特長隧道供配電系統(tǒng)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

凌 虎 （安徽省交通控股集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 23005）

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全國高速公路網(wǎng)也加快了建設(shè)的步伐，隨之出現(xiàn)了越來越多的隧道群、特長隧道，如何更好地保障隧道營運(yùn)安全，一直是公路隧道設(shè)計(jì)和營運(yùn)中需要考慮的首要問題。公路隧道是一個(gè)封閉的環(huán)境，營運(yùn)環(huán)境較為特殊，通風(fēng)、消防、照明、監(jiān)控等配套設(shè)施是保障隧道安全運(yùn)營的基礎(chǔ)設(shè)施，因此為這些負(fù)荷提供安全可靠的供電顯得尤為重要。本文結(jié)合隧道供配電系統(tǒng)特點(diǎn)，在不大量增加設(shè)備的前提下，通過優(yōu)化隧道內(nèi)供配電方案，提升了隧道機(jī)電設(shè)施供電可靠性，有力保障了隧道營運(yùn)安全。

1 隧道概況

桃墅嶺隧道是安（慶）景（德鎮(zhèn)）高速公路重點(diǎn)控制性工程，位于皖贛兩省交界處，由兩省共建共營。設(shè)計(jì)為分離式隧道，左線全長3014m，右線全長3032m，左右線均為特長隧道，其中安徽段左線長2275m，右線長2408m，是皖贛經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈的真正咽喉地帶。隧道按照省界進(jìn)行劃分管理，隧道內(nèi)的供電以省界分界點(diǎn)為界，各自引入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的電源為隧道內(nèi)設(shè)備供電，其中安徽、江西均在各自省界內(nèi)設(shè)置1個(gè)配電房。隧道內(nèi)左右洞均設(shè)置通風(fēng)、照明、監(jiān)控、消防等機(jī)電設(shè)施。

2 隧道供電特點(diǎn)

①考慮兩省分屬不同的省電力公司，且考慮各方因素，未采用跨省環(huán)網(wǎng)供電形式。

②安徽段隧道由安徽供電，供電點(diǎn)為供電線路最末端。為保證末端供電電壓穩(wěn)定，采用室外變壓器給隧道洞口供電、室內(nèi)變壓器進(jìn)洞給洞內(nèi)地埋變，再對(duì)各用電設(shè)備進(jìn)行電力分配。

③發(fā)電機(jī)房設(shè)置在隧道外，自發(fā)電經(jīng)室內(nèi)變壓器升壓到10kV給隧道設(shè)備供電。

④考慮成本及供電可靠性，供電接線采用樹干式接線。

3 隧道用電負(fù)荷及性質(zhì)分類

建設(shè)期根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范及隧道特點(diǎn)主要設(shè)置有：隧道照明用高壓鈉燈燈具、運(yùn)營通風(fēng)用射流風(fēng)機(jī)、交通監(jiān)控及通信設(shè)備、消防、應(yīng)急電話及廣播設(shè)施、其它用電設(shè)施。隧道電力負(fù)荷應(yīng)根據(jù)供電可靠性和中斷供電在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)上所造成的損失或影響程度確定負(fù)荷等級(jí)。桃墅嶺隧道重要電力負(fù)荷的分級(jí)見表1。

桃墅嶺隧道重要電力負(fù)荷分級(jí)表 表1

4 桃墅嶺隧道建設(shè)期供配電設(shè)計(jì)方案

隧道供配電形式主要有3種：一種是放射式供電，供電可靠性高，故障發(fā)生后影響范圍較小，切換操作方便，保護(hù)簡單，便于自動(dòng)化，但配電線路和高壓開關(guān)柜數(shù)量較多；一種是樹干式供電，配電線路和高壓開關(guān)柜數(shù)量少，節(jié)約電纜，但故障影響范圍較大，供電可靠性較差；一種是環(huán)形供電，從兩個(gè)方向獲得電源，將供電網(wǎng)連接成環(huán)形，供電可靠性高，但供電切換較為復(fù)雜且地域協(xié)調(diào)難度大。

桃墅嶺隧道橫跨皖贛兩省，無法采用環(huán)形供電方式，桃墅嶺隧道（安徽段）外設(shè)一座10kV變電所，隧道內(nèi)供電方案采用樹干式供電，隧道內(nèi)左右洞各敷設(shè)1根風(fēng)機(jī)10kV電纜和1根照明10kV電纜，相互獨(dú)立。根據(jù)照明、風(fēng)機(jī)等機(jī)電負(fù)荷和供電半徑，左右洞隧道內(nèi)分為3區(qū)段供電：第一區(qū)段由洞外變電所輸出直接供電；第二、三區(qū)段設(shè)地埋變，對(duì)所屬區(qū)段的照明、風(fēng)機(jī)等機(jī)電設(shè)備供電，備用電源為隧道外變電所內(nèi)的柴油發(fā)電機(jī)經(jīng)過升壓變壓器輸送10kV電源供應(yīng)隧道內(nèi)應(yīng)急設(shè)備用電。由于10kV高壓電纜均為1根，且無備用電纜。進(jìn)行地埋變及電纜線路檢修及日常維護(hù)時(shí)，相應(yīng)地埋變及線路負(fù)荷將無法供電工作，如其中一根電纜或地埋變發(fā)生故障停止供電時(shí)，短時(shí)間內(nèi)無法修復(fù)，機(jī)電系統(tǒng)將癱瘓無法使用，輕則影響隧道內(nèi)車輛的通行效率，重則影響隧道內(nèi)人員和車輛的人身財(cái)產(chǎn)安全。

隧道供配電系統(tǒng)方案優(yōu)化簡單示意圖

5 供配電設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

為保障照明、風(fēng)機(jī)等負(fù)荷均能夠穩(wěn)定正常運(yùn)行，當(dāng)任一回路因發(fā)生故障停止供電時(shí)，另一回路能擔(dān)負(fù)相應(yīng)負(fù)荷供電，隧道內(nèi)供電方案優(yōu)化針對(duì)第二、三區(qū)段供電，由就近風(fēng)機(jī)地埋變經(jīng)低壓配電柜輸出電纜至附近照明地埋變處，設(shè)置低壓切換柜，當(dāng)照明地埋變、風(fēng)機(jī)地埋變或其供電電纜故障受損斷電時(shí)，通過切換柜人工切換由風(fēng)機(jī)地埋變供應(yīng)照明地埋變帶照明負(fù)荷或由照明地埋變帶風(fēng)機(jī)地埋變負(fù)荷，互為備份，一方面有利于地埋變或電纜檢修，一方面當(dāng)?shù)芈褡兓螂娎|故障時(shí)能迅速切換保障相應(yīng)負(fù)荷供電正常。該設(shè)計(jì)方案已于2014年12月實(shí)施，該項(xiàng)目投資金額小、新增設(shè)備少、實(shí)施過程中未影響營運(yùn)路段正常通行，獲得了有關(guān)單位一致好評(píng)。2016年10月，因照明地埋變故障導(dǎo)致桃墅嶺隧道江西至安徽方向洞內(nèi)無照明，電工迅速到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)通過切換將相應(yīng)照明負(fù)荷接入風(fēng)機(jī)地埋變，隧道照明短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，保障了隧道營運(yùn)安全有序。具體供電方案優(yōu)化設(shè)計(jì)圖如下圖所示。

由圖可知，1個(gè)風(fēng)機(jī)地埋變供1個(gè)照明地埋變相應(yīng)負(fù)荷供電，中間通過切換開關(guān)進(jìn)行供電切換（圖1虛線為相應(yīng)增加供電線路）。

6 結(jié)論

特長公路隧道的供電方案一直以來都是設(shè)計(jì)評(píng)審專家們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。安全、可靠的供電方案是確保隧道良好運(yùn)營的關(guān)鍵因素之一。對(duì)桃墅嶺隧道供電系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)營特點(diǎn)，在做充分調(diào)研后，提出了將風(fēng)機(jī)地埋變與照明地埋變互為備份的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，在充分利用現(xiàn)有設(shè)備情況下，優(yōu)化了隧道供電方案，解決了地埋變故障導(dǎo)致的隧道供電難題，使隧道得以安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)營和管理，也為以后工作提供更多的可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。