中壓供配電在道路照明中的應(yīng)用

任福學(xué)

摘要：近年來道路橋梁建設(shè)發(fā)展迅速，特別是高速公路、高等級公路和大跨度橋梁的建設(shè)。與此相適應(yīng)，道路橋梁照明的燈具技術(shù)、光源及配光技術(shù)、控制技術(shù)等也在不斷進(jìn)步。簡單的路燈照明已發(fā)展為道路照明、景觀照明、廣告照明組合的綜合照明形式。長距離、多模式的道路橋梁照明不僅對光源、燈具和控制提出了安全、可靠、高效、節(jié)能、美觀、長壽的技術(shù)要求，同時(shí)對供配電系統(tǒng)也提出了新的要求。

關(guān)鍵詞：中壓供配電；道路照明；應(yīng)用

近年來道路橋梁建設(shè)發(fā)展迅速，特別是高速公路、高等級公路和大跨度橋梁的建設(shè)。與此相適應(yīng)，道路橋梁照明的燈具技術(shù)、光源及配光技術(shù)、控制技術(shù)等也在不斷進(jìn)步。簡單的路燈照明已發(fā)展為道路照明、景觀照明、廣告照明組合的綜合照明形式。長距離、多模式的道路橋梁照明不僅對光源、燈具和控制提出了安全、可靠、高效、節(jié)能、美觀、長壽的技術(shù)要求，同時(shí)對供配電系統(tǒng)也提出了新的要求。本文針對道路照明的特點(diǎn)及道路照明對供配電提出的新要求，為了綜合解決道路橋梁照明的供電問題提出了“中壓”傳輸概念，并將中壓供配電系統(tǒng)成功的應(yīng)用于現(xiàn)代道路照明中。

1 道路照明的特點(diǎn)

道路照明主要包括道路橋梁營運(yùn)時(shí)的路燈照明、人行道和地下通道照明、立交橋和廣場高桿燈照明、橋梁的景觀照明、公益和商業(yè)廣告照明、特殊結(jié)構(gòu)的內(nèi)部照明等。這此照明的合理設(shè)置能提高道路橋梁的使用效率，減少交通事故，減少犯罪率，便于道路橋梁的維修和維護(hù)。橋梁的景觀照明，能充分展示路橋建筑的特點(diǎn)，美化城市，并成為現(xiàn)代化城市的標(biāo)志。在這個(gè)意義上，道路橋梁照明也反映了城市的綜合經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。

道路橋梁照明的電負(fù)荷特點(diǎn)是：集中負(fù)荷較小，燈具分散，供電距離較長，存在跨越兩個(gè)供電區(qū)域的問題，給電源供電和用電管理造成一些困難。另一方面，由于是多渠道投資，業(yè)主又希望在投資的道路橋梁區(qū)段實(shí)施封閉的集中控制和管理。

2道路橋梁照明對供配電的要求

道路橋梁照明的最初形式是白熾燈和低壓電網(wǎng)，這種方式只適于短距離供電。隨著橋梁跨度加長，道路等級提高，車流量增大，道路橋梁照明對燈具提出了新的要求：①應(yīng)用高效光源，提高燈具效率；②長壽耐用，有利環(huán)保；③提高功率因數(shù)，節(jié)省能源。促使一些光學(xué)性能好，發(fā)光效率高的燈具（例如高壓汞燈、金屬鹵化物燈、高效熒光燈等）大量應(yīng)用。這些燈具也引入了一些附加裝置，例如電感器、電容器、起動(dòng)裝置、調(diào)節(jié)器和控制器等。

在選擇供配電方式時(shí)，需要綜合考慮以下問題：①照明需要穩(wěn)定無波動(dòng)的電壓；②比較長的供電距離，而且負(fù)荷是在整個(gè)長度內(nèi)分布；③燈具開啟時(shí)沖擊電流比較大；④燈具在使用過程中也會(huì)出現(xiàn)過電流現(xiàn)象；⑤一些燈具（光源和附屬裝置）對溫度、濕度和振動(dòng)變化反應(yīng)敏感；⑥道路橋梁上安裝供電設(shè)備的空間和環(huán)境受到限制；⑦長距離監(jiān)測和控制。

在上述條件下，若仍采用低壓供電網(wǎng)供電，由于變壓器的電壓降和沿電纜長度的電壓降，會(huì)造成較大的供電線路壓降。實(shí)用中會(huì)造成變電站數(shù)量的增加和電纜線徑的增加。通常情況下低壓供電半徑限制在500M長度內(nèi)，10KM長的道路橋梁在10KV的供電網(wǎng)中，需要10座10000/380V的變電站，由此伴隨著投資和營運(yùn)綜合費(fèi)用的提高。 在這種情況下，一方面要利用先進(jìn)的照明技術(shù)，使用權(quán)用高效節(jié)能燈具，另一方面也要有實(shí)用的供配電系統(tǒng)，滿足道路橋梁的照明要求。

3 中壓系統(tǒng)

為了綜合解決道路橋梁照明的供電問題，設(shè)計(jì)施工人員在10KV以上和220/380V之間提出了“中壓”傳輸?shù)母拍??；舅悸肥峭ㄟ^選擇“中壓”（實(shí)際上是較高的電壓，通常是3.2KV或5.5KV ）供電，來減小供電電纜的線徑，降低投資；而所選的電壓值又大大低于10KV ，不至于因電壓等級高而過量增大電氣設(shè)備制造、安裝、使用方面的費(fèi)用和保護(hù)控制的復(fù)雜程度。通過這一電壓等級將電源送至負(fù)荷附近，通過降壓直接供給照明，減小了供電半徑，也提高了電源質(zhì)量。這樣10KV的供電電網(wǎng)中，只需一座10000/5500V 的變電站，加上20臺(tái)可在惡劣環(huán)境下使用的降壓變壓器，由于供電半徑小可提高供電質(zhì)量，還可節(jié)省配電房管理和粗電纜方面的投資。

系統(tǒng)的組成是：從區(qū)域電網(wǎng)采用單支線路或雙回線路供電；在主變電站通過變壓器將區(qū)域電網(wǎng)電壓變?yōu)橹袎?，并?jīng)輸出保護(hù)裝置輸出；在負(fù)荷處用專用變壓器將中壓變?yōu)榈蛪?，直接供給照明。

為了適應(yīng)戶外條件，特別是惡劣環(huán)境，國外開發(fā)了系列用于照明，能在惡劣環(huán)境下工作的小容量埋地變壓器。這種用于中壓系統(tǒng)的專用變壓器有以下特點(diǎn)：①能空載調(diào)壓。利用手動(dòng)抽頭轉(zhuǎn)換裝置空載調(diào)壓，使供電電壓與燈具所需電壓適配。②有載自動(dòng)調(diào)壓。能自動(dòng)補(bǔ)償電網(wǎng)電壓的變化。③采用專門的過載保護(hù)裝置。利用接觸式溫度計(jì)、熱動(dòng)開關(guān)、與繼電器組合的溫度傳感器埋在變壓器繞組中，測量繞組溫度，并進(jìn)行保護(hù)。④干式環(huán)氧樹脂浸漬，繞組通過彈性壓緊器固定安裝在鐵芯上。初級或次級連接可以是雙頭螺栓或插入式連接。

這種變壓器具備良好的機(jī)電強(qiáng)度、耐電弧強(qiáng)度和耐火性能，對濕度環(huán)境敏感性低，振動(dòng)和噪音較小，安裝連接方便，熱保護(hù)和過載保護(hù)性能好，可靠性較高。且具備防水、可浸水、防腐蝕功能，可在較惡劣環(huán)境下使用。但是，這種變壓器也存在一次投資大，負(fù)荷容量小，電能量效率低的缺點(diǎn)，只適于分散容量小的照明供配電。在長距離照明供電中，中壓供電長度理論上可達(dá)20KM。在此范圍內(nèi)具備免維護(hù)、可擴(kuò)展特性。

4 中壓系統(tǒng)在道路橋梁照明工程中的應(yīng)用實(shí)例

近年來，中壓供電傳輸已應(yīng)用于國內(nèi)道路橋梁照明，其中具代表性的有江陰大橋及兩岸的廣靖高速、錫澄高速、重慶黃花園大橋、南京長江二橋、重慶長江鵝公巖大橋等道路橋梁工程。

在上述道路橋梁工程中部分或全部使用了中壓供電，各有其特點(diǎn)，方案比較和效果反映出應(yīng)用中還有一些不完善的地方。但中壓供電形式的確適用于較長距離的道路 橋梁照明，特別是路燈照明。如果變壓器容量選擇適當(dāng)，還可以對橋梁的其它機(jī)電設(shè)備供電。

5 選用中壓供配電及選用時(shí)考慮的主要因素

中壓供配電在道路橋梁照明中應(yīng)用有一定的積極意義，并已被證明是長距離分散荷載條件下供電的有效方式。中壓系統(tǒng)中的專用埋地式照明變壓器主要適用道路橋梁中的路燈照明，不適應(yīng)于對較大的集中負(fù)荷供電，在這些情況下，宜選用容量較大的中壓變壓器。在強(qiáng)調(diào)中壓供配電在道路橋梁照明應(yīng)用和中壓專用變壓器便于安裝，免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)時(shí)，不能忽視10KV /5.5KV變壓器的變比小，不是理想的變比選擇，小容量變壓器投資較高，效率較低，運(yùn)行損耗相對較大等弱點(diǎn)。在選擇是否應(yīng)用中壓供配電，或如何應(yīng)用中壓供配電進(jìn)，一定要進(jìn)行認(rèn)真的綜合技術(shù)分析和投資分析，主要考慮的因素有：①道路橋梁的結(jié)構(gòu)狀況；②道路橋梁初選的照明方案；③周圍供電區(qū)域情況；④變電站、設(shè)備、電纜及安裝敷設(shè)的一次性投資費(fèi)用，以及能源消耗、損耗和設(shè)備維護(hù)、管理的營運(yùn)費(fèi)用。在這個(gè)基礎(chǔ)上考慮是否應(yīng)用中壓供配電，或是部分應(yīng)用中壓供配電及采用何種實(shí)施方案。