淺析高速公路供電需求及解決方案

杜國明

摘 要：高速公路里程不斷增加，現(xiàn)代社會(huì)人們汽車持有量快速增長，導(dǎo)致高速公路車流量持續(xù)加大，使得高速公路的管理工作面臨較大的壓力。借助現(xiàn)代化電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理已成為適應(yīng)高速公路管理新需求的一個(gè)重要途徑。對(duì)高速公路電源技術(shù)方案展開了研究，分析了高速公路收費(fèi)站、隧道照明及通風(fēng)、監(jiān)控中心的供電需求，并根據(jù)高速公路不同功能區(qū)域的設(shè)備特性、不同負(fù)載的特點(diǎn)提出了相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：高速公路；供電需求；收費(fèi)站；隧道照明

中圖分類號(hào)：U412.36+6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.116

近年來，我國的高速公路發(fā)展非常迅速，已形成遍布全國的高速公路網(wǎng)，它在對(duì)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出突出貢獻(xiàn)的同時(shí)，也對(duì)高速公路管理及運(yùn)營的自動(dòng)化、智能化提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。高速公路自動(dòng)化管理系統(tǒng)一般由通信、收費(fèi)、監(jiān)控和供配電4個(gè)子系統(tǒng)組成。這些系統(tǒng)通過現(xiàn)代化電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)高速公路的自動(dòng)化管理，以保障車輛行駛暢通、安全。

1 供電需求

1.1 收費(fèi)站

高速公路供配電系統(tǒng)是整個(gè)高速公路機(jī)電系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保障，因供電問題導(dǎo)致的收費(fèi)站服務(wù)中斷，其后果是難以預(yù)料的。高速公路收費(fèi)站供電系統(tǒng)必須要能保證收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，為收費(fèi)電腦、欄桿機(jī)、監(jiān)控設(shè)備、照明設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)終端服務(wù)器等用電負(fù)載提供穩(wěn)定、高品質(zhì)、不間斷的電力供應(yīng)。

1.2 隧道照明及通風(fēng)

隨著我國高速公路建設(shè)的發(fā)展，長隧道及特長隧道不斷增多，而且在高速隧道發(fā)生的事故具有難以處理的特點(diǎn)，為了減少高速隧道事故的發(fā)生，確保機(jī)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，完善和配備應(yīng)急電源則是減少事故發(fā)生的重要措施。

隧道大多位處山脈縱橫、丘陵溝壑的區(qū)域，高速公路相對(duì)平坦的特點(diǎn)決定了多數(shù)隧道較長距離的空間近似封閉。相對(duì)狹窄的空間和外部環(huán)境的不確定性，對(duì)高速公路隧道電源提出了更高的要求。隧道中EPS負(fù)載一般包括照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和少量消防設(shè)備。

1.3 監(jiān)控中心

高速公路監(jiān)控中心是對(duì)高速公路交通進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一協(xié)調(diào)交通運(yùn)營等的中心，市電電源質(zhì)量將直接影響到監(jiān)控系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。公路管理單位監(jiān)控中心負(fù)載為計(jì)費(fèi)中心數(shù)據(jù)處理（服務(wù)器）、監(jiān)控、辦公自動(dòng)化設(shè)備，為整個(gè)公路各系統(tǒng)提供信息交換服務(wù)，并對(duì)全路段進(jìn)行監(jiān)控，其計(jì)算機(jī)和服務(wù)器負(fù)載容量較大。不同公路管理中心，其規(guī)模不同，容量范圍為20～200 kVA。

2 供電解決方案

根據(jù)高速公路不同功能區(qū)域的設(shè)備特性，針對(duì)不同負(fù)載的特點(diǎn)提出相應(yīng)的解決方案。

2.1 收費(fèi)站

2.1.1 UPS單路供電方式

在單路供電系統(tǒng)中，市電作為主供電回路，發(fā)電機(jī)作為備用電源，與市電同時(shí)接入輸入智能配電柜。輸入智能配電柜內(nèi)置ATS自動(dòng)切換開關(guān)。當(dāng)其中一市電斷電時(shí)，ATS可自動(dòng)切換至另一路油機(jī)輸入；當(dāng)市電恢復(fù)正常供電時(shí)，ATS自動(dòng)復(fù)位到市電一，配電柜輸出端連接UPS電源的輸入端，為UPS提供電源。UPS在供電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)市電的雙變換和延時(shí)功能，根據(jù)后端負(fù)載特性（多種負(fù)載性質(zhì)），推薦選用工業(yè)級(jí)工頻UPS電源，其特點(diǎn)是抗沖擊能力強(qiáng)，輸入和輸出全隔離等。市電經(jīng)過UPS電源的雙變換之后，輸出穩(wěn)定的交流220 VAC/380 VAC電源，通過后即智能輸出配電柜，為負(fù)載提供電力保障。

2.1.2 UPS并機(jī)供電方式

此并聯(lián)供電方式與單機(jī)供電方式的區(qū)別在于UPS電源具有容錯(cuò)能力。在這一方案中，UPS輸入電源采用具有容錯(cuò)功能的冗余并機(jī)系統(tǒng)，UPS采用“1+1”并機(jī)結(jié)構(gòu)。當(dāng)市電正常時(shí)，2臺(tái)UPS均分載荷，共同承擔(dān)后端負(fù)載；當(dāng)其中一臺(tái)UPS發(fā)生故障時(shí)，UPS會(huì)自動(dòng)退出并機(jī)系統(tǒng)，另一臺(tái)UPS承擔(dān)后端全部負(fù)載，繼續(xù)提供穩(wěn)定、可靠的交流電輸出，整個(gè)供電系統(tǒng)不受任何影響，負(fù)載端實(shí)現(xiàn)永不間斷的冗余并機(jī)供電。

2.2 隧道通風(fēng)照明

基于公路隧道應(yīng)用的特殊性，因一般隧道都處于比較偏遠(yuǎn)的地段，采用鄉(xiāng)電的較多，而由于鄉(xiāng)電本身就不穩(wěn)定，經(jīng)常面臨著停電風(fēng)險(xiǎn)。為此，一般采用EPS應(yīng)急電源。如果電源前段沒有配置穩(wěn)壓電源，所帶負(fù)載中有精密設(shè)備或?qū)﹄妷阂蟊容^高的設(shè)備，可選用UPS電源。UPS不間斷，長期處于工作狀態(tài)，前段電壓不穩(wěn)，UPS可以確保輸出穩(wěn)定。通常，UPS單機(jī)容量為10～800 kVA。EPS所帶負(fù)載主要分布在應(yīng)急照明、消防、通風(fēng)等系統(tǒng)。隧道中的這些應(yīng)用系統(tǒng)均保障了公路隧道中車輛及人員的安全運(yùn)行。

2.3 公路管理單位計(jì)費(fèi)與監(jiān)控中心

推薦使用模塊化UPS電源，因?yàn)槠渚S護(hù)時(shí)間短且節(jié)能。在UPS輸入端配置ATS自動(dòng)切換開關(guān)，當(dāng)其中一市電斷電時(shí)，ATS可自動(dòng)切換至另一路油機(jī)輸入；當(dāng)市電恢復(fù)時(shí)，ATS自動(dòng)復(fù)位到市電一。由于ATS可實(shí)現(xiàn)2路市電的切換，可以減少電池的放電次數(shù)和放電時(shí)間，從而延長了電池的使用壽命。

3 UPS的選型

高頻UPS、工頻UPS、模塊化UPS選型比較結(jié)果見表1.

機(jī)房UPS電源的選擇是根據(jù)機(jī)房所需設(shè)備而定的，比如配監(jiān)控、服務(wù)器、交換機(jī)之類的屬于容性負(fù)載，在購買UPS電源時(shí)選擇高頻機(jī)就可以了。如果是印刷機(jī)、自動(dòng)化設(shè)備、自動(dòng)門禁系統(tǒng)等，就屬于感性負(fù)載以及供電質(zhì)量不好的環(huán)境，需要配工頻UPS電源。UPS需根據(jù)負(fù)載的大小來選擇。

4 UPS蓄電池配備

UPS備用時(shí)間的長短是由UPS的儲(chǔ)能裝置決定的，現(xiàn)在的UPS一般都用全密封的免維護(hù)鉛酸蓄電池作為儲(chǔ)能裝置，電池容量的大小由安時(shí)數(shù)（AH）這個(gè)指標(biāo)反映，其含義是按規(guī)定的電流進(jìn)行放電的時(shí)間。電池容量的計(jì)算公式如下：

放電率和時(shí)間關(guān)系見表2.

舉例說明如下。

4.1 CHP-10 kVA電池電壓

CHP-10 kVA電池電壓：384 V延時(shí)30 min。

（可選24 AH）

4.2 EPS-20 kW電池電壓

EPS-20 kW電池電壓：384 V延時(shí)60 min。

（可選100 AH）

UPS電源輸入、輸出連接線的計(jì)算方法為：UPS電源容量÷3相÷220 V÷4 A/mm=線徑大小.

電池輸入線的計(jì)算方法如下：

4.3 —臺(tái)單10 K機(jī)器

—臺(tái)單10 K機(jī)器，電壓節(jié)數(shù)為16節(jié)，電池連接線所用的平方米數(shù)為：

5 結(jié)束語

總之，高速公路管理離不開完善、可靠的機(jī)電系統(tǒng)的支持，配置安全、可靠的電源支撐系統(tǒng)，是確保高速公路機(jī)電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的前提。UPS電源為穩(wěn)壓不間斷電源，在保護(hù)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)、通信、收費(fèi)、監(jiān)控設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，保證電壓的穩(wěn)定等方面是非常重要的，對(duì)確保高速公路機(jī)電系統(tǒng)的可靠性具有良好的效用。本文主要研究了UPS電源在高速公路收費(fèi)站、隧道照明及通風(fēng)、監(jiān)控中心中的應(yīng)用，根據(jù)不同功能區(qū)域的設(shè)備特性、不同負(fù)載的特點(diǎn)提出了相應(yīng)的供電方案建議，為保證高速公路的正常運(yùn)營提供參考。

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〔編輯：劉曉芳〕