關(guān)于高速公路隧道供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的問題探討

白 濤

吉林省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院 吉林 長(zhǎng)春 130021

做好高速公路隧道供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)惠及民生的重大福祉工程,相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)在前期充分調(diào)研實(shí)踐的基礎(chǔ)上展開科學(xué)分析,結(jié)合地區(qū)地理環(huán)境特點(diǎn),確保每一道工序都符合國(guó)家的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。這些年來,隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異發(fā)展,我國(guó)高速公路隧道供配電技術(shù)有了很大提升,以及接近世界先進(jìn)水平,但是還是暴露出了不少問題,需要從思想上高度重視,嚴(yán)謹(jǐn)對(duì)待,及時(shí)糾正,從而更好地發(fā)揮高速公路的功能設(shè)計(jì),為市場(chǎng)流通以及交通出行帶來更多便捷。

1 高速公路隧道供配電系統(tǒng)概述

高速公路隧道供配電技術(shù)設(shè)計(jì)主要由三部分組成:（1）照明設(shè)計(jì)。作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心樞紐,也是最基本的功能保障,可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)供電照明服務(wù),維持隧道全天候通車的照明需求,保證旅途運(yùn)輸不會(huì)因?yàn)橥獠抗庹盏南Ф苡绊憽５O(shè)計(jì)人員需要構(gòu)建智能照明控制系統(tǒng),防范系統(tǒng)過度運(yùn)行產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。（2）消防設(shè)計(jì)。主要涵蓋必要的消防設(shè)備、器材以及供電回路設(shè)計(jì)。一旦無法預(yù)估的交通事故發(fā)生時(shí),系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別危險(xiǎn),及時(shí)轉(zhuǎn)換線路,為消防設(shè)備單獨(dú)提供電力補(bǔ)給。（3）通風(fēng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)同時(shí)具備環(huán)境監(jiān)測(cè)、風(fēng)控、區(qū)域控制等模塊,并配置有若干數(shù)量的傳感器。傳感器可以實(shí)時(shí)檢測(cè)風(fēng)力變化以及空氣中一氧化碳濃度變化,及時(shí)作出反應(yīng),確保有害氣態(tài)物質(zhì)不形成聚集[1]。

2 高速公路隧道供配電系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)原則

2.1 高度符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。隧道供配電設(shè)計(jì)關(guān)系著民生安全,所以對(duì)于選取的材料必須精細(xì)把關(guān),必須各項(xiàng)指標(biāo)符合國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)在具體施工環(huán)節(jié),要盡可能選擇節(jié)能環(huán)保的新型材料,防止產(chǎn)生環(huán)境危害。目前,設(shè)計(jì)高速公路隧道供配電系統(tǒng)方案時(shí),為了讓供配電系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)更高效更持久,需要對(duì)可能出現(xiàn)的供電中斷風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估,這樣也有利于對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行負(fù)荷等級(jí)劃分。

2.2 保障照明科學(xué)設(shè)計(jì)。對(duì)于隧道供電設(shè)計(jì)而言,最消耗電力功能損耗最大的主要有通風(fēng)設(shè)備,應(yīng)急電力裝置以及預(yù)警裝置。隧道一級(jí)負(fù)荷主要有消防水泵、排煙設(shè)備和常見的照明設(shè)備,隧道二級(jí)負(fù)荷主要有射流風(fēng)機(jī)、加強(qiáng)照明設(shè)備等。所以在管理設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),必須充分考慮這些因素的存在,結(jié)合國(guó)內(nèi)外先進(jìn)設(shè)計(jì)理念,不斷規(guī)范管理設(shè)計(jì)程序,明確具體職責(zé)劃分,推動(dòng)理念改革的實(shí)施。

3 高速公路隧道供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題探析

3.1 變壓器容量考慮不周全?，F(xiàn)階段,高速公路工程通常選擇在隧道供配電系統(tǒng)中同時(shí)配置兩臺(tái)變壓器,系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)值自主預(yù)估最大承受能力。如果一臺(tái)變壓器因?yàn)楣收贤Ｖ惯\(yùn)轉(zhuǎn),那么所有的運(yùn)載工作量將會(huì)自動(dòng)集中到另一臺(tái)變壓器。但是這種規(guī)律和機(jī)制并不是一成不變的,主要受到不同時(shí)段不同區(qū)位交通運(yùn)輸量的影響。交通出行密集的時(shí)期,毫無疑問運(yùn)載工作量相對(duì)變得繁重,變壓器的抗壓能力隨之受到考驗(yàn)。同理交通運(yùn)輸壓力不大時(shí),系統(tǒng)工作量相對(duì)輕松,變壓器運(yùn)轉(zhuǎn)空間更加靈活。但是不能掉以輕心的是,無論是工作量過大還是過低,都會(huì)對(duì)于設(shè)備造成一定程度的損耗,影響實(shí)際使用效率,甚至?xí)s短使用壽命。

3.2 低壓電纜設(shè)計(jì)存在問題。從配電電纜設(shè)計(jì)角度來看,重點(diǎn)難點(diǎn)集中在電纜截面積的規(guī)劃上。如果低壓對(duì)應(yīng)的電纜截面積過大,就會(huì)進(jìn)一步把運(yùn)輸距離延長(zhǎng),與之對(duì)應(yīng)的則是在長(zhǎng)距離運(yùn)輸中損耗更多的電能,給實(shí)際支出成本增添不少的費(fèi)用,也壓縮了運(yùn)輸效率。同時(shí),如果電纜材料的選擇出現(xiàn)不合理不科學(xué)的狀況,也會(huì)導(dǎo)致意外事故的發(fā)生,這種風(fēng)險(xiǎn)是難以避免的。

3.3 保護(hù)裝置型號(hào)不匹配。為了讓高速公路隧道供配電系統(tǒng)發(fā)揮最大的效能,為了防范未知風(fēng)險(xiǎn)隱患,就必須對(duì)變壓器采取一定的保護(hù)措施。斷路器是一種常用普遍的保護(hù)裝置,其特點(diǎn)是穩(wěn)定性能好,但是價(jià)格比較昂貴。如果仍然沿用過去的模式,把斷路器作為主要防護(hù)裝置加以使用,不但不能全面激發(fā)裝置保護(hù)作用,還會(huì)因?yàn)楣δ軉我挥绊懻麄€(gè)系統(tǒng)的有效運(yùn)轉(zhuǎn),導(dǎo)致供配電系統(tǒng)容易因?yàn)榧?xì)節(jié)故障出現(xiàn)整體失靈的狀況,最終讓防護(hù)變成空談。究其原因,還是型號(hào)選擇不匹配,沒有精準(zhǔn)對(duì)應(yīng)[2]。

3.4 失壓脫扣裝置選擇不合理。在部分高速公路隧道供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中,選擇配置低壓斷路器失壓脫扣裝置,從而在停電的狀態(tài)下,整體線路不至于失控,電路供應(yīng)不會(huì)中斷,電力也能更加高效維護(hù)交通安全,最終創(chuàng)建安全交通出行的穩(wěn)定態(tài)勢(shì)。但是實(shí)際裝備安裝環(huán)節(jié)里,不合理的操作也會(huì)造成一系列問題,在停電環(huán)節(jié)帶來實(shí)際影響后,失壓脫扣裝置、供配電系統(tǒng)并不能在強(qiáng)度負(fù)荷下自主恢復(fù)供電能力,還需要人力手工操作開關(guān)閘進(jìn)行配合,但這明顯出現(xiàn)一個(gè)時(shí)間差,中斷的間隙也會(huì)影響電力傳送質(zhì)量和效率[3]。同時(shí)高速公路隧道設(shè)計(jì)一般都是在陰暗潮濕的環(huán)境下進(jìn)行的,而在安裝失壓脫扣保護(hù)裝置時(shí),潮濕環(huán)境可能會(huì)對(duì)一些裝備產(chǎn)生侵蝕作用,從而變相增加了維護(hù)成本,實(shí)際使用效率不高。

4 高速公路隧道供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)提升措施

4.1 明確變壓器容量。（1）供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,既需要一臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)備來保障正常電力運(yùn)轉(zhuǎn)的持續(xù)推動(dòng),也需要多臺(tái)不同型號(hào)的輔助設(shè)備共同工作。當(dāng)電力消耗不大時(shí),只需要發(fā)揮基礎(chǔ)變壓器的基本功能,維持整體穩(wěn)定即可。但是隨著交通運(yùn)輸量變大,產(chǎn)生負(fù)荷過重時(shí),就需要其他變壓器互相配合,緩解主體結(jié)構(gòu)的壓力。這樣不僅可以有效減少傳輸過程的電力損耗,也可以壓縮運(yùn)輸成本,同時(shí)滿足多元化的電力需求。（2）在供配電系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中,電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷數(shù)值也不是一成不變的,而是需要維持在一個(gè)相對(duì)平衡的動(dòng)態(tài)區(qū)間。多臺(tái)機(jī)器協(xié)同配合,將有助于維持電力消耗的穩(wěn)定狀態(tài)。對(duì)于設(shè)計(jì)人員來說,主要的工作就是通過分析數(shù)據(jù)變化,精準(zhǔn)預(yù)測(cè)相關(guān)功能應(yīng)用,選擇適當(dāng)?shù)淖儔浩黝~定負(fù)載率[4]。

4.2 合理選擇變壓器保護(hù)裝置。在隧道供配電變壓器保護(hù)裝置設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),可選擇配置負(fù)荷開關(guān)、高壓熔斷器、限流熔斷器等保護(hù)裝置。與傳統(tǒng)保護(hù)裝置相比,這類裝置的功能更加齊全,系統(tǒng)安全穩(wěn)定性也更強(qiáng),能夠更加及時(shí)地對(duì)線路中出現(xiàn)的故障做出回應(yīng),防范細(xì)小風(fēng)險(xiǎn)的擴(kuò)散,及時(shí)切斷線路隱患,維持運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制的穩(wěn)定。比如,電力運(yùn)轉(zhuǎn)工作環(huán)節(jié)中突然出現(xiàn)短路的問題,熔斷器會(huì)迅速產(chǎn)生保護(hù)措施,將發(fā)生故障的線路同其他安全線路以及機(jī)械設(shè)備隔離開來,讓風(fēng)險(xiǎn)壓縮在細(xì)小空間里。設(shè)計(jì)人員要充分考量工作實(shí)際,在規(guī)格型號(hào)以及性能上做出最準(zhǔn)確的選擇。設(shè)計(jì)人員可選擇在電力線路中配置保護(hù),這樣一來,即使意外停電也不會(huì)造成很大困擾,系統(tǒng)能夠自我優(yōu)化,阻斷故障電路的電力消耗,保證主電力線路的穩(wěn)定運(yùn)行、集中供電,還可以徹底解決失壓脫口裝置潮濕易損、無法自行恢復(fù)電力負(fù)荷等設(shè)計(jì)問題[5]。

4.3 電纜截面積取值。低壓配電纜的設(shè)計(jì)是一個(gè)精細(xì)考究的過程,需要充分進(jìn)行大量的模擬實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)每一種完美匹配的可能性,對(duì)具體消耗的種類和數(shù)值進(jìn)行細(xì)分,并基于發(fā)熱條件開展截流量多元化分析工作,測(cè)試設(shè)備的靈敏反應(yīng)能力,以此劃定電纜截面積的大體范圍。同時(shí),還要保持整體的收支平衡,在消耗最低的基礎(chǔ)上測(cè)算電力峰值,構(gòu)建經(jīng)濟(jì)型運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制,同時(shí)根據(jù)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況,綜合考量多維度影響因素,在成本節(jié)約上做出創(chuàng)新,明確電纜截面積最優(yōu)值。設(shè)計(jì)人員還應(yīng)考慮電壓壓降問題,隧道設(shè)計(jì)通常距離比較遠(yuǎn),需要遠(yuǎn)距離操控電力流動(dòng),需要合理設(shè)置平衡點(diǎn),綜合考量電壓承受能力,盡可能減少導(dǎo)體材料消耗。此外,還要做好電纜選材工作,在客觀外部條件滿足的狀態(tài)下,使用性能好、安全性高的清潔型材料。

4.4 應(yīng)急電源不可或缺。應(yīng)急備用電源雖然不會(huì)經(jīng)常使用,但是卻是高速公路隧道供配電系統(tǒng)不可或缺的一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),需要綜合分析電源特點(diǎn)、系統(tǒng)電力負(fù)荷波動(dòng)情況、應(yīng)急供電時(shí)間等因素,選擇性能最優(yōu)的參數(shù)型號(hào)。應(yīng)急供電通常發(fā)生在時(shí)間緊任務(wù)重的突發(fā)狀況下,所以不可粗心大意,可以組合設(shè)計(jì),將不同型號(hào)模式結(jié)合在一起,發(fā)揮兩種以上的獨(dú)立電源的功能最大化,更加有備無患。這種情況下,即使一個(gè)備用電路損耗了,另外一個(gè)電路也能不受影響,維持整體安全穩(wěn)定,不給交通運(yùn)輸造成擁堵。應(yīng)急電源設(shè)計(jì)上,也要注重蓄電量的充足,能夠更持久發(fā)揮功效。

5 結(jié)語

高速公路隧道安全供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)意義深遠(yuǎn)的偉大工程,必須因地制宜,具體情況具體分析,根據(jù)實(shí)際施工狀況以及地理環(huán)境特征,全面提升供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)在優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域要敢于突破和創(chuàng)新,全盤考慮,多設(shè)計(jì)幾種方案,不斷試驗(yàn),經(jīng)過測(cè)試后選擇最佳方案,以實(shí)現(xiàn)隧道系統(tǒng)供配電系統(tǒng)正常運(yùn)行,為社會(huì)主義新中國(guó)經(jīng)濟(jì)騰飛貢獻(xiàn)力量。