高速公路供配电系统

高速公路供配电系统马俊峰(交通部公路科学研究所,北京100088)

摘要:高速公路供、配电系统是为高速公路沿线设施如:监控、通信、收费系统设备、养护服务设施及道路照明服务的,目的在确保其用电的安全、合理和可靠性,确保高速公路安全、通畅、经济、快速、舒适等综合效益最大限度地发挥。本文介绍作者在高速公路供、配电系统设计方面的一些考虑。

1设计原则

(1)供电系统应满足负荷对供电可靠性和电能质量的要求,同时应注意接线简单,操作方便安全,具有一定灵活性。

(2)单相用电设备应适当配置,力求三相平衡。(3)

应考虑设备检修的需要并能适应远期设备的扩容。

(4)结合我国国情,有选择地采用国外先进技术,选取技术上先进,经济上合理的方案。不仅要满足用户的使用要求,而且要做到安全用电。

(5)与当地供电局和其它有关系统协调一致。

2负荷分类及供电方案

(1)负荷分类高速公路供、配电系统的设计内容可分为:沿线设

施供、配电及重点区域道路照明供、配电。沿线设施供、配电包括:管理机构设施、养护设施、服务(休息)设施的办公、生活用电。

用于交通工程管理的监控设备、通信设备、收费设备及计算机系统设备等对电源的稳定性和可靠性有较高的技术要求,原则上此类

设备的供电电源按一级用电等级配电。其它用电负荷可按二级用电等级配电。重点区域的照明包括:收费区域、服务区、停车区内的道路照明,收费天棚照明和互通立交的道路照明。这些用电负荷原则上按二级用电等级配电

(2)供电方案

为能充分发挥高速公路的优势,达到有效地使用高速公路的目的,需要根据工程特点合理地选择安全、可靠、安装维护方便的设备。供电系统应做到供电可靠、电压质量好、满足生产需要。系统结线简单并有一定的灵活性,操作安全、检修方便。制定供电系统方案时,还要充分考虑节省基建投资,减少电能损耗,降低运行费用,减少有色金属消耗量。一般不考虑当一电源系统发生故障或检修停电时,另一电源进线也同时发生故障的情况。此外要考虑到负荷的增长,预留必要的发展余量。供电方案通常有以下几种:

方案1整个供电系统由两路独立的主电源提供,每路主电源均由附近的供电局变电站提供。为了提高整个系统的可靠性,建议采用1台柴油发电机组作后备电源,当两路主电源同时发生故障时,所有一级和二级负荷均由柴油发电机组供电。本方案仅限于附近有两个以上变电站时方可实施。

方案2由于方案1需要接取两路独立的主电源,因此系统需要交纳双倍增容费。当考虑成本问题或当供电局不能提供两路主电源时,可采用此方案。此方案整个供电系统由1路主电源提供,为提高可靠性应另备一台柴油发电机组供停电时使用。

方案3只在某处收费站接取主电源,再经过高压开关柜及高压电缆往其它各变电站输电,然后经变压器及低压开关柜进行配电。

方案4是中压供电系统,适合长距离大范围供电工程,这是国内近几年发展起来的一种供电方式,关键设备从国处引进

3配电方案

结合高速公路的特点,一般情况下用电负荷多数集中在互通立交附近、隧道、服务区及养护工区等处,变电站也随之布设在这些地方。在互通立交区段设置有匝道收费站、通信站、监控外场设备(如车辆检测器、电视摄像机、可变标志等),配电系统采用本地集中供电方式。即在互通立交的收费站处设变电站,设备的用电即可从临近的变配电站引出。交通监控系统的特点决定了它要在某些特殊路段设置监控外场设备,这些设备的容量都很小,对供电的可靠性要求较高,为适应这些特殊的要求,在做供、配电系统设计时就比较困难。实际工程中经常遇到用电设备远离互通立交、服务区等处的变电站的情况,有以下几种:

1用电设备距离变电站10~20km左右,这时,为了保证用电质量和可靠性就要采用前面提到的方案3给设备供电,即从最近的变电站引出一条高压输电线路至用电设备处,然后经过变压器及低压开关设备进行配电;

2用电设备距离变电站3~5km左右,虽然不是很远,但已超出低压供电范围,考虑到成本及运营费用,不采用高压输电方式,而改用在

变电站相应低压回路增设调压器方案,既能达到使用要求又降低了成本造价。对于用电设备数量多,设置相对集中的情况,如特大桥,这就要求供、配电系统有很长的送电线路,在整条线路上散布有多个小负载,同时,这些负载对电压损失有较严格的要求。在这种情况下,有必要采用中压供电系统,即从主变电站引出一条5~6kV中压供电线路沿线供电,根据具体情况在全线设置若干个厢式变电站将中压变成低压系统,然后再为每个用电设备配电。中压供电系统应用在长距离大范围供电工程中,既解决了低压供电系统不能满足要求的难题,和高压供电系统相比又节省了投资

4隧道供配电系统

为确保隧道安全、正常运营,在隧道内设置有通风、消防、照明、监控等设施,要求供电系统无故障运行以保证高度的安全性。隧道供电一般应有二路外电源和一套自备电源,以确保隧道供电安全可靠。在外电源发生故障的情况下,自备柴油发电机组运转发电。为使供电灵活、提高故障情况下供电的可靠性,系统采用分段母线供电,互为联络。通风、照明、监控和通信设备及事故用电各自设置单独的回路。为保证隧道照明有较稳定的电源电压,有利于提高灯具的使用寿命和保证照度稳定,对全隧道照明采用独立电源供电,可以避免因大容量电动机启动时造成的母线电压波动影响照明。隧道变电所宜设置在隧道口处行车道旁,对中、短隧道可在隧道口一侧设置变电所,长隧道要考虑在隧道口两侧分别设置变电所。在隧道连续区段可将几条隧道统一

考虑,便于管理控制,同时也能节省投资。另外,需要注意的是,安装在隧道内的供电设备必须符合特殊使用条件,如湿度、废气、污物、防冻盐、高压水等;必须满足保护方式IP65的要求。

5不间断供电系统

为保证设备用电的可靠性和电能质量,必须采用UPS系统。UPS 不间断供电系统是一套将交流市电变为直流电的整流/充电装置和一套把直流电再转变为交流电的PWM逆变器。一旦市电中断,蓄电池立即对逆变器供电以保证UPS电源交流输出电压供电的连续性当电力发生故障时,UPS在柴油发电机完全起动前取代市电,继续向用电设备供电。另外,交流电网严重干扰常常会造成计算机的计算错误和数据丢失,采用UPS后输出的正弦波能保持良好的波形而且不带干扰。所有列为一级负荷的设施包括收费亭、收费车道和收费站的收费设备、交通监控设备和通信设备均由UPS供电。由于UPS的高可靠性,加上在接UPS之前会先连接稳压器,设计时以经济性为原则,不再考虑采用两台UPS一开一备的方案。当市电电源发生停电问题时,UPS的供电电源将自动转接至紧急发电机供电系统,以确保一级负荷电源不间断。

6柴油发电机组供电系统所有列为二级负荷的设施如收费广场照明、收费站及变电室内照明、房建空调、收费亭空调、生活用电等均由主电源供电,再通过连锁及自动切换系统接至紧急发电机,作后备供电以提高供电系统的可靠性。紧急发电机供电系统同时配备手动切换装置, 以供测试紧急发电机之用