高速公路隧道電氣工程中的供配電設(shè)計(jì)分析

王保華

摘 要：高速公路隧道供配電系統(tǒng)是高速公路安全運(yùn)行的基礎(chǔ)保障。當(dāng)前高速公路工程建設(shè)不斷向山嶺地區(qū)擴(kuò)展，其中隧道建設(shè)比重也不斷加大，從而對(duì)公路隧道供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了更加嚴(yán)格的要求。并且由于各種因素的影響，使得隧道供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在諸多問題，基于此，本文對(duì)高速公路隧道電氣工程中的供配電設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討分析。

關(guān)鍵詞：高速公路隧道;供配電設(shè)計(jì);變壓器;應(yīng)急電源;照明

隧道是高速公路的重要組成部分，其供配電系統(tǒng)的安全可靠性直接影響到隧道區(qū)域用電設(shè)備，例如照明設(shè)備、信號(hào)設(shè)備等是否能夠正常運(yùn)作，因此為了保證高速公路正常運(yùn)營(yíng)，以下就高速公路隧道電氣工程中的供配電設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討分析。

1 高速公路隧道電氣工程供配電設(shè)計(jì)中的變壓器保護(hù)裝置

當(dāng)前高速公路隧道電氣工程供配電設(shè)計(jì)中一般采用斷路器對(duì)變壓器進(jìn)行保護(hù)工作，而對(duì)于負(fù)荷開關(guān)加熔器的使用則相對(duì)較少。設(shè)計(jì)人員多認(rèn)為斷路器的保護(hù)效果好于負(fù)荷開關(guān)加熔器，實(shí)則在供配電機(jī)制中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)利用開關(guān)切換電力負(fù)荷的情況，而電力短路的現(xiàn)象是較少出現(xiàn)的。斷路器根據(jù)較少出現(xiàn)的短路電流而設(shè)計(jì)，具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高等特點(diǎn)。而負(fù)荷開關(guān)加熔器的運(yùn)行機(jī)制則是分離控制功能和保護(hù)功能，負(fù)荷開關(guān)可以進(jìn)行對(duì)頻發(fā)的負(fù)荷功能的切換，熔斷器則進(jìn)行不常出現(xiàn)的短路保護(hù)。斷路器裝置上由于存在繼電保護(hù)，算上燃弧和啟動(dòng)時(shí)間，通常一次開斷所用時(shí)間在60毫秒以上，相比之下，限流熔斷器擁有速斷功能，切除故障只需要10毫秒甚至更短的時(shí)間，進(jìn)而能夠更加高效地保護(hù)變壓器。此外，對(duì)于變壓器的保護(hù)裝置，在選取上也不能采取一成不變的模式，不同的保護(hù)裝置會(huì)起到各不相同的保護(hù)功用，需要依據(jù)實(shí)地相關(guān)章程，結(jié)合實(shí)地情況，進(jìn)行具有一定針對(duì)性的選取工作。根據(jù)萬(wàn)伏供電機(jī)制的設(shè)計(jì)章程，當(dāng)變壓器的容量小于等于500千伏安時(shí)，選擇高壓熔斷器進(jìn)行保護(hù);當(dāng)電壓器的容量大于500千伏安時(shí)，應(yīng)該高壓斷路器進(jìn)行保護(hù)。

2 高速公路隧道電氣工程供配電設(shè)計(jì)中的變壓器容量選擇

（1）變壓器容量選擇問題。高速公路隧道電氣工程的供配電設(shè)計(jì)中選擇變壓器容量的方法，通常是把隧道變電所中計(jì)算負(fù)荷的總值平均分成兩部分，使用相同容量的兩臺(tái)變壓器各自承擔(dān)一部分負(fù)荷。當(dāng)出現(xiàn)一架變壓器發(fā)生故障或者外電失電情況發(fā)生時(shí)，另一架將承擔(dān)全部電力負(fù)荷。這種選擇方式一般存在以下問題：1）隧道用電設(shè)備重要集中在通風(fēng)和照明設(shè)備上。通風(fēng)設(shè)備方面，其設(shè)計(jì)一般都是依照一次設(shè)計(jì)分階段施行的方式進(jìn)行。在交通量低的時(shí)期，通風(fēng)設(shè)備需要的電力負(fù)荷也相對(duì)較低，但是隨著交通量的積累增加，通風(fēng)所用的電力負(fù)荷也相對(duì)增長(zhǎng)。2）每臺(tái)變壓器都需要具有應(yīng)對(duì)緊急情況，在必要條件下具有承擔(dān)全部電力的能力，這就要求變壓器選取中，需要根據(jù)總計(jì)算電力負(fù)荷進(jìn)行選取。正常狀態(tài)下的變壓器的承載概率是50%甚至更少，因此在緊急狀況的運(yùn)行中易導(dǎo)致低運(yùn)行效率和高損耗的出現(xiàn)。

（2）變壓器容量選擇問題的策略，針對(duì)上述問題，可以選擇交通量低的階段的電力負(fù)荷作為參考，首先使用低負(fù)荷的變壓器，并采取逐步添置變壓器的方法或者在一定階段后調(diào)換大容量變壓器，來適應(yīng)交通量增加帶來的高負(fù)荷供電需求。變壓器選擇需滿足容量可承載全部一級(jí)電力負(fù)荷和一部分二級(jí)電力負(fù)荷，以及變壓器額負(fù)載率保證在0.6到0.8之間這兩個(gè)條件。這樣的選擇方式，可以保證正常狀態(tài)下，每架變壓器的效率均達(dá)90%以上，并且在緊急狀態(tài)中，可以運(yùn)用干式變壓器具有的短時(shí)過載功能，切實(shí)保證供電，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、安全的目的。

3 高速公路隧道電氣工程供配電設(shè)計(jì)中的應(yīng)急電源配置

高速公路隧道需要安裝應(yīng)急電源，以防止在突發(fā)事故的情況下保障照明、監(jiān)控等應(yīng)急策略得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。公路隧道的照明監(jiān)控設(shè)備在緊急情況下會(huì)發(fā)揮重要作用，需要保證應(yīng)急電源供應(yīng)的穩(wěn)定充足，因此，在應(yīng)急電源的選取方面需要對(duì)諸多元素進(jìn)行考慮。應(yīng)急電源的選取工作需要依據(jù)應(yīng)急狀況下的電力負(fù)荷情況、持續(xù)時(shí)間、電源特點(diǎn)等各種因素進(jìn)行綜合參考，從而確保安全、經(jīng)濟(jì)、合理。應(yīng)急電源的種類不同，在實(shí)際的設(shè)計(jì)安裝中，只選取一種可能無法滿足應(yīng)急需求，并且難以保證安全穩(wěn)定。一般情況下，在公路隧道特別是事故會(huì)造成較大程度危害的高速公路隧道方面，需要選取兩種以上的應(yīng)急電源作為組合式電源進(jìn)行應(yīng)急操作。當(dāng)應(yīng)急電源是源自電網(wǎng)的獨(dú)立式電源時(shí)，供電需要從外路引入獨(dú)立電源，獨(dú)立電源數(shù)量為兩路，如果一路出現(xiàn)問題，另一路可以保持供電。這樣可以保持供電容量的穩(wěn)定和供電時(shí)間的延長(zhǎng)。

4 高速公路隧道電氣工程供配電設(shè)計(jì)中的失壓脫扣裝置選取

高速公路隧道電氣工程供配電設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)工作人員選擇低壓斷路器方面的失壓脫扣裝置，為了在室內(nèi)停止供電的狀況下，將不重要的電力負(fù)荷關(guān)閉，從而確保重要的電力負(fù)荷可以得到應(yīng)急電源的正常電力供應(yīng)。但是，當(dāng)市內(nèi)電力恢復(fù)正常時(shí)，如果隧道供配電機(jī)制中沒有設(shè)置自動(dòng)設(shè)備，那么需要人工進(jìn)行合閘，為送電工作造成不變。此外，失壓脫扣裝置長(zhǎng)時(shí)間通電會(huì)造成電力浪費(fèi)，而且在夜間，電網(wǎng)電壓的升高以及空氣潮濕的原因，會(huì)加大失壓脫扣燒損的概率。針對(duì)這種狀況，出線斷路器在低壓配電系統(tǒng)中不使用失壓脫扣裝置，改成分母線分別配置重要電力和非重要電力。這樣，在失去市內(nèi)電力供應(yīng)的狀況下，切斷非重要電力母線上的斷路器，應(yīng)急電源得以集中對(duì)重要電力母線上的裝置進(jìn)行供電。

5 高速公路隧道電氣工程供配電設(shè)計(jì)中的照明問題及其節(jié)能策略

（1）隧道照明問題。主要有：1）路面照明不達(dá)標(biāo)存有交通隱患。在路面照明過程中為了能夠降低照明能耗，國(guó)內(nèi)很多高速公路都通過開啟基本照明或者通過開啟應(yīng)急燈的方法進(jìn)行照明，但是該照明方式讓隧道的出入洞口或者洞內(nèi)的路面照明亮度不過，導(dǎo)致交通道路的安全性受到較為嚴(yán)重的影響。2）山區(qū)高速交通量小。部分高速公路都要建立在山區(qū)地域，由于高速公路主要的作用是“四通八達(dá)”，因而部分路段是作為國(guó)家高速公路網(wǎng)的重要組成部分存在，導(dǎo)致交通量不穩(wěn)定，深山處的高速公路整體交通量偏小。

（2）隧道照明節(jié)能策略。主要體現(xiàn)在：1）提升半導(dǎo)體照明的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前照明節(jié)能產(chǎn)品是隧道照明節(jié)能的核心產(chǎn)品設(shè)備，由此照明燈具的性能和技術(shù)變得就尤為重要。對(duì)于新型節(jié)能半導(dǎo)體照明產(chǎn)品而言，由于LED技術(shù)飛速發(fā)展，所以產(chǎn)品制造以及質(zhì)量檢驗(yàn)在無國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制約的同時(shí)，都是受到廠家的參考數(shù)值限制，同時(shí)在相關(guān)產(chǎn)品評(píng)定中，也受到產(chǎn)品多樣化的影響。在結(jié)合我國(guó)半導(dǎo)體發(fā)展的技術(shù)特點(diǎn)，需要研制節(jié)能型半導(dǎo)體隧道燈產(chǎn)品檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，通過科學(xué)的引導(dǎo)，讓行業(yè)能夠可持續(xù)發(fā)展。2）完善主體工程設(shè)計(jì)理念。由于高速公路工程在道路、橋梁和隧道等方面，具備多專業(yè)、多學(xué)科的綜合實(shí)踐性要求，由此隧道節(jié)能不僅需要從機(jī)電設(shè)施方面考慮，更需要從總體工程角度出發(fā)，在設(shè)計(jì)時(shí)需要將內(nèi)容分發(fā)到各個(gè)專業(yè)部門，例如在選擇隧道洞口時(shí)，需要通過洞口減光做好設(shè)施設(shè)計(jì)。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高速公路隧道電氣工程中的供配電系統(tǒng)對(duì)高速公路隧道正常運(yùn)行和安全保障具有重要作用。因此在高速公路隧道工程建設(shè)過程中，需要對(duì)供配電系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，從而保證高速公路隧道電氣工程供配電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性。

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