高速公路隧道分布式智慧供配电技术

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【摘要】相比传统的供配电方案，高速公路隧道分布式智慧供配电技术具有良好的经济、节能和社会效益，既是响应行业建设智慧高速、绿色公路的技术选择，也是能解决实际工程问题的现实需要。

【关键词】高速公路隧道；分布式；智慧供配电

1高速公路隧道传统供电方案

高速公路隧道用电设施主要包括照明灯具、监控设施和通风设备用电。隧道照明区段一般划分为入口加强段、过渡1加强段、过渡2加强段、基本段和出口段五部分。灯具按功能划分为加强照明、基本照明、应急照明。隧道监控设备包含隧道摄像机、情报板、车道指示标志，以及各类检测器和疏散指示标志等。隧道通风设备主要为隧道风机。隧道照明传统供电方案是从变电所低压柜引380V电压至隧道内照明配电箱位置，由于需要在低压柜位置进行开关操作，需要根据灯具的不同分组配置多条母线供电回路。因此隧道传统供电方案需要配置大量干线电缆，重复敷设，并且由于采用380V电压供电，电缆也需要配置较粗的四芯电缆，以满足压降要求。隧道内主要的监控设备包括摄像机、情报板、各类指示器和各类检测器，各监控设施并联于一条供电电缆上。在传统方案中，隧道监控往往需要和照明灯具供电回路分开，并根据不同种类的监控设备从低压配线柜配置单独回路，又需要敷设大量电缆。传统供电中隧道风机一般每组风机单独设置回路，根据回路长度敷设大量不同规格电缆，在下端还需设置风机控制柜，对风机软启动、正转反转进行控制。综上，传统供电方案主要存在以下问题：（1）大量使用高低压电缆，母线电缆数量多，造价高；（2）供电系统采用三相供电，需要三相负载平衡，连接灯具时需要分别接入三相中，施工较复杂；（3）如需实现调压和电力监控功能，需要额外配置调压器和电力监控系统，增加成本。

2智慧供配电技术方案

2.1隧道照明智慧供电技术

隧道照明智慧供电技术是在变电所设置上位机，代替低压配电柜，单洞输出两条母线供电回路至隧道内下位机，下位机配置在原照明配电箱位置，代替照明配电箱。照明控制方面由于上下位机间带有通信功能，下位机可对每一条输出回路进行单独开关和调压，从而实现灯具按不同要求进行分组开关的功能，系统连接图如图1所示。隧道洞口变电所上位机分为加强和基本照明上位机与应急监控上位机，应急监控上位机前段配置不间断供电柜。经滤波、补偿、稳压等处理后输出3.3kV单相交流电至隧道下位机，由下位机降压为220V后再为灯具供电。隧道内下位机配置于原照明配电箱位置，下位机分为加强照明下位机、过渡照明下位机、基本照明下位机和应急监控照明下位机。加强照明下位机配置与隧道洞口，负责入洞和出洞洞口处的加强灯具；过渡照明下位机配置与入洞后第一个照明配电洞室位置，负责过渡1段和过渡2段的加强照明灯具；基本照明与应急照明下位机交错布置于隧道其他照明配电洞室位置。由于应急监控下位机需配置EPS应急电源，需单独并联为一路接入应急照明供电上位机，其他下位机可并联为一路接入加强基本照明上位机。下位机经降压后，输出单相交流220V电压为灯具供电，各灯具分组情况与原方案相同，符合原方案控制方式。下位机可输出多条回路，并带有配电、单独开关、单独调压功能，可对任一输出回路进行单独开关和调压控制。

2.2隧道监控智慧供电技术

监控设备需要接入EPS电源，与应急照明的供电性质略为相似，因此不需要再单独敷设电缆，由隧道应急与监控下位机输出监控回路，即可实现为隧道内监控设备供电。供电回路与原监控相同，供电区段按应急电源区段划分。

2.3隧道通风智慧供电技术

智慧供电在配电房设置风机上位机，风机上位机通过三芯电缆将3.3kV电力传输到各风机下位机，一般3组风机共用一根母缆，电缆敷设在隧道电缆沟内托架上。风机下位机输出各回路为3×380V，采用四芯电缆接至风机，风机下位机可为三台风机供电，每台风机具有软启动、正转反转等功能。

3智慧供配电技术效益分析

3.1经济效益分析

3.1.1减少了系统建设期的总投资分布式智慧节能供电系统可减少电缆的使用量，降低电缆芯数，从而降低了供配电系统的造价。现针对隧道照明和监控设备供电，对公路机电智能节能供配电系统与传统供电系统的经济性进行对比分析。传统供电方案采用低压380V直供方式。由隧道洞口变电所低压开关柜直接引380V电源，分为晴天、阴天、重阴天、云天、基本、应急照明等6条母线回路，至隧道内照明配电箱，在分为多个回路为照明灯具供电，控制方式为低压开关柜统一开关母线回路，实现灯具按天气和时间开关。照明、监控设备分别用单独回路进行供电。智慧节能供配电系统是在变电所设置上端供电设备，直接为隧道出入口加强灯具供电，并且单洞输出两条干线回路，一条负责加强照明和基本照明，一条负责应急照明和监控设备，并在上端接入不间断供电设备。下位机配置在洞口位置和洞内侧壁照明配电箱位置，代替原配电箱，根据照明灯具不同功能输出不同回路为灯具供电。控制方式为远程操作，控制下位机输出回路开关，实现灯具按天气或时间进行不同开关。由此可知，智能节能方案相比传统方案可有效减少电缆线径，降低建设成本。由上述统计数据可知，采用智能节能供电后仅供配电系统部分可节约建设成本约为13%。

3.1.2提高供电质量，降低设备故障率和维护成本系统采用分布式单相远距离供电技术完成机电设备的供配电，可彻底避免供电系统产生三相不平衡状态。除此之外，对于供配电系统配置功率因数补偿装置、稳压调压装置与谐波抑制装置，通过这三个装置对供配电系统的输出电源进线处理，进一步提升输出电源的质量，从而提升隧道整体供电系统的供电质量。因而延长了用电设备的使用寿命，减少了设备的维护和更换费用。

3.1.3调节照度和智能控制，实现按需供电，降低电力消耗系统根据通风、照明、监控等用电设备的实际需求，通过控制输出回路的开关状态和调节输出电压值，从而实现按需供电，进一步降低电力消耗。

3.2节能效益分析

3.2.1降低线损技术系统在满足供电需求的同时，根据负载量及供电半径，通过适当提高供电电压，以减少电缆中的电流，从而减少电缆的线路损耗减。

3.2.2无功补偿技术系统设置无功补偿设备的供电回路，提高系统功率因数，降低系统的无功功率，通过无功补偿技术，降低用电量。

3.2.3照明调压技术系统在隧道照明设备中设置灯具调压调光装置，通过照明调压调光技术，在满足隧道照度的同时，进一步降低照明用电量。综上所述，通过智慧供电系统一些项目具体应用情况核算，采用智慧供配电技术，每年的节能率可达到20%左右。

3.3社会效益分析

3.3.1提高了隧道供电系统营运管理水平智慧供电技术配置先进的自动化远程电力监控系统，具有以下功能：有效保护线路、变压器、电动机、电容器、分段开关；可实现电流、电压、功率、频率、功率因数等电量的测信功能；可控制各种断路器的合闸、跳闸，并指示开关位置；配备标准的以太网/RS485通信接口，可实现遥测遥控。整个系统实现供配电系统的远程监控功能，实现变电站无人值班，提高了隧道供电系统营运管理水平。

3.3.2提高行车安全性分布式智慧供电系统自带的调压功能，能够统一整体调整照明电压，无须关闭照明灯具。这种自动调压方式除节约电能外，还会使隧道内照度均匀，克服了等距离关闭部分灯具照造成的照度不均现象，降低闪光效应，进一步提高隧道内行车安全性。

4结语

相比传统的供配电方案，高速公路隧道分布式智慧供配电技术具有良好的经济、节能和社会效益，既是响应行业建设智慧高速、绿色公路的技术选择，也是能解决实际工程问题的现实需要。

参考文献

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作者：吴斌 单位：四川雅康高速公路有限责任公司