高速公路供配電系統(tǒng)與故障排除技術(shù)要點(diǎn)

王 毅

四川成自瀘高速公路開發(fā)有限責(zé)任公司，四川自貢 643000

近年來(lái)，我國(guó)在很多地方建設(shè)了高速公路，由于此類公路施工涉及的內(nèi)容較多，作業(yè)期間容易受到多種因素影響出現(xiàn)道路質(zhì)量、安全問(wèn)題，嚴(yán)重影響公路的使用價(jià)值以及獲取社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，需要施工單位掌握不同施工項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn)，以此來(lái)提升工程作業(yè)質(zhì)量安全。高速公路建設(shè)期間，供配電系統(tǒng)為重要的施工項(xiàng)目，基于該系統(tǒng)能夠?qū)ο嚓P(guān)公路沿線設(shè)施提供電能，確保監(jiān)控、照明等系統(tǒng)在通電后可以正常有序地工作，所以高速公路施工單位需要對(duì)供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作予以重視，把握好系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)事宜，從而得出科學(xué)合理的高速公路供配電系統(tǒng)方案，并且在系統(tǒng)應(yīng)用期間采取先進(jìn)的故障排除技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)容易發(fā)生的種種故障問(wèn)題，并準(zhǔn)確排除，有效增強(qiáng)供配電系統(tǒng)供電的安全性、可靠性。

1 高速公路供配電系統(tǒng)分析

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高速公路的沿線設(shè)施在用電期間，會(huì)在道路相應(yīng)位置修建變電站，借助于變壓器將發(fā)電廠傳輸至變電站的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，使之成為可供使用的交流電或直流電。其中，供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括變電設(shè)備、柴油發(fā)電設(shè)備、交流配電房、整流器、交流穩(wěn)壓器等，具體而言在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面需要設(shè)計(jì)直流電源，以供通信設(shè)備工作時(shí)使用，此種電源主要包括直流配電屏、蓄電池組以及整流器等裝置，各個(gè)部分組合之后共同發(fā)揮出電源供電作用；設(shè)計(jì)電壓變換設(shè)備，用于構(gòu)建直流供電系統(tǒng)，主要設(shè)備為直流變換器；設(shè)計(jì)交流不間斷電源，確保交流電能夠持續(xù)供給，此種電源組成部分為直流電源、逆變器、電源；此外，還需要設(shè)計(jì)柴油發(fā)電機(jī)設(shè)備，以便在發(fā)生大范圍的供電故障或者斷電情況時(shí)，可以使用柴油機(jī)直接進(jìn)行發(fā)電，以免發(fā)生相關(guān)監(jiān)控、照明等系統(tǒng)由供電中斷所致的故障或無(wú)法運(yùn)行等情況。

在系統(tǒng)工作期間，各個(gè)供配電設(shè)備同時(shí)運(yùn)行，產(chǎn)生的負(fù)荷較多，為了保證負(fù)荷量處于額定容量的標(biāo)準(zhǔn)以下，需要計(jì)算供電負(fù)荷，依據(jù)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)選用的變壓器、導(dǎo)線截面等進(jìn)行合理選擇，可以確保供配電設(shè)備能夠安全運(yùn)行，降低設(shè)備損壞風(fēng)險(xiǎn)。供電負(fù)荷等級(jí)主要分為3級(jí)，其一為一級(jí)負(fù)荷，即若供配電系統(tǒng)發(fā)生工作中斷情況，會(huì)產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重的情況下還會(huì)發(fā)生人員傷亡事故；其二為二級(jí)負(fù)荷，即供配電中斷之后，會(huì)出現(xiàn)相關(guān)供電設(shè)備故障、損壞等情況，設(shè)備維護(hù)檢修難度大、耗時(shí)長(zhǎng)；其三為三級(jí)負(fù)荷，即除過(guò)一級(jí)、二級(jí)負(fù)荷的電力負(fù)荷均為三級(jí)負(fù)荷，以上等級(jí)的劃定標(biāo)準(zhǔn)為供配電系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量與中斷供配電所致的不良影響。因此，設(shè)計(jì)高速公路供配電系統(tǒng)期間，要求依據(jù)一級(jí)用電負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行用電設(shè)備負(fù)荷設(shè)計(jì)的對(duì)象主要為收費(fèi)、監(jiān)控、通信等系統(tǒng)，二級(jí)用電負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)則主要用于高速公路照明系統(tǒng)、停車區(qū)域、沿途服務(wù)區(qū)等負(fù)荷設(shè)計(jì)。

1.2 供電方式

當(dāng)前用于高速公路供配電系統(tǒng)工作運(yùn)行使用的供電方式較多，要求設(shè)計(jì)人員結(jié)合高速公路施工方案的內(nèi)容以及施工所在地的基本情況，確定最終的供電方式，保證選用的供電方式具有較高的經(jīng)濟(jì)性價(jià)值，建設(shè)時(shí)花費(fèi)的資金較少，后續(xù)的設(shè)備維修養(yǎng)護(hù)工作方便快捷。對(duì)于我國(guó)現(xiàn)階段修建的一些高速公路進(jìn)行供配電系統(tǒng)的深入研究后，發(fā)現(xiàn)主要選用的供電方式為：獨(dú)立電源聯(lián)合柴油發(fā)電機(jī)組，共同組成2路供電線路，其中獨(dú)立電源由變電站直接進(jìn)行電能提供，后者則為備用電源，發(fā)電機(jī)組能夠在獨(dú)立電源中斷后直接提供給供配電系統(tǒng)所需的電能，通過(guò)這兩路電源可以確保一級(jí)與二級(jí)供電負(fù)荷正常，不會(huì)發(fā)生供電異常產(chǎn)生的故障、經(jīng)濟(jì)損失等問(wèn)題。

1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

當(dāng)前高速公路供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作面臨的阻礙性因素較多，需要設(shè)計(jì)人員不可忽視影響系統(tǒng)工作價(jià)值實(shí)現(xiàn)的相關(guān)細(xì)節(jié)問(wèn)題，以便提升方案設(shè)計(jì)的價(jià)值，減少運(yùn)行故障發(fā)生率，減輕系統(tǒng)故障檢修人員的工作任務(wù)量，降低檢修工作難度，確保供配電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)方面不會(huì)出現(xiàn)較大問(wèn)題，整個(gè)設(shè)計(jì)方案的應(yīng)用可行性較高。其一，在供電電源方面。需要高速公路修建專門的變電站，由公路周邊地區(qū)的高壓供電網(wǎng)供給電能，以此應(yīng)用電源維持供配電系統(tǒng)正常的工作狀態(tài)；為避免發(fā)生供配電中斷情況，還需要設(shè)計(jì)輔助使用的供電裝置，以供關(guān)鍵供電設(shè)備不間斷供電所用，保證整個(gè)供電工作具有可靠性。其二，供電質(zhì)量方面。需要高速公路上的沿途收費(fèi)站，設(shè)置自動(dòng)穩(wěn)壓電源，以此保證收費(fèi)系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生供電問(wèn)題導(dǎo)致的故障情況；對(duì)于低壓?jiǎn)蜗喙╇姡氉⒁獠豢蛇M(jìn)行較遠(yuǎn)地區(qū)供電的設(shè)計(jì)，若供電范圍過(guò)大則會(huì)出現(xiàn)電能供應(yīng)不足情況，因此，應(yīng)盡量進(jìn)行相關(guān)系統(tǒng)所需電源的集中供電供給，從而構(gòu)建穩(wěn)定的供電系統(tǒng)，有效提升供電質(zhì)量，保證高速公路整個(gè)供配電系統(tǒng)能夠高質(zhì)量的進(jìn)行供配電工作。其三，繼電保護(hù)方面。為了避免供配電系統(tǒng)發(fā)生多種運(yùn)行問(wèn)題，則需要設(shè)計(jì)人員做好漏電保護(hù)、短路保護(hù)等繼電保護(hù)設(shè)計(jì)工作，并且應(yīng)用三相平衡法來(lái)分配電力負(fù)荷，對(duì)于系統(tǒng)的相應(yīng)位置設(shè)計(jì)防雷保護(hù)，以降低雷電天氣對(duì)于輸電線路的干擾作用，避免無(wú)保護(hù)的線路在遭受雷擊后發(fā)生線路脫落、短路等問(wèn)題。其四，防電磁干擾方面。由于高速公路運(yùn)營(yíng)期間每日的交通流較大，要求公路管理部門依托設(shè)置車輛檢測(cè)器等裝置，對(duì)于行駛于高速公路上的車輛進(jìn)行運(yùn)行情況的檢查，從而在發(fā)生交通擁堵、交通事故等情況時(shí)，高速公路指揮中心的工作人員能夠及時(shí)結(jié)合數(shù)據(jù)對(duì)于相關(guān)情況作以妥善處理，但是供配電系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，發(fā)生檢測(cè)裝置的電磁干擾問(wèn)題，這就要求設(shè)計(jì)人員能夠?qū)㈦姶鸥蓴_因素考慮進(jìn)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中，降低電磁因素對(duì)于相關(guān)檢測(cè)器產(chǎn)生的不利影響。

2 供配電系統(tǒng)常見故障排除技術(shù)分析

首先為超負(fù)荷。常規(guī)情況下基于供配電系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備工作期間有著較為穩(wěn)定的用電負(fù)荷，但是受到外界因素干擾，則容易發(fā)生超負(fù)荷情況，使得用電負(fù)荷變得極為不穩(wěn)定， 而且容易出現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行故障，針對(duì)該項(xiàng)故障問(wèn)題要求采取容量擴(kuò)增、增加手段進(jìn)行處理，便可以保證設(shè)備用電負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間趨于穩(wěn)定狀態(tài)。具體處理超負(fù)荷問(wèn)題期間，要求準(zhǔn)備多臺(tái)變壓器，以此通過(guò)變壓器的共同工作，來(lái)輸送大量的電流，進(jìn)而能夠在輸電電流容量不斷擴(kuò)大的情況下，有效改善供配電系統(tǒng)的超負(fù)荷工作狀態(tài)。

其次為短路故障。分析常見的此種故障，可以了解到主要分為三相短路、二相/單相接地短路等具體的類型，在發(fā)生短路故障之后會(huì)導(dǎo)致供配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行中斷，干擾高速公路沿途相關(guān)裝置的正常工作。因此，在設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)期間，需要設(shè)計(jì)人員把握好不同類型短路故障的發(fā)生原因，對(duì)于較常發(fā)生故障的區(qū)域進(jìn)行繼電保護(hù)裝置的布設(shè)與安裝，以此在線路使用期間發(fā)生負(fù)荷異常情況時(shí)，便可以迅速跳閘，進(jìn)而切斷故障線路，以免影響其它正常線路、設(shè)備的工作質(zhì)量，將故障區(qū)域劃定在較小的范圍內(nèi)后，使得檢修人員可以盡快定位到故障點(diǎn)，快速排除故障；若沒有發(fā)生線路故障問(wèn)題，還需要應(yīng)用備用電源來(lái)確保供電設(shè)備能夠不間斷工作。

最后電源中斷故障。導(dǎo)致該故障發(fā)生的主要因素為應(yīng)用的電氣設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞，進(jìn)而導(dǎo)致與之相連接的輸電線路直接發(fā)生短路故障，在解決該故障時(shí)電氣設(shè)備的選擇工作較為重要，要求設(shè)計(jì)人員選擇相關(guān)連接線路的設(shè)備時(shí)，選取質(zhì)量性能優(yōu)良、技術(shù)指標(biāo)達(dá)標(biāo)、運(yùn)行效果良好的新型電氣設(shè)備，從而規(guī)避電源中斷故障的發(fā)生。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)很多高速公路安裝有供配電系統(tǒng)，有效提高了公路運(yùn)營(yíng)的價(jià)值，但是公路運(yùn)行期間若發(fā)生供配電的異常情況，便會(huì)影響供配電系統(tǒng)的工作質(zhì)量，繼而不利于監(jiān)控、通信以及收費(fèi)等系統(tǒng)的正常工作，致使高速公路在日常運(yùn)營(yíng)期間會(huì)出現(xiàn)繳費(fèi)異常、道路交通流無(wú)法檢出、通信設(shè)備故障、照明燈具失效等問(wèn)題。因此要求高速公路施工單位結(jié)合以往供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，并且積極的向一些成功進(jìn)行供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工的施工單位學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，以此綜合調(diào)查所得的全部信息，保質(zhì)保量地開展供配電設(shè)計(jì)工作，并采取相應(yīng)的故障排除技術(shù)來(lái)對(duì)系統(tǒng)加以保護(hù)，從而確保高速公路可以良好、穩(wěn)定運(yùn)行。