高速公路機(jī)電工程供配電施工技術(shù)探討

王書功

（中咨泰克交通工程集團(tuán)有限公司，北京 100089）

1 工程概況

某高速公路機(jī)電工程屬于ED1合同段，起訖里程YJ90+320～K120+461，建設(shè)內(nèi)容主要有5座隧道、1處服務(wù)區(qū)和2處收費(fèi)站。為滿足機(jī)電工程安裝、運(yùn)行對電力資源的需求，需制定完善的供配電方案，持續(xù)提供穩(wěn)定可靠的電力支持，確保隧道照明、通風(fēng)、收費(fèi)設(shè)施等各類設(shè)備均穩(wěn)定運(yùn)行。

2 構(gòu)成高速公路隧道供配電系統(tǒng)的主要部分

2.1 照明和供配電系統(tǒng)

對于整體隧道機(jī)電系統(tǒng)而言，照明系統(tǒng)必須存在的重要組成，因?yàn)槠淇梢云鸬秸彰魉淼纼?nèi)部環(huán)境的作用，以便駕駛者準(zhǔn)確掌握隧道內(nèi)部的具體情況，實(shí)現(xiàn)安全通行的目標(biāo)。照明系統(tǒng)的供電必須具有持續(xù)性，具體根據(jù)照明設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷、現(xiàn)場照明需求等因素合理調(diào)節(jié)配電系統(tǒng)的參數(shù)。通常以10kV電網(wǎng)的接入能夠有效滿足照明設(shè)施的用電要求。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)

隧道空間相對封閉，通風(fēng)條件有限，需要適配穩(wěn)定可靠的通風(fēng)系統(tǒng)，通過環(huán)境檢測裝置、區(qū)域控制網(wǎng)絡(luò)等軟硬件的聯(lián)合應(yīng)用，能夠更好地在了解隧道內(nèi)部各通風(fēng)實(shí)際情況基礎(chǔ)上對其進(jìn)行控制，從而進(jìn)一步達(dá)到完善隧道內(nèi)部環(huán)境的效果。在為通風(fēng)系統(tǒng)提供供電支持后，有助于提高隧道通風(fēng)水平，例如，及時(shí)測定CO的濃度，調(diào)控風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，在強(qiáng)排風(fēng)的方式下，降低包含CO在內(nèi)的各類有害物質(zhì)的濃度，創(chuàng)設(shè)安全的隧道使用環(huán)境。

2.3 消防系統(tǒng)

消防系統(tǒng)的組成包含火災(zāi)檢測系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)等多項(xiàng)細(xì)分部分，而對于長度大于400m隧道而言，還有必要配套橫向緊急車行、人行出口。在高速公路長度大于800m隧道中，需貫穿式布置消防水管，將其覆蓋至整個(gè)隧道；根據(jù)消防設(shè)備的性能，按特定的間隔依次設(shè)置到位，全面構(gòu)筑安全防護(hù)體系。

2.4 監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)是掌握現(xiàn)場車輛通行條件、隧道結(jié)構(gòu)使用狀態(tài)的關(guān)鍵裝置，也是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的必要前提。在功能角度，監(jiān)控系統(tǒng)主要有2個(gè)關(guān)鍵部分構(gòu)成：（1）交通監(jiān)控系統(tǒng)。依托環(huán)形線圈、微波檢測器等裝置，聯(lián)合測定現(xiàn)場的車流、車速等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。而考慮到隧道內(nèi)部光線相對較弱的特點(diǎn)，還適配紅外線、超聲波等適應(yīng)能力更強(qiáng)的檢測設(shè)備。在各類硬件的聯(lián)合應(yīng)用下，全方位監(jiān)視隧道內(nèi)的實(shí)際情況。（2）交通監(jiān)視系統(tǒng)。以視頻設(shè)備為核心，采集隧道內(nèi)部的信息并以視頻的途徑展現(xiàn)，便于管理人員直觀分析、有效控制，提升管理效果。

3 高速公路機(jī)電系統(tǒng)的供配電技術(shù)方案

根據(jù)負(fù)荷分類，制定適用于現(xiàn)場環(huán)境的可行供配電方案。所建立的供配電系統(tǒng)應(yīng)具有運(yùn)行穩(wěn)定、功能可靠的基本特性，由此滿足沿線設(shè)備的用電需求，諸如通信設(shè)備、動力設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等均要享受到電力供應(yīng)服務(wù)，從而穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)此類要求，以一級用電等級為基準(zhǔn)，開展沿線設(shè)施和隧道機(jī)電設(shè)備的供配電設(shè)計(jì)工作。

綜合考慮機(jī)電工程設(shè)備的運(yùn)行條件、高壓供電系統(tǒng)負(fù)荷容量，為滿足供配電要求，宜采取集中供電的模式。此外，諸如服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站等功能場所的機(jī)電設(shè)備豐富，負(fù)荷容量較大，此時(shí)，應(yīng)注重變配電所的建設(shè)。在本項(xiàng)目中，根據(jù)對周圍已建好電網(wǎng)情況進(jìn)行調(diào)查后，可以遵循就近原則引入單路10kV高壓電源。配電所設(shè)計(jì)中，以負(fù)荷分布狀態(tài)為主要的參考，有針對性地完成低壓配電室的專項(xiàng)設(shè)計(jì)工作，對此，需裝置適配程度較高性的低壓配電盤將低壓線路引出，并以這一方式為監(jiān)控設(shè)備供電。

就隧道配電系統(tǒng)而言，其普遍具有送電線路敷設(shè)距離較長這一特點(diǎn)。由此可見，其散布于線路上負(fù)載會較大，故而各自對電壓損失量要求較高。所以，要在設(shè)計(jì)過程中，切實(shí)考慮減小電壓損失的方式，以更好地保障電壓的穩(wěn)定性。

在本項(xiàng)目中，施工單位由主變電站引出一條485V電線，并為該電線配套多處地埋式變壓器，該措施的目的在于使電線能夠更好地適應(yīng)隧道配電系統(tǒng)對于長距離的供電需求。與此同時(shí)，為了確保供配電系統(tǒng)安全性，施工單位還適配了二路外電源和自備電源，從而為隧道配電系統(tǒng)形成更多重的防護(hù)機(jī)制，即便外電源發(fā)生故障，也可及時(shí)啟用柴油發(fā)電機(jī)和不間斷電源，由該裝置提供臨時(shí)供電功能。系統(tǒng)實(shí)施分段母線供電的方式，各功能機(jī)電設(shè)備均自帶單獨(dú)回路，有效抵御異常狀況，減小彼此間的干擾作用。

4 供配電施工技術(shù)的應(yīng)用

4.1 沿線供配電施工技術(shù)

在供配電施工中，有必要考慮10kV單電源的設(shè)置問題，較為合適的是采用架空引入變電所的方法。對于部分機(jī)電設(shè)備的一級負(fù)荷供電要求，可適配柴油發(fā)電機(jī)組。架空線接入時(shí)，較為合適的是“T”接的方法，通過對終端桿和電纜的聯(lián)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)與高壓進(jìn)線柜的穩(wěn)定連接。為提高靈活性，柴油發(fā)電機(jī)組供電時(shí)，在第二段母線上完成自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的連接操作，此方法的特點(diǎn)在于當(dāng)外接電源發(fā)生停電故障時(shí)，會及時(shí)感應(yīng)到該異常狀況并快速脫開第一段母線，此時(shí)，發(fā)電機(jī)組自動投切。隨后，經(jīng)過修復(fù)后外電源恢復(fù)正常時(shí)，隨即切除發(fā)電機(jī)組。

此外，還需適配三相Dyn11型干式變壓器，配套外殼，起到全面防護(hù)的作用。配電線路為三相四線制，但引入通信機(jī)房等建筑物時(shí)較為特殊，宜調(diào)整為三相五線制。供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)是重要功能，為實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)功能，采用到微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，將其設(shè)在開關(guān)柜上。在低壓配電室的施工中，適配自動補(bǔ)償器，通過電容器的應(yīng)用，達(dá)到補(bǔ)償電能損失的效果，在該調(diào)控機(jī)制下，穩(wěn)定配電室功率因素，使其達(dá)到0.9以上。不僅如此，外界雷擊對供配電系統(tǒng)的破壞作用也較強(qiáng)，因此采取防雷保護(hù)措施。

4.2 隧道供配電施工技術(shù)

隧道照明、通風(fēng)、監(jiān)控等機(jī)電設(shè)備實(shí)施的是24h不間斷運(yùn)行的模式，因此，要做到持續(xù)供電。其中，UPS系統(tǒng)較為關(guān)鍵，其核心裝置在于PWM逆變器，在此類硬件的作用下，實(shí)現(xiàn)“交流市電→直流電→交流電”的轉(zhuǎn)化，由此增強(qiáng)供電的穩(wěn)定性。遇市電中斷的異常狀況時(shí)，及時(shí)啟用蓄電池，滿足臨時(shí)供電要求。此時(shí)，可在發(fā)電機(jī)組啟動前實(shí)現(xiàn)UPS供電，營造優(yōu)質(zhì)的供電環(huán)境，促進(jìn)隧道機(jī)電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。UPS系統(tǒng)具備正弦波輸出的特性，有效抵御了外部干擾因素，供電的平穩(wěn)性得到保證。

變電所的位置規(guī)劃在隧道口，設(shè)置合適規(guī)格的低壓電纜，由其傳輸電力資源，為隧道內(nèi)部的機(jī)電設(shè)備供電。隧道內(nèi)部配置有射流風(fēng)機(jī)，電纜敷設(shè)在配套的電纜溝內(nèi)。施工中，準(zhǔn)確鎖定風(fēng)機(jī)吊掛的具體位置，借助預(yù)埋管將電纜與風(fēng)機(jī)電機(jī)連接。而對于照明機(jī)電設(shè)備的主電纜，該部分也采取的是電纜溝敷設(shè)的方法，配套的分支電纜借助電纜橋完成敷設(shè)作業(yè)。應(yīng)急照明回路的穩(wěn)定性需得到保證，即應(yīng)當(dāng)?shù)钟话l(fā)事故所造成的不良影響，對此，采用耐火電纜。

電氣設(shè)備在運(yùn)行的過程中，需要工作人員對電氣設(shè)備定期進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測與監(jiān)控，也就是說，在設(shè)備運(yùn)行過程中或靜止的過程中，對電氣設(shè)備進(jìn)行各個(gè)項(xiàng)目的檢測并及時(shí)監(jiān)控，并將監(jiān)控的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理及時(shí)進(jìn)行事件分析，保障設(shè)備的運(yùn)行過程安全。用點(diǎn)設(shè)備的在離線檢測的最大好處有四點(diǎn)：（1）建設(shè)單位投資的成本較低，一般情況下，在相同情況下，在離線檢測的投資成本相對較低，相比其他的更智能檢測數(shù)據(jù)的匯總檢測，在離線檢測的投資成本所需設(shè)備單一，投資成本就能降低。（2）檢測的范圍較為廣泛，并且在離線監(jiān)測電氣設(shè)備具有靈活的移動性，還可以監(jiān)測收費(fèi)系統(tǒng)中不同層次的電氣設(shè)備。（3）離線監(jiān)測的設(shè)備較為簡單，在使用的過程中操作簡易，具有實(shí)用、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。（4）在離線監(jiān)測較為適合中小型的供配電系統(tǒng)和中小型電氣設(shè)備，變電所內(nèi)施工的高低壓柜體監(jiān)控儀表的配電盤及發(fā)電機(jī)等供電系統(tǒng)設(shè)備均可為在離線設(shè)備監(jiān)測對象，在離線監(jiān)測收集的數(shù)據(jù)點(diǎn)較少并且數(shù)據(jù)類型較為單一。對于高速公路站點(diǎn)的供電系統(tǒng)運(yùn)行過程中，配備復(fù)雜線的系統(tǒng)監(jiān)測是十分不劃算的。在離線監(jiān)測對于收費(fèi)系統(tǒng)供電運(yùn)行的設(shè)備影響較小，在離線監(jiān)測不用在被監(jiān)測設(shè)備上安裝特定的檢測裝置，可以減少監(jiān)測過程中對設(shè)備的影響，提高了生產(chǎn)過程中的安全性。

5 結(jié)語

綜上所述，在高速公路工程建設(shè)中，機(jī)電系統(tǒng)的建設(shè)是提高高速公路整體運(yùn)行水平的關(guān)鍵舉措，在具體建設(shè)中應(yīng)充分關(guān)注供配電環(huán)節(jié)，構(gòu)成完善的供配電系統(tǒng)，為隧道照明、通風(fēng)、監(jiān)控、收費(fèi)系統(tǒng)等各類機(jī)電設(shè)備提供充足、安全穩(wěn)定的電力支持。監(jiān)理人員積極參與其中，加強(qiáng)管理，從源頭上規(guī)避質(zhì)量問題。而在供配電系統(tǒng)高空作業(yè)時(shí)，參與人員應(yīng)佩戴安全帽、反光衣、絕緣手套、絕緣鞋、安全繩等相關(guān)防護(hù)器具，規(guī)范作業(yè)，確保安全。供配電系統(tǒng)各環(huán)節(jié)施工中，加強(qiáng)質(zhì)量檢查、反饋及處理，最終構(gòu)成完整可靠的供配電系統(tǒng)。