公路隧道工程中供配電系統(tǒng)特點(diǎn)以及電氣設(shè)計(jì)

鄭立峰

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)與科技地迅猛發(fā)展，我國的公路長度是世界之最，公路的質(zhì)量也得到了很大地提升，隧道的發(fā)展縮短了出行距離，進(jìn)一步提高了人們出行的便利性，與此同時(shí)，公路及公路隧道的工程量也大大增加，這樣對(duì)公路隧道的質(zhì)量也有了嚴(yán)格的要求。公路隧道帶來便利的同時(shí)，也比露天公路增加了些許危險(xiǎn)性，因此在進(jìn)行施工建設(shè)時(shí)要保證隧道使用的安全性，供配電系統(tǒng)是公路隧道工程極其重要的一部分，因此怎樣進(jìn)一步完善供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)，是公路隧道工程的重要課題之一。本文主要探討了公路隧道中供配電系統(tǒng)的特點(diǎn)和如何利用現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)地對(duì)其進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：公路隧道;供配電系統(tǒng);特點(diǎn);電氣設(shè)計(jì)

公路隧道是針對(duì)汽車進(jìn)行人力或者物力運(yùn)輸?shù)耐ǖ?，以前在條件不允許的情況下，會(huì)繞過障礙物盤山繞行，為了縮短運(yùn)行距離，以現(xiàn)在的科技水平大都采用開鑿隧道的方式。在我國隧道工程史上有一項(xiàng)接一項(xiàng)的隧道工程沖破了各種阻礙完成了建設(shè)目標(biāo)，例如位于青海花久高速上的雪山一號(hào)隧道，施工人員克服了高海拔、溫度極低、高度缺氧的困難，在千年凍土上開鑿出單程長達(dá)四千多米的公路隧道，這是值得驕傲的，相對(duì)應(yīng)的惡劣的環(huán)境下對(duì)供配電系統(tǒng)也有著嚴(yán)格要求。開鑿隧道的難度較大，相配備的電氣設(shè)計(jì)是必須的，比如說照明、消防等，公路隧道的機(jī)電工程應(yīng)運(yùn)而生。合理完善的電氣設(shè)計(jì)為供配電系統(tǒng)安全、平穩(wěn)地運(yùn)行提供了切實(shí)地保障。

1公路隧道工程中供配電系統(tǒng)存在的特點(diǎn)

針對(duì)公路隧道進(jìn)行具體地電氣設(shè)計(jì)時(shí)，電纜的選擇、變壓器的選擇、保護(hù)裝置等的選擇都是根據(jù)每個(gè)隧道工程的外部環(huán)境以及隧道本身工程量的大小來判斷的，因地制宜。優(yōu)化隧道供配電系統(tǒng)是有必要性的，長遠(yuǎn)來說，對(duì)減少交通事故的發(fā)生以及對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全都有相當(dāng)重要的保障。

雖然在隧道建成時(shí)已經(jīng)配備足量需求的變電站，由于多種因素的影響，電壓不穩(wěn)的情況時(shí)常發(fā)生，一般分成兩種情況：電壓低和電壓高，出現(xiàn)電壓低的是在白天，是因?yàn)橛秒娏看?，?fù)荷過多，這種時(shí)候就容易發(fā)生觸發(fā)器失誤操作的情況;出現(xiàn)電壓高的情況自然是晚上，這時(shí)又會(huì)造成一定的能源損耗。照明器具在這種電壓忽高忽低的狀態(tài)下容易造成一定的損壞，縮短使用壽命。公路隧道的復(fù)雜性決定了對(duì)供配電系統(tǒng)優(yōu)化的必要性，要求縝密地設(shè)計(jì)，過硬的質(zhì)量[1]。公路隧道供配電系統(tǒng)必須保證安全性，因?yàn)樗淼涝谄渌闆r正常，供配電系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，輕則影響正常的交通，重則可能導(dǎo)致交通安全事故的發(fā)生，對(duì)人民財(cái)產(chǎn)生命安全有著嚴(yán)重的威脅。公路隧道中最怕火災(zāi)發(fā)生，因?yàn)樗淼理敳渴敲芊獾?，只有兩?cè)通風(fēng)口，一旦發(fā)生火災(zāi)，濃煙不能及時(shí)散發(fā)出去，對(duì)整個(gè)隧道車輛上的人員生命都會(huì)產(chǎn)生威脅，容易造成特大安全事故，因?yàn)楣┡潆娤到y(tǒng)對(duì)火災(zāi)的預(yù)防起到相當(dāng)大的作用，實(shí)行條件是達(dá)到一級(jí)負(fù)荷，所以隧道施工技術(shù)人員一定要按照建造供配電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行，為了以防萬一還需要準(zhǔn)備備用電源，預(yù)防突發(fā)事故[2]。在供配電的具體施工過程中，不能為了節(jié)省成本偷工減料，不注意電力設(shè)備的質(zhì)量，特別是距離長、工程量大、難度高的隧道工程中，不僅要配備足夠的電氣設(shè)備，還要嚴(yán)格篩選設(shè)備的質(zhì)量、型號(hào)、規(guī)格，確保符合本次工程的使用標(biāo)準(zhǔn)。除了公路隧道主體的供配電要求，相應(yīng)的輔助供配電和其他設(shè)施的用電也要完善，兩者要相互協(xié)調(diào)，還有要對(duì)通風(fēng)、消防、監(jiān)控等輔助設(shè)施設(shè)備進(jìn)行完善。隧道內(nèi)需要隨時(shí)確保良好的照明條件。綜上所述，公路隧道的供配電系統(tǒng)有著多樣化、復(fù)雜化的特點(diǎn)，根據(jù)這些特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，確保隧道工程的安全性。

2公路隧道供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)

2.1合理設(shè)計(jì)消防負(fù)荷雙電源末端切換

公路隧道工程的防火設(shè)計(jì)是必不可少也是至關(guān)重要的，隧道中有了防火設(shè)計(jì)能夠快速地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患，小的火災(zāi)事故發(fā)生時(shí)也能及時(shí)撲滅。火災(zāi)設(shè)計(jì)包括兩種類型：一是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng);二是消防設(shè)施設(shè)備，為了使防火系統(tǒng)地有效運(yùn)行，可以使用雙電源末端切換的技術(shù)，即使這種技術(shù)的設(shè)計(jì)規(guī)范沒有明文規(guī)定，但是在實(shí)際操作中可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理地設(shè)計(jì)。雙電源末端切換技術(shù)地使用有一定的局限性：增加一定的材料成本，電纜使用數(shù)量增多，供電的面積也會(huì)變大;隧道內(nèi)部的環(huán)境相對(duì)于露天公路來說，有它的特殊性，這種特殊性會(huì)使末端切換箱容易被損壞與腐蝕，進(jìn)而會(huì)影響其切換功能的使用。但是雙電源末端切換也有它的好處：因?yàn)槭请p電源，在其中一路電源出現(xiàn)問題時(shí)，另外一路電源就會(huì)頂上，繼續(xù)供電，可以有效防止出現(xiàn)斷電的情況。公路隧道內(nèi)部的電纜是并排鋪設(shè)的，距離較近，如果其中一條電纜被破壞，其他電纜隨之被影響，為了避免過流損壞，每一條電纜都安裝了短路保護(hù)裝置。有的隧道為了防止鼠蟻噬咬，還會(huì)使用鎧裝電纜。另外，在設(shè)計(jì)隧道供配電系統(tǒng)的時(shí)候，負(fù)責(zé)輸送電源的變電所回會(huì)準(zhǔn)備兩路電源，模式是單母線分段聯(lián)絡(luò)，合理設(shè)計(jì)了消防負(fù)荷的雙電源末端切換，是一種放射性供電的方式，如此一來，公路隧道供電的穩(wěn)定性有了保障[3]。

2.2選取合適的變壓器容量

顧名思義，變壓器是控制電壓，保證電壓的穩(wěn)定性。在公路隧道工程中會(huì)用到形形色色的電力設(shè)備，變壓器是其中一種，也是很重要的一種。在選取變壓器的容量時(shí)，要根據(jù)隧道供配電系統(tǒng)的大小進(jìn)行科學(xué)選取，確保供電安全。對(duì)隧道變電所總的用電量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選取容量合適的變壓器，然后再電源上安裝相同容量的變壓器，一臺(tái)變壓器就會(huì)承擔(dān)1/2的負(fù)荷，如果其中一臺(tái)變壓器發(fā)生故障，另外一臺(tái)便會(huì)暫時(shí)承擔(dān)此路電源的負(fù)荷，出現(xiàn)超負(fù)荷的情況，這種辦法對(duì)變壓器損耗比較大。照明用電和通風(fēng)用電是隧道內(nèi)部主要的兩種用電負(fù)荷。根據(jù)隧道長短及其他方面的不同，進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)是可以分為長期和短期，兩者之間在規(guī)劃設(shè)計(jì)量上有著很大的差距，變壓器容量選取不當(dāng)會(huì)造成浪費(fèi)[4]。因此在設(shè)計(jì)變壓器容量時(shí)首先依據(jù)短期的用電負(fù)荷，如果日后發(fā)生變化，可以使用更大容量的變壓器代替來滿足隧道的用電需求。一臺(tái)變壓器容量就要完全承擔(dān)一級(jí)負(fù)荷，負(fù)載率是在0.6和0.8之間。除此之外，選取變壓器容量時(shí)要考慮到溫度對(duì)變壓器地影響，溫度升高會(huì)降低輸出功率，增加損耗。

2.3變壓器保護(hù)裝置的選取

設(shè)計(jì)合理的變壓保護(hù)裝置是保證公路隧道供配電系統(tǒng)安全運(yùn)行的有力保障，最多使用的是斷路器，也有少部分使用負(fù)荷開關(guān)加熔斷器的情況，但是通過比較，斷路器的缺點(diǎn)較為明顯，所以在后面會(huì)詳細(xì)講述負(fù)荷開關(guān)加熔斷器的特點(diǎn)以及在實(shí)際運(yùn)用中的情況。后者在實(shí)際使用情況中，短路保護(hù)的現(xiàn)象出現(xiàn)的沒有開關(guān)負(fù)荷切換的情況多，負(fù)荷開關(guān)加熔斷器工作時(shí)是分離開的，各有各的使用作用，負(fù)荷開關(guān)可以進(jìn)行負(fù)荷切換，熔斷器的作用是短路保護(hù)，有一種限流熔斷器可以在極短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行短路保護(hù)，應(yīng)急能力比較強(qiáng)，所以具有廣闊的市場前景。負(fù)荷開關(guān)加熔斷器的使用標(biāo)準(zhǔn)一些城市有在用電使用規(guī)范當(dāng)中進(jìn)行說明：單臺(tái)變壓器容量低于1600kVA時(shí)，采取的保護(hù)措施是負(fù)荷開關(guān)加熔斷器;當(dāng)數(shù)值大于1600kVA時(shí)，才會(huì)使用斷路器這種保護(hù)裝置。而在隧道工程中選取哪種保護(hù)裝置與上述數(shù)值是不一樣的，是以500kVA為中間數(shù)值，大于這個(gè)數(shù)值的，就會(huì)使用高壓斷路器，小于這個(gè)數(shù)值的，就會(huì)使用高壓熔斷器，在實(shí)際施工當(dāng)中，根據(jù)規(guī)范選取適用的保護(hù)裝置[5]。

2.4應(yīng)急電源的設(shè)計(jì)

應(yīng)急電源的作用體現(xiàn)在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，依然能夠保證照明、排風(fēng)、消防等工作順利進(jìn)行，所以公路隧道在設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)時(shí)，就要對(duì)應(yīng)急電源重視起來，增強(qiáng)事故發(fā)生時(shí)的安全保障。設(shè)計(jì)應(yīng)急電源應(yīng)當(dāng)注意以下問題：隧道的工作時(shí)間和電源轉(zhuǎn)換時(shí)間的長短;應(yīng)急電源的電源負(fù)荷類型。“雞蛋不能放在一個(gè)籃子里”，應(yīng)急電源也不能只選擇一種，所以在電氣設(shè)計(jì)時(shí)，一般會(huì)使用多種應(yīng)急電源，以應(yīng)對(duì)突發(fā)情況，比如說在長度很長的隧道里，利用柴油進(jìn)行發(fā)電不會(huì)受到時(shí)間地干擾，但是這種發(fā)電方式的轉(zhuǎn)換周期過長，這時(shí)候，蓄電池直接發(fā)電的優(yōu)勢(shì)就展現(xiàn)出來了。一般來說，應(yīng)急電源可以分為四種：第一種是蓄電池電源;第二種是利用柴油機(jī)發(fā)電的電源;第三種是組合類電源;第四種是電網(wǎng)自身和電回路分離出來的電源。一個(gè)隧道會(huì)有兩個(gè)及以上的應(yīng)急電源存在，將各種應(yīng)急電源的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，盡可能發(fā)揮出應(yīng)急電源的作用[6]。

2.5低壓斷路器的選擇

低壓斷路器的失壓脫扣器附件在實(shí)際工作中一定程度上能夠保證隧道供電的穩(wěn)定性和安全性，一旦電源電路出現(xiàn)故障，低壓斷路器會(huì)去除多余的用電負(fù)荷，進(jìn)而才能確保供電的安全性，這是低壓斷路器的優(yōu)點(diǎn)。它的不足之處是：沒有達(dá)到完全自動(dòng)化，操作起來很麻煩;失壓脫扣器沒有辦法不帶電，所以會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的、持續(xù)的噪音，增加電能損耗;對(duì)外部條件要求較高，隧道內(nèi)潮濕或者出現(xiàn)電壓突然升高的情況，就會(huì)被燒毀。針對(duì)上述等情況，在最初設(shè)計(jì)電路時(shí)，就應(yīng)該把重要的負(fù)荷與不重要的負(fù)荷區(qū)別開來，安裝在不同的線路上，如果出現(xiàn)意外情況，可以直接跳過不重要的負(fù)荷，對(duì)主要負(fù)荷進(jìn)行供電。

3結(jié)語

伴隨著科技的騰飛，我國的公路隧道工程也實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，施工技術(shù)也越來越成熟，供配電系統(tǒng)是保證隧道正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，對(duì)其不斷優(yōu)化和完善使得隧道的安全性、穩(wěn)定性和使用效率大大增加，在源頭上減少甚至避免公路隧道中交通事故的發(fā)生，在事故發(fā)生過程中使用應(yīng)急電源或者其他的電氣設(shè)計(jì)降低事故的損失，對(duì)挽回人民群眾的經(jīng)濟(jì)損失保證其生命安全有著重要作用。在實(shí)際工作當(dāng)中，科學(xué)合理地進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)，在發(fā)展中也存在著一些問題，阻礙了供配電系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，要學(xué)會(huì)正視問題并解決問題，為公路隧道的發(fā)展做貢獻(xiàn)。

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