高速公路供配電系統(tǒng)的概念及解決方案

摘要: 在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的現(xiàn)今，物流快速發(fā)展、人們汽車(chē)持有量快速增長(zhǎng)等導(dǎo)致高速公路里程不斷增加，使得高速公路的管理工作面臨較大的壓力。高速公路供配電系統(tǒng)是為高速公路沿線(xiàn)設(shè)施如監(jiān)控、通信、收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)備、養(yǎng)護(hù)服務(wù)設(shè)施以及道路照明服務(wù)的，目的在確保其用電的安全、合理和可靠性，確保高速公路安全、通暢、經(jīng)濟(jì)、快速等綜合效益的發(fā)揮。本文簡(jiǎn)要的論述了高速公路供配電系統(tǒng)的概念，分析了高速公路隧道、服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站變電所的供電需求，并根據(jù)高速公路的特點(diǎn)提出了相應(yīng)的解決方案。

1.行業(yè)背景

據(jù)交通運(yùn)輸部統(tǒng)計(jì)，2015-2019年，我國(guó)高速公路建設(shè)投資額持續(xù)提升，2019年，全國(guó)高速公路建設(shè)完成投資11504億元，按照可比口徑，同比增長(zhǎng)14.5%。2020年全國(guó)高速公路完成13479億元，增長(zhǎng)17.2%。2020年，中國(guó)高速公路里程16.44萬(wàn)公里，增加1.14萬(wàn)公里；高速公路車(chē)道里程72.31萬(wàn)公里，增加5.36萬(wàn)公里。國(guó)家高速公路里程11.30萬(wàn)公里，增加0.44萬(wàn)公里。

我國(guó)的高速公路發(fā)展非常迅速。已形成遍布全國(guó)的高速公路網(wǎng)，它在對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出突出貢獻(xiàn)的同時(shí)，也對(duì)高速公路供配電系統(tǒng)的安全、合理和可靠性提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

2.高速供配電分析

高速公路供配電系統(tǒng)是采用集中或相對(duì)集中供電所用電源從發(fā)電廠(chǎng)或從附近地區(qū)的高壓電網(wǎng)引出10kW或35kW高壓送至高速公路的變電所，用低壓變壓器產(chǎn)生220V或380V的供電電壓，然后再由低壓配電屏及輸電線(xiàn)送至有關(guān)用電設(shè)備。當(dāng)市電停電或出現(xiàn)故障不能正常供電時(shí),則由自備柴油發(fā)電設(shè)備發(fā)電供電。

在高速公路機(jī)電工程的實(shí)際運(yùn)行中，各種用電設(shè)備的負(fù)荷是變化的，負(fù)荷過(guò)大會(huì)造成投資和設(shè)備的浪費(fèi)，負(fù)荷過(guò)小也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的損壞。因此在供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段就要合理計(jì)算負(fù)荷的大小，以避免資源浪費(fèi)和確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全。

隧道變電所重要負(fù)荷一般為應(yīng)急照明設(shè)施、通風(fēng)及照明控制設(shè)施、緊急呼叫設(shè)施以及部分消防設(shè)備等。隧道都處在比較偏遠(yuǎn)的地段，采用鄉(xiāng)電比較多，由于鄉(xiāng)電本身就不穩(wěn)定，經(jīng)常面臨著停電的風(fēng)險(xiǎn)，一般采用EPS應(yīng)急電源。如所帶負(fù)載有設(shè)備對(duì)電壓要求高的可由UPS供電。

隧道變電所供配電系統(tǒng)

收費(fèi)站變電所重要負(fù)荷一般為通信系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等。常設(shè)有UPS為操作機(jī)構(gòu)、監(jiān)控設(shè)備、測(cè)控單元及ATS供電。

收費(fèi)站變電所供配電系統(tǒng)

服務(wù)區(qū)變電所重要負(fù)荷一般為外場(chǎng)監(jiān)控、通信系統(tǒng)、生活水泵、消火栓泵、綜合樓照明、場(chǎng)區(qū)照明等。

服務(wù)區(qū)變電所供配電系統(tǒng)

3.可靠供電方案

1）全路段監(jiān)控

沿途數(shù)十幾個(gè)路段變電所、路段箱變、隧道變電所、服務(wù)區(qū)變電所、收費(fèi)站變電所繪制在一張K線(xiàn)圖里面，點(diǎn)擊每個(gè)站跳轉(zhuǎn)相關(guān)配電圖畫(huà)面顯示，使整條高速公路的配電系統(tǒng)一圖掌握。

2）10kV系統(tǒng)監(jiān)控

對(duì)10kV 進(jìn)出線(xiàn)、母線(xiàn)分段等回路進(jìn)行繼電保護(hù)和運(yùn)行測(cè)控。實(shí)時(shí)顯示各回路的遙測(cè)量、遙信量、報(bào)警信號(hào)、柜內(nèi)電氣節(jié)點(diǎn)溫度值等。

3）0.4kV系統(tǒng)監(jiān)控

0.4KV 配電柜進(jìn)線(xiàn)單元和發(fā)電機(jī)進(jìn)線(xiàn)柜、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)柜等，監(jiān)測(cè)其各電參量，監(jiān)視開(kāi)關(guān)位置信號(hào)、回路分合閘狀態(tài)、故障脫扣信號(hào)等；并對(duì)進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)（低壓斷路器含電操等自動(dòng)機(jī)構(gòu)）進(jìn)行遠(yuǎn)程分合閘控制。以及監(jiān)測(cè)UPS、EPS出線(xiàn)電壓、電池電壓、電流、功率等實(shí)時(shí)量。

4）變壓器監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)變壓器電流、電壓、有功/無(wú)功功率、功率因數(shù)、負(fù)荷率、三相繞組溫度、三相不平衡等數(shù)據(jù)。設(shè)置微機(jī)變壓器保護(hù)測(cè)控裝置，可實(shí)現(xiàn)就地、遠(yuǎn)動(dòng)的保護(hù)、測(cè)控功能，電力監(jiān)控通過(guò)干變內(nèi)部預(yù)先埋設(shè)的溫度傳感器和相應(yīng)的智能溫控儀對(duì)干變的溫度信號(hào)、超溫報(bào)警、變壓器風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)等變壓器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

5）電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及治理

諧波/間諧波、諧波畸變率、電壓偏差、電壓波動(dòng)與閃變等電壓電流穩(wěn)態(tài)監(jiān)測(cè)，暫升、暫降、短時(shí)、容忍度分析電壓暫態(tài)監(jiān)測(cè)、電壓瞬變監(jiān)測(cè)。智能無(wú)功補(bǔ)償裝置與智能有源濾波裝置控制器接入智能通信管理機(jī)，通過(guò)電力監(jiān)控主機(jī)顯示其運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行諧波治理。

6）事件報(bào)警處理

系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警，并進(jìn)行報(bào)價(jià)分析。將報(bào)警分為四級(jí)：預(yù)警、一般、重要、緊急報(bào)警；采用圖元告警、彈出事件報(bào)警窗口、語(yǔ)音報(bào)警、短信告警、電話(huà)告警、聲光報(bào)警器報(bào)警等方式。

4．總結(jié)

總而言之，高速公路的安全運(yùn)營(yíng)離不開(kāi)完善的電力系統(tǒng)的支持，配置安全可靠的電源是確保高速公路系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提。實(shí)時(shí)監(jiān)控各類(lèi)供電電源，保證可持續(xù)不斷地提供穩(wěn)定電源，并及時(shí)反饋整條高速的運(yùn)行情況方便及時(shí)排查問(wèn)題。

審核編輯：湯梓紅