高速公路隧道供配電系統(tǒng)安裝問題探析

江一帆

（廣東誠泰交通科技發(fā)展有限公司，廣東 廣州 510000）

1 工程概況

某高速公路某標(biāo)段（起訖樁號K250+050—K265+150）線路長15.1km，共設(shè)置3座隧道，均按照雙洞單向兩車道設(shè)計，隧道內(nèi)行車速度為100km/h。本文以位于樁號K254+031處的王家灣隧道為例，進(jìn)行隧道供配電系統(tǒng)安裝分析，該隧道供配電系統(tǒng)主要由電源、輸配電線路、開關(guān)設(shè)備等構(gòu)成。

2 隧道供配電系統(tǒng)安裝

2.1 電源及安裝

該高速公路隧道供配電系統(tǒng)大多數(shù)設(shè)備都使用正弦交流電，即包含正弦交流電源且電壓、電流的大小、方向均呈正弦規(guī)律變化的電路。發(fā)電廠直接提供交流電源后通過變電所變壓器進(jìn)行降壓處理，為高速公路隧道機電系統(tǒng)運行提供電力保證。交流電路中包括電阻、電感及電容3種不同屬性及不同作用的負(fù)載元件，其中電阻主要將電能轉(zhuǎn)化為熱能，且轉(zhuǎn)換過程具有不可逆轉(zhuǎn)性，屬于主要的耗能元件；電感則將其從電路中吸收的電能轉(zhuǎn)化為磁場能儲存；電容將其從電路中吸收的電能轉(zhuǎn)化為電場能儲存。所以，電感與電容同為儲能元件[1]，以上元件均設(shè)置在多功能電纜中。

2.2 供配電線路安裝

該隧道主要采用電纜供配電線路（難以敷設(shè)電纜的區(qū)域改為架空線路），電纜導(dǎo)體工作溫度最高允許值為90℃，三芯電纜彎曲半徑應(yīng)至少為電纜外徑的15倍，單芯電纜彎曲半徑應(yīng)至少為電纜外徑的20倍[2]。電纜敷設(shè)前必須進(jìn)行絕緣及耐壓測試，絕緣測試過程中主要利用1kV搖表檢測線纜間及對地絕緣電阻。在進(jìn)行電纜材料搬運和支架架設(shè)施工時，若搬運距離較短，則應(yīng)通過滾動電纜軸的常規(guī)方式，按照電纜軸上箭頭指示方向運行，避免誤操作而造成電纜松弛。在土質(zhì)密實的原土層地坪上選擇電纜支架架設(shè)位置，并最好架設(shè)在電纜起止點附近。通過機械牽引方式敷設(shè)電纜，電纜應(yīng)單層敷設(shè)并排列整齊，轉(zhuǎn)彎處應(yīng)加強最大截面電纜彎曲半徑控制。不同等級電壓的電纜必須分層敷設(shè)，電壓等級越高的電纜應(yīng)敷設(shè)在越上層。

2.3 開關(guān)柜安裝

開關(guān)柜也就是高速公路隧道供配電系統(tǒng)中金屬封閉式開關(guān)設(shè)備，根據(jù)《低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》（GB 7251—2015）的定義，除進(jìn)出線外完全被金屬外殼所包裹的開關(guān)設(shè)備即為金屬封閉式開關(guān)設(shè)備。該公路K254+031處的王家灣隧道變電所配電設(shè)備采用成套配電裝置，并按照主接線要求和次序?qū)⒏黝愰_關(guān)、保護(hù)電器、監(jiān)查測量儀表等一、二次回路中電器設(shè)備連接至有金屬框架的柜體結(jié)構(gòu)內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊，運行安全，安裝過程簡便。

隧道內(nèi)高壓開關(guān)柜安裝過程中應(yīng)保證柜體垂直度誤差不超出1.5%，柜體之間的縫隙小于5mm，柜體側(cè)門門板須平整無凹陷；電氣設(shè)備接線應(yīng)牢固無松動。

2.4 變壓器安裝

電力變壓器是高速公路隧道變電所核心設(shè)備，其主要將高等級電壓交流電轉(zhuǎn)換為低等級電壓交流電，以滿足隧道運行過程中輸供電、配電及機電設(shè)備用電等需要。變壓器根據(jù)絕緣介質(zhì)不同分為干式變壓器和油浸式變壓器兩種，前者性能穩(wěn)定，不易燃燒和爆炸，安全屬性高；后者則價格低廉，但安全性不如干式變壓器。

樁號K254+031處王家灣隧道設(shè)置1個變電所，該變電所共包括4臺變壓器，1臺主變、1臺備用、2臺為所用變，主變、備用變及1臺所用變?yōu)楦墒阶儔浩?，另?臺所用變?yōu)槿嘤徒阶儔浩鳎?gòu)造見圖1）。開工后應(yīng)根據(jù)土建施工進(jìn)度安排人員進(jìn)場，進(jìn)行變壓器室周圍臨時施工場地平整、地面夯實，吊車站位規(guī)劃及枕木準(zhǔn)備，臨時平臺搭設(shè)。具備土建條件后進(jìn)行變壓器基礎(chǔ)槽鋼、電器預(yù)埋管和電纜支架的制安，鋪設(shè)變壓器基礎(chǔ)與室外平臺間的槽鋼軌道。待變壓器到場后檢查高低壓瓷瓶外觀、附件數(shù)量以及變壓器結(jié)構(gòu)整體情況，驗收合格后再按照廠家提供的圖紙安裝。安裝前還應(yīng)在變壓器室門前設(shè)置臨時施工平臺，高度應(yīng)略高于變壓器基礎(chǔ)，并確保變壓器傾斜角度不超出15°，臨時平臺須穩(wěn)固安全；通過吊車將變壓器吊卸于臨時施工平臺上，核對變壓器方向后借助鋼絲繩、導(dǎo)鏈等輔助起吊工具將變壓器拖動至待安裝位置就位安裝。

圖1 三相油浸式變壓器構(gòu)造1—信號溫度計；2—銘牌；3—吸濕器；4—儲油柜（油枕）；5—油標(biāo)；6—防爆管；7—瓦斯繼電器；8—高壓套管；9—低壓套管；10—分接開關(guān)；11—油箱；12—鐵芯；13—繞組絕緣；14—放油閥；15—小車；16—接地端子

變壓器就位后須根據(jù)圖紙進(jìn)行方位和尺寸控制，誤差不得超出±25mm，對于圖紙無標(biāo)注的情況，橫向安裝距離應(yīng)至少為800mm，縱向安裝位置應(yīng)結(jié)合軌道定位。變壓器寬面推進(jìn)過程中，應(yīng)保持低壓側(cè)向外，窄面推進(jìn)時，應(yīng)保持油枕側(cè)向外，并為開關(guān)等的安裝操作預(yù)留出至少1 200mm寬度。

變壓器安裝必須在干燥、無灰塵和濕氣等的環(huán)境中進(jìn)行，對于油浸式變壓器，在安裝期間須加強油枕安裝方向控制，并嚴(yán)格按照外形設(shè)計圖安裝油枕和油枕支架，確保從油箱到油枕的連接管坡勢指向油枕，但傾斜角度不得超出5°。若廠家無特殊要求，則變壓器本體安裝過程中應(yīng)沿繼電器方向留出1.0%~1.5%的升高坡度[3]。

變壓器安裝結(jié)束后還應(yīng)進(jìn)行線圈直流電阻、分接頭變比、三相變壓器接線組別、線圈絕緣電阻及吸收比、工頻耐壓等項目調(diào)試，以保證變壓器安裝質(zhì)量。該高速公路K254+031處隧道變電所內(nèi)1臺主變額定狀態(tài)下的輸出能力為630kVA，長、寬、高分別為1 970mm,1 300mm,2 020mm，參考質(zhì)量為2 090kg，設(shè)備安裝及檢查要求見表1。接地系統(tǒng)檢查時必須保證外殼接地、本體接地、溫控器接地、風(fēng)機接地、開啟門接地等牢固、導(dǎo)通良好，并通過扳動及導(dǎo)通檢查進(jìn)行效果檢驗。

表1 主變設(shè)備安裝及檢查要求

2.5 備用電源安裝

2.5.1 柴油發(fā)電機構(gòu)成

該高速公路隧道工程以柴油發(fā)電機為主要備用電源，柴油發(fā)電機主要通過進(jìn)氣、壓縮、燃燒和排氣四沖程將柴油燃燒過程產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換為機械能，再由電球?qū)C械能轉(zhuǎn)換為電能。柴油發(fā)電機由機體、曲柄連桿、配氣系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、空氣及冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等組成。

（1）機體為由氣缸體、氣缸蓋和油底殼所構(gòu)成的定型框架，其余附件均安裝于機體上；

（2）柴油發(fā)電機四沖程主要借助曲柄連桿完成；

（3）發(fā)電機進(jìn)排氣通過配氣系統(tǒng)控制；油箱中的柴油到達(dá)油泵及噴油器后通過油嘴噴設(shè)至氣缸內(nèi)燃燒，其余柴油則通過回油管返回油箱；

（4）外界新鮮空氣經(jīng)空氣濾清器進(jìn)入，發(fā)動機所排廢氣經(jīng)過渦輪增壓器使吸進(jìn)的新鮮空氣通過高壓傳送至氣缸，與柴油發(fā)生燃燒；

（5）通過水泵抽水循環(huán)以及水箱風(fēng)扇和水塔冷卻系統(tǒng)有效利用氣缸燃燒產(chǎn)生的熱量；

（6）機油循環(huán)系統(tǒng)通過機油泵運轉(zhuǎn)，使其依次通過機油冷卻塔、機油格后再分配至各零部件，保證柴油發(fā)動機良好運轉(zhuǎn)。

2.5.2 柴油發(fā)電機組安裝

該公路隧道柴油發(fā)電機組系統(tǒng)主要由柴油發(fā)電機、控制器及底座等部分組成，在安裝前由機組供應(yīng)商提供專業(yè)的安裝設(shè)計，具體見圖2。發(fā)電機組運行期間會產(chǎn)生高溫廢氣，機房必須設(shè)置進(jìn)排風(fēng)口，保證排煙通暢；進(jìn)排風(fēng)口實際面積主要根據(jù)機組功率確定；此外，該柴油發(fā)電機組運行期間會產(chǎn)生105~115dB的噪聲，故在進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)之間增設(shè)隔音墻，這種處理消音效果良好，且消音工程費用較低。

圖2 柴油發(fā)電機組機房安裝平面圖1—排氣嵌環(huán)；2—排氣消煙氣；3—減震連接膠布；4—排風(fēng)風(fēng)槽；5—高能電壓；6—混凝土基礎(chǔ)；7—進(jìn)風(fēng)百葉窗；8—控制箱

（1）應(yīng)由供貨方、建設(shè)方、安裝單位及監(jiān)理方共同在場開箱點件，根據(jù)裝箱單進(jìn)行主機、附件、備件、附帶技術(shù)文件等的核對以及合格證和出廠試運行記錄的查驗。此外，柴油發(fā)電機及控制柜等均應(yīng)具備出廠驗收記錄，有銘牌，機身無缺損，涂層完好，且柴油發(fā)電機組和附件等型號、規(guī)格、質(zhì)量必須符合設(shè)計要求。

（2）安裝機組在柴油發(fā)電機組施工完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行，減震器無需固定安裝，只需要在其下墊放一薄層橡膠板即可。將機組放在滾杠子上滾動至設(shè)計位置，待機組放置穩(wěn)定后應(yīng)將螺栓全部擰緊；通過千斤頂抬高機組一端，并保持機組兩端升高一致尺寸，將減震器放入底座下方間隙后釋放千斤頂，再抬起機組另一端，將剩余減震器裝入，并撤出滾杠，完全釋放千斤頂。

（3）柴油發(fā)電機供油系統(tǒng)包括儲罐、油箱、油泵、電磁閥和連接管路，在儲罐位置與油門所承受壓力不相符的情況下必須使用具備液位顯示和浮子開關(guān)的日用油箱，并嚴(yán)格按照水系統(tǒng)設(shè)備安裝規(guī)范進(jìn)行油泵系統(tǒng)安裝。

（4）柴油發(fā)電機排煙系統(tǒng)安裝時應(yīng)按設(shè)計要求將導(dǎo)風(fēng)罩固定在墻壁指定高度，焊接法蘭和排煙管，排煙管長度及數(shù)量根據(jù)發(fā)電機組機房實際尺寸和排煙走向決定。焊接施工期間須保證法蘭間配對關(guān)系，并結(jié)合排煙管尺寸、安裝高度、消聲器進(jìn)行套箍配置。通過螺栓連接好消聲器、彎頭、波紋管及垂直向排煙管后，還應(yīng)檢查連接的密封性；在排煙管外還應(yīng)加設(shè)一層保溫材料。通過波紋管連接柴油發(fā)電機組和排煙管，為保證波紋管處于自由狀態(tài)，排煙管管道不得壓在波紋管上。

（5）冷卻水系統(tǒng)安裝過程中，核對柴油發(fā)電機組熱交換器進(jìn)出水口，保證其與帶壓冷卻水源壓力方向一致，再連接進(jìn)出水管。在冷卻水進(jìn)出水管和發(fā)電機組本體連接過程中通過軟管起隔離作用。

3 供配電系統(tǒng)防雷

為避免雷電引發(fā)的運行故障及安全隱患，該高速公路隧道供配電系統(tǒng)須采用針對性強的防雷措施，應(yīng)設(shè)置三道防雷防線：第一道為避雷線、可控放電避雷針及改用電纜的使用，以保護(hù)導(dǎo)線不受或少受雷擊；第二道為降低接地電阻，使用避雷線時避免發(fā)生或少發(fā)生絕緣閃絡(luò)，提升供配電系統(tǒng)耐雷水平；第三道為若絕緣發(fā)生閃絡(luò)，應(yīng)控制閃絡(luò)向穩(wěn)定電力電弧轉(zhuǎn)變的可能，以減少隧道供配電系統(tǒng)雷擊跳閘率。

4 結(jié)語

該高速公路隧道供配電系統(tǒng)安裝完成后，為公路隧道內(nèi)監(jiān)控、通信、照明、養(yǎng)護(hù)服務(wù)設(shè)施等提供電力供應(yīng)保障，確保了高速公路的安全、暢通。經(jīng)實踐驗證，供配電系統(tǒng)在運行期間電力供應(yīng)可靠，電壓質(zhì)量良好，系統(tǒng)接線簡單靈活、操作和檢修均較為便捷。所制定的供配電方案在確保隧道機電設(shè)施穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上有助于減少電力損耗，降低運行費用，節(jié)省基建投資。