淺析高速公路機電工程供配電施工技術

鐘燕東

漳州市城市建設投資開發(fā)有限公司（363000）

1 高速公路機電工程供配電系統(tǒng)概念及技術要點

機電工程是高速公路建設項目中的一個單項工程。 高速公路機電工程一般包括三大系統(tǒng)（通信系統(tǒng)、收費系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)）和隧道通風、照明、消防及沿線供配電系統(tǒng)等。不同組成部分又包括多種設備和設施，如通信系統(tǒng)包括發(fā)端設備、收端設備和信道設施等。所有設施都需要供配電系統(tǒng)為其提供運行動力。

供配電系統(tǒng)不僅要滿足高速公路照明、隧道通風等用電需求， 還需要滿足高速公路工程建設、運營及后續(xù)維護等方面的用電需求。供配電系統(tǒng)還需保證通訊設備、養(yǎng)路設備、服務區(qū)功能用電需求，確保機電工程可以穩(wěn)定運行[1]。 所以在系統(tǒng)整體設計時，要從機電工程規(guī)模、負荷及技術等方面進行評估分析，從先進性、安全性和經(jīng)濟性等角度制訂合理方案，為高速公路機電工程建設和運行打下可靠基礎。

2 高速公路機電工程供配電系統(tǒng)設計方案分析

2.1 工程案例概況

漳州沈海復線高速公路位于漳州境內(nèi)， 全長107 km，其機電工程施工分為4 個標段。 三大系統(tǒng)（通信、收費、監(jiān)控系統(tǒng)）分為2 個標，隧道通風、照明、消防及沿線供配電系統(tǒng)又分為2 個標；包含1個管理分中心，6 個收費站，2 對服務區(qū)、8 個變電站，9 座隧道及沿線交通監(jiān)控、收費、通信系統(tǒng)等。沿線所涉及的許多設備要求電力供應穩(wěn)定且不間斷，同時，還需要滿足機電工程相關設備安裝施工和運行。 工程具體還涉及到線纜、 高壓鈉燈、LED 燈組、滅火設施、射流風機、低壓開關柜和綜合發(fā)電機組等部件或設備。

2.2 供配電技術方案設計

2.2.1 整體設計

高速公路機電工程在配電系統(tǒng)方案設計時，首先要做好負荷分類。 在該工程案例當中，供配電系統(tǒng)的供電對象不僅包括沿線設備、設施，還包括各個重點區(qū)域的機電工程、服務系統(tǒng)，如隧道、收費站、服務區(qū)等。 在實際工程中，高速公路沿線設施、隧道機電工程需要可靠的電力以確保高速公路通信、收費、監(jiān)控等設備正常運行。 基于此，該案例中高速公路沿線、隧道等核心位置機電工程供配電系統(tǒng)按一級用電負荷進行設計；而像收費區(qū)、服務區(qū)等區(qū)域的照明設施，則按二級用電負荷進行設計[2]。

2.2.2 供電方式

針對該案例工程特點，機電工程設計團隊決定采用集中供電方式。 考慮到服務區(qū)和收費站這類地點負荷容量比較大，因此在相關區(qū)域分別設立了變電所， 以就近原則配備了單路10 kV 高壓電源，根據(jù)負荷分級及負荷分布情況，采用“單市電 + 柴油發(fā)電機+ UPS 電源”的供電方案，采用雙電源供電，兩路電源于變配電所內(nèi)低壓切換。 變電所設置一臺柴油發(fā)電機組，作為市電的備用電源，在電源故障的狀態(tài)下，由柴油發(fā)電機組發(fā)電并由雙電源開關自動切換，可以持續(xù)為收費、通訊和監(jiān)控系統(tǒng)等重要負荷供電。

另外，在該配電系統(tǒng)施工完畢之后，要對臨時用電電源進行轉(zhuǎn)換，用永久性用電電源代替。 同時，配電所內(nèi)部要基于負荷分布狀況來設計低壓配電室，一般可以用低壓配電盤引出低壓線路，為鄰近位置監(jiān)控系統(tǒng)、通信設備供電。 對監(jiān)控機房這類場所，使用專用的供電線路來提供電力，確保供電的可靠性。

2.2.3 隧道部分

高速公路工程中，隧道路段具有用電設備集中、可靠性要求高等特點，并且需要敷設較長供電線路才能滿足其用電需求。 在實際施工中，需要考慮線路電壓損失率，所以一般會使用中壓供電系統(tǒng)。 該系統(tǒng)從主變電站引入10 kV 電源，低壓開關柜電纜采用下進下出接線方式，低壓柜至變壓器采用電纜敷設；饋出線為下出線，電纜沿溝內(nèi)電纜支架敷設至出口，然后穿電纜保護管引至變電站，為隧道內(nèi)的通風、消防、照明系統(tǒng)供電。 考慮到隧道環(huán)境的特殊性，需要充分保證供配電安全性[3]。 在本案例中，設計團隊配置了自備電源和2 路外電源，主要目的就是在外電源出現(xiàn)故障時，可以隨即采用柴油發(fā)電設備進行供電。 該系統(tǒng)以分段母線供電的方式，保證所有設備設施都擁有單獨回路；照明供電系統(tǒng)配置的是獨立電源，以避免母線電壓波動影響照明穩(wěn)定性。 另外，所有與高、低壓電氣設備有關的金屬元件（帶電結構除外）都應按照有關規(guī)定，牢固有效地接零和接地，并進行等電位連接，構成等電位接地系統(tǒng)。

3 高速公路機電工程供配電系統(tǒng)施工技術分析

3.1 前期勘察

首先，需要由設計、施工單位聯(lián)合對工程現(xiàn)場環(huán)境及工程圖紙進行勘察和審核，在規(guī)定的期限內(nèi)主持召開技術交底會議及編制施工組織計劃，確保施工方法和供配電技術類型符合實際要求。 同時還需要找出現(xiàn)場環(huán)境中存在的不利因素，及時調(diào)整施工技術實施方案或報監(jiān)管單位協(xié)調(diào)解決。

3.2 技術設備及材料管理

在施工準備和實際施工過程中，需要對所有的工程材料、設施、設備、元件的質(zhì)量進行把控，確保其能夠達到供配電系統(tǒng)設計要求。 如高低壓柜、變壓器、發(fā)電機組及各類線纜等，需要對其生產(chǎn)制造商的資質(zhì)進行全面審核，確保在工程沿線各種環(huán)境下，設備及材料的品質(zhì)都能夠保持穩(wěn)定、可靠。 在設備及材料進場后，需要構建嚴謹?shù)慕坏讬C制，確保其從入庫、出庫到實際使用都符合工藝要求[4]。

3.3 施工管理

要加強施工管理，確保所有環(huán)節(jié)和細節(jié)的施工質(zhì)量都達到工程設計要求。 電纜橫穿道路邊溝時，應穿鋼管在溝底敷設；過橋處電纜沿護欄外側玻璃鋼管箱敷設； 隧道內(nèi)電纜沿洞內(nèi)電纜溝支架敷設；電纜改變敷設方式處設手孔井過渡。 如案例中隧道工程用到的通風設備，首先需要采用電纜溝敷設法來配置合適的配電電纜，然后在風機安裝的位置使用二次襯砌的方式來連接設備和線纜，以保證線纜和風機之間連接的穩(wěn)定性。 同樣的，在隧道照明主電纜敷設時，也可以采用線纜溝進行敷設，以達到保護線纜的作用；而對于分支線纜，則需要結合實際情況采用電纜橋架等敷設方式。 需要注意的是，隧道中的應急照明供電回路要使用具備耐火性能的電纜，與之配套的其他電纜需要具備阻燃特性。 而在隧道供配電設施的施工中，需要考慮到隧道工程特殊環(huán)境，通過各種方法保證供電穩(wěn)定和安全。 如在第二段母線上要配置轉(zhuǎn)換開關，以保證在外接電源故障停電的情況下， 發(fā)電機組可以自動投切，維持供電。 還可以使用微機監(jiān)控系統(tǒng)對供配電系統(tǒng)進行繼電保護[5]。 隧道配電設施安裝單位需要與隧道工程施工單位進行溝通和協(xié)調(diào)，提前為相關管道及設備預留安裝空間。

4 結語

綜上所述，機電工程供配電系統(tǒng)作為支撐高速公路運營管理的動力源泉，其設計合理性、技術先進性、質(zhì)量可靠性都至關重要。 要求相關工程設計人員對工程實際情況進行全面考察，基于現(xiàn)代技術理念進行科學化設計，并在施工勘察、材料管理、施工管理等方面做到專業(yè)、可靠，才能保質(zhì)保速地順利完成建設任務，為高速公路的安全、高效運營提供不可或缺的支持與保障。