引言

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)域的用電設備例如照明設備、信號設備等是否能夠正常運作,車輛是否能夠平安順利地通過。尤其是在特長隧道中,供配電系統(tǒng)方案的可靠性和安全性至關重要。隧道供配電系統(tǒng)的設計方案及其優(yōu)化也會對高速公路的工程投資和運營成本產(chǎn)生直接影響。

海峽西岸經(jīng)濟區(qū)高速公路網(wǎng)漳州至永安聯(lián)絡線起于國高廈成線海滄至天寶段,終點接國高泉南線永安段,并與海西網(wǎng)第四橫莆田至永定高速相交于漳平北。

漳永聯(lián)絡線經(jīng)過漳州華安縣、龍巖漳平市,是規(guī)劃的海峽西岸經(jīng)濟區(qū)"三縱八橫三環(huán)三十三聯(lián)"高速公路網(wǎng)中的一條區(qū)域聯(lián)絡線,對促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展將起到積極作用。

漳永聯(lián)絡線也是閩中和閩西北地區(qū)及江西、湖南等內陸地區(qū)通往廈門、漳州沿海港口的便捷通道,是福建省沿海港口拓展內陸腹地的一條快捷通道。作為海西區(qū)高速公路規(guī)劃網(wǎng)的組成部分,對完善海西高速公路網(wǎng),帶動閩南、閩西北山區(qū)經(jīng)濟、旅游業(yè)的發(fā)展,增強國防交通保障能力等均具有重要意義。

本文的研究對象為海峽西岸經(jīng)濟區(qū)高速公路網(wǎng)漳州至永安聯(lián)絡線華安段,起點位于漳州市華安縣新圩鎮(zhèn)新圩互通終點K34＋300,沿線經(jīng)新圩、紅旗山、羅溪、華安縣城、草坂、石門、坪山村至項目終點西陂（漳州與龍巖交界處),順接漳永高速龍巖段起點,路線全長32.896km。結合西陂特長隧道供配電系統(tǒng)的特點,針對西陂特長隧道供配電系統(tǒng)方案進行了進一步的優(yōu)化設計,在不增加設備的基礎之上,通過對隧道供配電系統(tǒng)的進一步優(yōu)化,使得特長隧道供配電系統(tǒng)的可靠性和安全性大大提升,以保障隧道運營的安全。

1特長隧道中供配電系統(tǒng)的組成

根據(jù)對供電可靠性的要求以及中斷供電在政治、經(jīng)濟上所造成的影響,本工程設備負荷的分級如下:

(1）一級負荷:收費島和收費車道設備,各級通信系統(tǒng)、收費系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)設備、機房電源,場區(qū)泵房(消防用）和發(fā)電機房照明用電。

(2）二級負荷:收費亭空調照明、服務區(qū)/停車區(qū)綜合樓照明、收費站辦公樓照明等以及加油動力。

(3)三級負荷:收費廣場、場區(qū)路燈及廣告的照明,辦公樓、綜合樓空調用電,維修動力、材料設備庫用電。

特長隧道中部分重要電力負荷的分級如表1所示。

表1特長隧道重要電力負荷分級表

1.1供配電照明系統(tǒng)

隧道供配電系統(tǒng)的重要組成部分之一就是供配電照明系統(tǒng),同時其也是整個機電系統(tǒng)的核心,必須要承擔起隧道24h供電照明的功能。在特長隧道供配電系統(tǒng)的設計中,首先要對系統(tǒng)運行過程中的實際負荷進行估算,基于安全性和可靠性原則設計供配電照明系統(tǒng),避免出現(xiàn)超負荷運行的情況,一旦超負荷運行,要及時調整系統(tǒng)的參數(shù),以滿足整個系統(tǒng)的供電需求。特長隧道供配電照明系統(tǒng)對于隧道供配電系統(tǒng)后期使用過程中的安全性影響非常大,若是設計不合理或照明出現(xiàn)故障很容易造成車禍的發(fā)生。

1.2供配電通風系統(tǒng)

高速公路修建過程中大多需要穿過一些高山峻嶺,因而就會需要隧道,但是目前有些高速公路由于經(jīng)過的山體本身條件比較惡劣,從而導致隧道的環(huán)境非常閉塞,尤其是在特長隧道中,這種缺點更為明顯。因而在隧道的設計中必須設計專門的通風系統(tǒng),通常通風系統(tǒng)是以電為動力的,良好的通風系統(tǒng)可以為隧道提供一個良好的內部環(huán)境。供配電通風系統(tǒng)主要由環(huán)境監(jiān)測、區(qū)域控制以及風控系統(tǒng)三部分組成,其原理主要就是分析隧道中的C0濃度,當其超標時,通過控制風機的運行使C0濃度降低,從而使得隧道中的有害氣體含量減少,以提供一個相對健康的隧道環(huán)境。

1.3消防設施系統(tǒng)及應急電源

消防系統(tǒng)同樣也是特長隧道的重要組成部分之一,在特長隧道中,必須要根據(jù)隧道長度的不同合理設計隧道緊急出口的數(shù)量,使隧道處于一個相對比較安全的環(huán)境。供配電系統(tǒng)中消防設施系統(tǒng)的設計,首先要設計相應的通風設備,配備適當數(shù)量的消防管道,從而更好地保障隧道的消防安全。另外,在高速公路特長隧道的設計中,必須合理設計應急電源系統(tǒng),一旦出現(xiàn)故障立即采取緊急措施應對突發(fā)狀況。

2西陂隧道供配電系統(tǒng)設計方案

特長隧道中應用的供配電形式主要有以下三種形式:

（1）放射式供電,供電的可靠性比較高,且一旦發(fā)生故障之后影響的范圍也會比較小,操作切換十分方便,自動化控制程度比較高,其缺點是系統(tǒng)中的配電線路以及高壓開關柜的數(shù)量會比較多:

(2）樹干式供電,配電線路以及高壓開關柜的數(shù)量比較少,從而使得電纜成本降低,其缺點是一旦發(fā)生故障,對于整個供配電系統(tǒng)的影響比較大,因而在實踐中這種供配電形式可靠性會比較差:

(3）環(huán)形供電,這種供電形式電源獲取來源為兩個,從而將整個供電網(wǎng)連接為一個環(huán)形,供電可靠性比較高,但其對于供電的切換比較難,十分復雜,對于地域的要求比較高,難以協(xié)調。

2.1供電方式

根據(jù)各隧道橫洞變電所的位置和用電負荷分布,西陂隧道1#橫洞變電所高壓采用兩路獨立10kV電源供電,2#和3#橫洞變電所采用一路10kV電源供電,每個橫洞變電所設一臺變壓器給隧道內風機、燈具、監(jiān)控和消防等設備供電:對一級負荷中的高壓操作電源和電力監(jiān)控等特別重要負荷采用UPS作為低壓備用電源:對所有應急照明等特別重要負荷,采用EPS作為低壓備用電源。

2.2設備選型

應采用先進、可靠、維護需求小的設備,并且為今后系統(tǒng)的擴容留有余地。

高壓開關柜采用鎧裝中置式交流金屬封閉開關柜,配裝可抽式真空斷路器手車,各開關設備主要電氣元件都有其獨立的隔室,安裝方便,維護簡單。

隧道變壓器選用樹脂絕緣SCB10型干式變壓器,帶IP20防護等級的鋁合金外殼、強迫風冷(AF）及溫控、濕顯裝置(當繞組溫度高于110℃時,溫控箱啟動風機強迫風冷,若強迫風冷下繞組溫度下降,低于90℃,風機停止:若繞組溫度進一步升高,溫控箱將發(fā)出超溫報警(155℃）或超溫跳閘信號(170℃））,低噪聲、低損耗、電氣強度高、難燃、不污染環(huán)境、防潮濕,可在100℃下安全運行。

低壓柜采用GCK抽出式開關柜。低壓開關柜元器件配置除應滿足本身監(jiān)控和控制要求外,還要滿足電力監(jiān)控系統(tǒng)遙信、遙測和遙控的需求,以及隧道通風監(jiān)控系統(tǒng)集中控制功能的需要,并且預留電力監(jiān)控終端測控單元的安裝位置。

3西陂隧道供配電系統(tǒng)方案優(yōu)化設計

(1）結合本隧道供電條件及電力部門有關用電管理的規(guī)定,對沿線的各個收費站和服務區(qū)區(qū)均設置一處10/0.4kV變電站。

(2）為保證重要負荷用電,按規(guī)范要求應采用雙電源供電。但一般公路收費站等設施大多遠離城市,即使有不同來源的兩路電源,其可靠性也不一定很高,因此結合本路段的特點,采用單路電源和高壓兩路電源進線相結合的方式,箱變/變電所高壓側接單回路供電。

(3）為滿足部分設備對雙電源的要求,在單路電源供電的站區(qū)設置能在外電源斷電后自動投入的高可靠性高壓兩路電源進線。

(4）單路電源的變電站低壓側為單母線分段方式,將一般用電負荷集中在一段母線中饋出,這部分負荷沒有備用電源支持,將收費站機房、通信站機房、監(jiān)控外場設備、收費設備等重要負荷以及部分二級負荷集中在另一段母線饋出,該段母線的供電負荷能得到備用柴油發(fā)電機組的支持。

(5）為提供測量用電壓,提供測量表計用的電壓、保護用電壓,提供相關設備的操作和控制電源,在進線點設置PT柜。PT柜是電壓互感器柜,一般在高壓系統(tǒng)中必須有一組PT柜,大多是直接裝設到母線上,以檢測母線電壓和實現(xiàn)保護功能,主要就是起計量保護作用。高壓柜屏頂電壓小母線的電源就是由PT柜提供的。PT柜內既有測量PT又有計量PT(原先都是要求測量PT和計量PT分開,因為規(guī)范規(guī)定計量用互感器的等級要高于保護用互感器的等級,但現(xiàn)在如沒有特殊要求也有不分開的,可以共用）,都上屏頂?shù)碾妷盒∧妇€,為其他出線高壓柜提供測量、計量、保護用電源等。

4結語

特長隧道供配電系統(tǒng)方案的設計和優(yōu)化一直以來都是相關學者和技術人員的研究熱點,其安全性和可靠性是隧道能夠實現(xiàn)良好運營的關鍵。根據(jù)西陂特長隧道實際運營特點和供電需求,提出將雙電源供電設計優(yōu)化為備份方案,解決隧道供電的難題,使得特長隧道可以安全、可靠地運營,為之后的工作提供了更多可供借鑒的經(jīng)驗。