中壓供配電技術(shù)在高速公路及特大型橋梁工程中的應(yīng)用

摘要：介紹了中壓供配電技術(shù)，包括設(shè)備選型及接線模式，分析了高速公路及特大型橋梁中供配電系統(tǒng)的特點(diǎn)，闡述了中壓供配電技術(shù)在高速公路及特大型橋梁工程中的應(yīng)用情況，對(duì)于提升高速公路及特大型橋梁的供電可靠性具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：中壓;供配電技術(shù);高速公路;特大型橋梁;設(shè)備選型

0 引言

高速公路及特大型橋梁工程涉及的技術(shù)面廣，例如建設(shè)施工技術(shù)、載荷控制技術(shù)等，其中供配電技術(shù)在高速公路及特大型橋梁工程中也有廣泛應(yīng)用。本文主要從高速公路及特大型橋梁工程的通信、監(jiān)控和收費(fèi)等電力負(fù)荷供電方面，介紹中壓供配電技術(shù)在高速公路及特大型橋梁工程中的應(yīng)用，包括供配電系統(tǒng)中的設(shè)備選型、電能質(zhì)量、供電可靠性等方面。

1 中壓供配電技術(shù)

1.1 ? ?中壓供配電技術(shù)的設(shè)備選型

在高速公路及特大型橋梁工程供配電系統(tǒng)中，對(duì)于電氣設(shè)備的型號(hào)選擇，可以從負(fù)荷容量、短路電流水平、開斷能力以及經(jīng)濟(jì)成本等方面綜合考慮，并分別在供配電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)和發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行計(jì)算，以保證電氣設(shè)備能夠在多種不同場(chǎng)合中不被損壞。以斷路器選型為例，應(yīng)考慮下列特性參數(shù)：一是型式，斷路器型式包括相數(shù)、極數(shù)、額定頻率、滅弧介質(zhì)、閉合方式等;二是主電路額定值[1]，主電路額定值有額定工作電壓、額定電流、額定短時(shí)接通能力、額定短時(shí)耐受電流等;三是輔助電路參數(shù)，斷路器的輔助電路參數(shù)主要為輔助接點(diǎn)的特性參數(shù)。

1.2 ? ?中壓供配電系統(tǒng)的接線模式

對(duì)于中壓供配電系統(tǒng)，常見的接線模式包括鏈?zhǔn)健⒎派涫?、多分段多?lián)絡(luò)和手拉手等方式，在實(shí)際中需要結(jié)合工程項(xiàng)目特點(diǎn)加以選擇。在高速公路及特大型橋梁工程供配電系統(tǒng)中，在特定的工程場(chǎng)合中需要采用電纜線路。在敷設(shè)電纜之前，需要進(jìn)行電纜溝的施工，電纜溝施工流程如圖1所示。

電纜溝施工完成后，就可以敷設(shè)電纜。此外，在中壓供配電系統(tǒng)中對(duì)于設(shè)備的布置方面，在高壓固定式配電裝置中采用負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器時(shí)，應(yīng)在電源側(cè)裝設(shè)隔離開關(guān)，裝設(shè)隔離開關(guān)的目的是當(dāng)檢修熔斷器或負(fù)荷開關(guān)時(shí)，電源側(cè)有明顯的斷開點(diǎn)，以確保安全。

2 高速公路及特大型橋梁供配電系統(tǒng)的特點(diǎn)

2.1 ? ?電能質(zhì)量

高速公路及特大型橋梁是一類重要負(fù)荷，應(yīng)保證其具有合格的電能質(zhì)量。電能質(zhì)量的評(píng)估指標(biāo)一般包括電壓、波形和頻率等。為了保證高速公路及特大型橋梁供配電系統(tǒng)中的電壓質(zhì)量，在供配電系統(tǒng)變電站地址的選擇方面，通常在變電站規(guī)劃中采用優(yōu)化模型計(jì)算得出，首先需要考慮供電半徑問(wèn)題和變電站所在區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷情況，還要考慮線路走廊問(wèn)題，綜合考慮變電站在運(yùn)行過(guò)程中的約束條件[2]，經(jīng)過(guò)優(yōu)化算法計(jì)算之后得出變電站應(yīng)該建立的地址，保證供配電系統(tǒng)具有合格的電能質(zhì)量。

2.2 ? ?供電可靠性

供電可靠性是高速公路及特大型橋梁供配電系統(tǒng)性能的重要評(píng)估指標(biāo)之一，提升供配電系統(tǒng)的供電可靠性，可以降低高速公路及特大型橋梁中負(fù)荷的停電時(shí)間，從而降低經(jīng)濟(jì)損失，保證高速公路及特大型橋梁的安全供電。供電可靠性評(píng)估指標(biāo)如表1所示。

考慮到高速公路及特大型橋梁為供配電系統(tǒng)中的一類電力用戶，上述供電可靠性評(píng)估指標(biāo)是從用戶角度加以評(píng)估，高速公路及特大型橋梁中的供電可用率越高，表示停電時(shí)間越短，供電可靠性指標(biāo)越好。

2.3 ? ?功率因素

功率因素也是供配電系統(tǒng)中的一類重要指標(biāo)，與供配電系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性具有密切關(guān)系。若高速公路及特大型橋梁供配電系統(tǒng)中的無(wú)功占比較高，容易導(dǎo)致供配電系統(tǒng)中的線損較大[3]，不利于系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3 中壓供配電技術(shù)在高速公路及特大型橋梁工程中的應(yīng)用

3.1 ? ?供配電系統(tǒng)中的應(yīng)急電源配置

為了保證高速公路及特大型橋梁中通信、監(jiān)控等系統(tǒng)的供電安全，可以配置一定的應(yīng)急電源系統(tǒng)，下面介紹應(yīng)急電源容量的配置模型。

3.1.1 ? ?目標(biāo)函數(shù)

目標(biāo)函數(shù)為應(yīng)急電源配置的總費(fèi)用最小，具體費(fèi)用包括應(yīng)急電源的投資費(fèi)用、降低的停電損失費(fèi)用和應(yīng)急電源的運(yùn)維費(fèi)用等，具體表達(dá)式如下：

式中，P為單位容量應(yīng)急電源的投資費(fèi)用;j為高速公路片區(qū);i為第j個(gè)高速公路的應(yīng)急電源容量;Pij為第j個(gè)片區(qū)提供的第i個(gè)應(yīng)急電源容量;Zij為0時(shí)，表示在該片區(qū)不配置應(yīng)急電源，Zij為1時(shí)，則在該片區(qū)配置應(yīng)急電源;λ為單位容量的停電帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失;ΔPj為降低的第j個(gè)數(shù)據(jù)中心片區(qū)的停電量;μ為單位容量的應(yīng)急電源運(yùn)維費(fèi)用。

3.1.2 ? ?約束條件

約束條件為應(yīng)急電源的容量約束和應(yīng)急電源個(gè)數(shù)的限制約束，具體表達(dá)式如下：

式中，Pmin為該高速公路及特大型橋梁所要求的最低容量配置。

對(duì)于應(yīng)急電源配置模型的求解算法，可以采用如圖2所示的預(yù)測(cè)校正內(nèi)點(diǎn)法進(jìn)行計(jì)算。

預(yù)測(cè)校正內(nèi)點(diǎn)法通過(guò)嚴(yán)格的數(shù)值計(jì)算方式，進(jìn)行優(yōu)化模型的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果可靠準(zhǔn)確，同時(shí)預(yù)測(cè)校正內(nèi)點(diǎn)法是將解出的仿射方向和校正方向相加作為迭代的牛頓方向，迭代計(jì)算效率也較高。

3.2 ? ?高速公路及特大型橋梁中的電源系統(tǒng)

由于在高速公路和特大型橋梁中涉及很多電力負(fù)荷，中壓供配電技術(shù)在高速公路和特大型橋梁中具有重要作用，需要保證特大型橋梁中的路燈照明等負(fù)荷的供電可靠性。對(duì)于特大型橋梁供配電系統(tǒng)中的變壓器，應(yīng)保證其具有足夠容量，不會(huì)出現(xiàn)變壓器重載或過(guò)載現(xiàn)象。

如果高速公路及特大型橋梁所在地區(qū)具有較好的供電環(huán)境和供電條件，可以通過(guò)設(shè)立一定的專用變壓器，直接并入大電網(wǎng)為高速公路及特大型橋梁供電，但應(yīng)保證不會(huì)造成上級(jí)變壓器重載或過(guò)載。若不滿足專用變壓器直接接入條件，可以通過(guò)架設(shè)一定的供電線路的方式，為高速公路及特大型橋梁供電。對(duì)于變壓器容量的選擇方面，需要考慮到該高速公路及特大型橋梁工程具體的負(fù)荷情況，合理選擇適宜容量的變壓器和線路線徑。

4 結(jié)語(yǔ)

在高速公路及特大型橋梁中，供配電系統(tǒng)一般為中壓配電系統(tǒng)。本文系統(tǒng)分析了中壓供配電系統(tǒng)中的設(shè)備選型、接線模式等技術(shù)，詳細(xì)闡述了中壓供配電系統(tǒng)在高速公路及特大型橋梁中的相關(guān)應(yīng)用情況，對(duì)于提升高速公路及特大型橋梁的供電可靠性具有一定價(jià)值。

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[1] 邱春玲.大型商業(yè)綜合體供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代建筑電氣，2017，8（1）：23-26.

[2] 彭曉春，和紹君.直流供配電系統(tǒng)在高速公路中的應(yīng)用構(gòu)想[J].西部交通科技，2018（4）：60-62.

[3] 潘耀.ETAP電力軟件在燒結(jié)廠中壓供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)整定和保護(hù)配合中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)，2018（5）：46-51.

收稿日期：2020-02-08

作者簡(jiǎn)介：劉建林（1972—），男，江蘇南京人，工程師，一級(jí)建造師，從事高速公路機(jī)電工程集成方面工作。