在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的現(xiàn)今，物流快速發(fā)展、人們汽車持有量快速增長等導(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、舒適等綜合效益發(fā)揮。本文簡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，我國高速公路建設(shè)投資額持續(xù)提升，2019年，全國高速公路建設(shè)完成投資11504億元，按照可比口徑，同比增長14.5%。2020年全國高速公路完成13479億元，增長17.2%。2020年，中國高速公路里程16.44萬公里，增加1.14萬公里；高速公路車道里程72.31萬公里，增加5.36萬公里。國家高速公路里程11.30萬公里，增加0.44萬公里。
我國的高速公路發(fā)展非常迅速。已形成遍布全國的高速公路網(wǎng)，它在對國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出突出貢獻(xiàn)的同時(shí)，也對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)是采用集中或相對集中供電所用電源從發(fā)電廠或從附近地區(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)荷過大會造成投資和設(shè)備的浪費(fèi)，負(fù)荷過小也會導(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。根據(jù)供配電可靠性以及中斷供配電在社會效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)上造成的損失和影響程度劃分為3個(gè)等級：一級負(fù)荷，二級負(fù)荷，三級負(fù)荷。
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)荷一般為外場監(jiān)控、通信系統(tǒng)、生活水泵、消火栓泵、綜合樓照明、場區(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線圖里面，點(diǎn)擊每個(gè)站跳轉(zhuǎn)相關(guān)配電圖畫面顯示，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 10kV 進(jìn)出線、母線分段等回路進(jìn)行繼電保護(hù)和運(yùn)行測控。實(shí)時(shí)顯示各回路的遙測量、遙信量、報(bào)警信號、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)線單元和發(fā)電機(jī)進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)開關(guān)柜等，監(jiān)測其各電參量，監(jiān)視開關(guān)位置信號、回路分合閘狀態(tài)、故障脫扣信號等；并對進(jìn)線開關(guān)（低壓斷路器含電操等自動機(jī)構(gòu)）進(jìn)行遠(yuǎn)程分合閘控制。以及監(jiān)測UPS、EPS出線電壓、電池電壓、電流、功率等實(shí)時(shí)量。
4）變壓器監(jiān)測
監(jiān)測變壓器電流、電壓、有功/無功功率、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)測控裝置，可實(shí)現(xiàn)就地、遠(yuǎn)動的保護(hù)、測控功能，電力監(jiān)控通過干變內(nèi)部預(yù)先埋設(shè)的溫度傳感器和相應(yīng)的智能溫控儀對干變的溫度信號、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。
5）電能質(zhì)量監(jiān)測及治理
諧波/間諧波、諧波畸變率、電壓偏差、電壓波動與閃變等電壓電流穩(wěn)態(tài)監(jiān)測，暫升、暫降、短時(shí)、容忍度分析電壓暫態(tài)監(jiān)測、電壓瞬變監(jiān)測。智能無功補(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?、隔離開關(guān)、接地刀分、合動作等遙信變位，保護(hù)動作、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：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、語音報(bào)警、短信告警、電話告警、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)營離不開完善的電力系統(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)排查問題。
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