負(fù)荷，由兩個(gè)回路供電[4]。隧道洞內(nèi)變電所考慮運(yùn)營管理安全不宜配置柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源，應(yīng)考慮采用雙路10 kV電源及相應(yīng)備用方案。在設(shè)計(jì)初期綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、可靠性、可維護(hù)性，合理選擇供配電設(shè)計(jì)方案至關(guān)重要。

1 概述

觀音山隧道為分離式隧道，左線長4 790 m，右線長4 820 m，設(shè)計(jì)時(shí)速為100 km/h，特征年交通量預(yù)測結(jié)果顯示，近期為21 124 pcu/d，遠(yuǎn)期為33 798 pcu/d。

該隧道單向交通且長度L≤5 000m，采用縱向通風(fēng)方式。經(jīng)計(jì)算，射流風(fēng)機(jī)配置如表1所示。

表1 射流風(fēng)機(jī)配置表

隧道右線風(fēng)機(jī)數(shù)量多，布設(shè)距離長。近期設(shè)置24臺37kW風(fēng)機(jī)，遠(yuǎn)期布設(shè)60臺37kW風(fēng)機(jī)，每組風(fēng)機(jī)間距為150m。風(fēng)機(jī)布置如圖1所示。

圖1 風(fēng)機(jī)布設(shè)圖(m)

2 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

特長隧道供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案應(yīng)結(jié)合外接電電源調(diào)查情況。經(jīng)調(diào)查，觀音山隧道進(jìn)口端附近有10kV922派陽線，從塔岜村T接，距離約1.5km；觀音山隧道出口端附近有35kV長橋變電站10kV林貼984線，從可敬屯T接，距離約1km。

本隧道供電系統(tǒng)采用在進(jìn)出口設(shè)置變電所，每側(cè)引入10kV電源，隧道內(nèi)設(shè)置洞內(nèi)變電所的方案。為了避免風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對隧道照明質(zhì)量和燈具壽命的影響，照明和風(fēng)機(jī)宜分設(shè)變壓器[5]。

2.1 方案研究

洞內(nèi)變電所不宜設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)，宜采用雙路10kV電源作為備用電源。常見供電方案分以下三種(如圖2～4所示)。

圖2 方案一示意圖

方案一：進(jìn)出口變電所各饋出一回10kV電源，隧道內(nèi)通常敷設(shè)一路10kV電纜，進(jìn)入洞內(nèi)變電所的高壓雙電源切換柜中，為洞內(nèi)變電所所帶負(fù)荷供電。進(jìn)出口變電所設(shè)柴油發(fā)電機(jī)及其出線柜，分別進(jìn)入照明、動(dòng)力雙切柜，為重要負(fù)荷供電。洞內(nèi)變電所額外配置2臺大容量EPS作為左洞風(fēng)機(jī)、右洞風(fēng)機(jī)的應(yīng)急電源。

方案二：進(jìn)出口變電所各饋出一回10kV電源，隧道內(nèi)通常敷設(shè)兩路10kV電纜，進(jìn)入洞內(nèi)變電所及另一端的高壓雙電源切換柜中。10kV電纜途經(jīng)洞內(nèi)變電所時(shí)，采用分接箱T接進(jìn)入10kV雙電源切換柜。兩路10kV電源一主一備，當(dāng)主用電源停電時(shí)，進(jìn)口、洞內(nèi)、出口變電所均通過10kV雙電源切換柜自動(dòng)切換到備用電源供電。

圖3 方案二示意圖

圖4 方案三示意圖

方案三：進(jìn)出口變電所各饋出一回10kV電源，隧道內(nèi)通常敷設(shè)兩路10kV電纜，進(jìn)入洞內(nèi)變電所及另一端的高壓進(jìn)線柜中。各變電所2臺變壓器互為主備，容量一致，低壓聯(lián)絡(luò)，均可為所有負(fù)荷供電。正常情況下10kV電源、變壓器帶一半負(fù)荷，一路10kV電源停電時(shí)，低壓聯(lián)絡(luò)開關(guān)閉合，由另一路10kV電源的變壓器帶全部負(fù)荷。

三種供電方案對比如表2所示。綜合考慮可靠性、維修方便、造價(jià)、運(yùn)營費(fèi)用等方面，并結(jié)合資金情況，本隧道供電方案采用方案三。

表2 常見雙路10 kV電源供電方案對比表

2.2 變電所設(shè)置

本隧道長度為4 805m(取雙洞平均值)，根據(jù)變電所800m的供電半徑，結(jié)合風(fēng)機(jī)布置情況，擬設(shè)置進(jìn)口、出口變電所及1#、2#兩座洞內(nèi)變電所。

隧道強(qiáng)電電纜溝在行車方向左側(cè)，為減少過路預(yù)埋橫穿管數(shù)量，進(jìn)出口變電所有條件情況下宜設(shè)置在中央分隔帶內(nèi)。經(jīng)查，隧道進(jìn)口為挖方路段，出口為填方路段，進(jìn)出洞口附近50m內(nèi)無橋梁、涵洞等構(gòu)造物，左右線間距為18m。洞口變電所設(shè)計(jì)尺寸為(19×10)m，低位水池設(shè)計(jì)尺寸為(9.6×6.3)m，泵房設(shè)計(jì)尺寸為(6.6×4.8)m。洞口地形滿足變電所、低位水池、泵房需求，由隧道土建對洞口場地進(jìn)行平整，保持與路面高程一致。

隧道洞內(nèi)變電所根據(jù)變電所方向可分為與隧道縱向垂直的橫洞變電所和與隧道縱向平行的洞內(nèi)變電所。本隧道左右洞間距為18m，間距較小，不滿足洞內(nèi)變電所結(jié)構(gòu)安全要求，宜采用橫洞變電所的方式。橫洞變電所內(nèi)輪廓通常與車行橫通道內(nèi)輪廓一致，單車道車行橫通道凈寬為4.7m，雙車道車行橫通道凈寬為6.75m。考慮橫洞變電所門及高低壓柜、變壓器、EPS、UPS、電池柜、電力監(jiān)控柜、PLC柜等設(shè)備布置，橫洞變電所尺寸宜≥(23×4.7)m或≥(14×6.75)m，故本隧道采用凈寬為6.75m的橫洞變電所。根據(jù)隧道地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，本項(xiàng)目在K30+900、K32+440圍巖等級較低，且處于負(fù)荷中心，適宜設(shè)置洞內(nèi)橫洞變電所。隧道變電所配置如表3所示。

表3 各變電所配置一覽表

2.3 橫洞變電所通風(fēng)消防

橫洞變電所內(nèi)因常封閉、氣候潮濕、通風(fēng)狀況差，衛(wèi)生條件不良，易加速設(shè)備老化，容易引起觸電、短路等安全事故，而且發(fā)生火災(zāi)時(shí)由于環(huán)境密閉，造成人員財(cái)產(chǎn)傷亡損失大，后果嚴(yán)重。因此，除設(shè)置必需的檢修插座、照明燈具之外，還應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的通風(fēng)消防設(shè)施。在各橫洞變電所內(nèi)設(shè)置4具150L柜式七氟丙烷滅火裝置，滅火柜布置于洞內(nèi)變電所一側(cè)，滅火裝置之間最大間隔≤12m，距離變電所兩端墻體最近的裝置離墻不超過4m，以應(yīng)對可能發(fā)生的電氣火災(zāi)。橫洞變電所兩端墻上布設(shè)消防排煙風(fēng)機(jī)及防火閥，用于洞內(nèi)變電所消除余熱及通風(fēng)換氣。兩端墻處外掛氣體消防控制器，以便控制氣體滅火裝置、滅火警示燈及警鈴的啟動(dòng)和終止，并可控制洞內(nèi)變電所的通風(fēng)氣閥及風(fēng)機(jī)。

為應(yīng)對氣體滅火裝置無法啟動(dòng)，或火災(zāi)情形不需要啟動(dòng)自動(dòng)滅火裝置的狀況，在配置氣體消防控制器的一端墻外側(cè)配備立式消防柜，內(nèi)藏2具M(jìn)FZ/ABC8手提干粉滅火器，同時(shí)配備消防防毒面具等個(gè)人消防裝備2套，以供緊急情況下現(xiàn)場人員進(jìn)入變電站進(jìn)行滅火。

3 結(jié)語

在高速公路特長隧道供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)事先做好隧道附近的10kV外接電調(diào)查。基于外接電調(diào)查情況，在保證安全、可靠的前提下，適當(dāng)降低造價(jià)及運(yùn)營管理成本，合理選擇系統(tǒng)方案。根據(jù)隧道地質(zhì)情況，在靠近負(fù)荷中心位置設(shè)置洞口及洞內(nèi)變電所，并根據(jù)隧道左右線間距選擇洞內(nèi)變電所型式、尺寸，分單排或雙排布置高低壓柜。橫洞變電所內(nèi)應(yīng)根據(jù)尺寸設(shè)置排煙風(fēng)機(jī)、滅火器及相應(yīng)控制設(shè)施。本文基于觀音山隧道供配電進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)研究，以期為類似項(xiàng)目提供參考。