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(guó)部分地區(qū)的高速公路隧道供配電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)方案中仍舊存在一部分問(wèn)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(huì)從供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行闡述，并詳細(xì)探究其中存在的主要問(wèn)題，分析原因并提出應(yīng)對(duì)措施，為我國(guó)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(jì)方案;存在問(wèn)題

0 引言

我國(guó)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(chē)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(hào)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(jì)方案并分析其中所存在的問(wèn)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(jì)方案

1.1 負(fù)荷等級(jí)劃分與設(shè)計(jì)原則

1.1.1 負(fù)荷等級(jí)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(shí)我們以中斷供電所所帶來(lái)的損失大小或者影響程度來(lái)將這些用電設(shè)備合理劃分為三個(gè)負(fù)荷等級(jí)，即分別為一級(jí)負(fù)荷、二級(jí)負(fù)荷以及三級(jí)負(fù)荷等。在一級(jí)負(fù)荷等級(jí)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(jì)原則

（1）要能夠在供電可靠性前提下保障人身安全，同時(shí)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(jì)當(dāng)中，所有設(shè)計(jì)必須要遵循國(guó)家現(xiàn)行供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)范要求，同時(shí)需要滿足維護(hù)便利性要求;（3）在設(shè)計(jì)之前需要合理統(tǒng)籌設(shè)計(jì)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(jì)供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案;（4）電氣設(shè)備產(chǎn)品需要優(yōu)先考慮滿足國(guó)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(jì)

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(jì)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(lái)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(lái)設(shè)計(jì)設(shè)置變電所數(shù)量。利用樹(shù)干式供電形式來(lái)對(duì)多個(gè)功能回路進(jìn)行供電，同時(shí)不會(huì)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(guò)多且維護(hù)工作相對(duì)比較困難，導(dǎo)致故障現(xiàn)象時(shí)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(jì)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(yíng)維護(hù)的方便性，又要綜合考慮整個(gè)隧道的長(zhǎng)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(kāi)關(guān)柜選擇中，可以優(yōu)先應(yīng)用環(huán)網(wǎng)開(kāi)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(kāi)關(guān)柜以及進(jìn)線柜、變壓器保護(hù)柜之中。而在低壓開(kāi)關(guān)柜中，可以優(yōu)先應(yīng)用GCS組合抽屜式開(kāi)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(dòng)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(guò)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(kāi)關(guān)柜之中，對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行遙控與監(jiān)控。

2 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案所存在問(wèn)題分析

2.1 變壓器容量問(wèn)題

變壓器容量是供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案所存在的主要問(wèn)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(huì)需要先將高速公路供配電系統(tǒng)的變電所計(jì)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(jì)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(duì)于高速公路隧道的日常用電來(lái)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(shí)需要以階段性的分析方式進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。比如說(shuō)某一隧道的交通流量比較低，而此時(shí)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(guò)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(huì)存在上千瓦的差異，因此在某一交通流量過(guò)于低的隧道區(qū)域內(nèi)應(yīng)用大容量變壓器往往會(huì)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(yíng)成本;其二，在優(yōu)化高速公路隧道供配電設(shè)計(jì)當(dāng)中，合理根據(jù)不同電容器的應(yīng)用狀況來(lái)選擇合適的變壓器尤為關(guān)鍵，而在特殊時(shí)段中往往會(huì)因?yàn)榱髁考眲≡鲩L(zhǎng)而出現(xiàn)高負(fù)荷增長(zhǎng)現(xiàn)象，此時(shí)變壓器的損耗會(huì)明顯增加。從理論上來(lái)講，不同負(fù)荷率下的變壓器工作效率會(huì)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?？梢匀?0%最為適宜。

2.2 應(yīng)急電源配置問(wèn)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(jí)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?，F(xiàn)階段高速公路隧道供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)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(lèi)非常多，在設(shè)計(jì)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(duì)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(lái)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(gè)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(shí)間。

2.3 失壓脫扣裝置問(wèn)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(jì)人員通常會(huì)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(shí)切斷不必要的電力負(fù)荷電路供應(yīng)，但是其缺點(diǎn)將會(huì)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(kāi)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(zhǎng)期通電狀況下往往還會(huì)帶來(lái)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(rùn)，更是加劇了這些失壓脫扣裝置的失效損壞現(xiàn)象。針對(duì)此等狀況，最好在其中利用分模線來(lái)將電力線路分為主次電力線路，這樣一來(lái)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(wèn)題

變壓器保護(hù)裝置主要是應(yīng)用斷路器來(lái)起到對(duì)變壓器的保護(hù)作用，僅有少部分地區(qū)會(huì)應(yīng)用負(fù)荷開(kāi)關(guān)加熔斷器來(lái)作為變壓器保護(hù)裝置。由于很多時(shí)候都是利用開(kāi)關(guān)來(lái)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(duì)這種電力短路現(xiàn)象所設(shè)計(jì)，同時(shí)斷路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常十分復(fù)雜，購(gòu)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(kāi)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(kāi)關(guān)來(lái)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(huì)安裝繼電保護(hù)裝置，導(dǎo)致實(shí)際的開(kāi)啟、斷開(kāi)實(shí)際往往比較長(zhǎng)，但是熔斷器的斷開(kāi)時(shí)間在相比之下便十分短，其對(duì)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(lái)進(jìn)行合理選擇，比如可以根據(jù)變壓器容量來(lái)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(yǔ)

總之，在高速公路隧道正常運(yùn)營(yíng)中，供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理性尤為關(guān)鍵，對(duì)于保障高速公路隧道的安全性運(yùn)營(yíng)有著十分重要的意義。對(duì)此需要盡快不斷完善現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方案，不斷改進(jìn)其中所存在的已知問(wèn)題，促進(jìn)我國(guó)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)

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