中壓供配電在道路照明中的應用

任福學 王居東

隨著道路橋梁的迅速發展,道路橋梁照明的燈具技術、光源及配光技術、控制技術等也在不斷進步。長距離、多模式的道路橋梁照明不僅對光源、燈具和控制提出了安全、可靠、高效、節能、美觀、長壽的技術要求,同時對供配電系統也提出了新的要求。

一、道路照明的特點

道路照明主要包括道路橋梁營運時的路燈照明、人行道和地下通道照明、立交橋和廣場高桿燈照明、橋梁的景觀照明、公益和商業廣告照明、特殊結構的內部照明等。這些照明的合理設置能提高道路橋梁的使用效率,減少交通事故,減少犯罪率,便于道路橋梁的維修和維護。橋梁的景觀照明,能充分展示路橋建筑的特點,美化城市,并成為現代化城市的標志。在這個意義上,道路橋梁照明也反映了城市的綜合經濟發展水平。

道路橋梁照明的電負荷特點是:集中負荷較小,燈具分散,供電距離較長,存在跨越兩個供電區域的問題,給電源供電和用電管理造成一些困難。另一方面,由于是多渠道投資,業主又希望在投資的道路橋梁區段實施封閉的集中控制和管理。

二、道路橋梁照明對供配電的要求

道路橋梁照明的最初形式是白熾燈和低壓電網,這種方式只適于短距離供電。隨著橋梁跨度加長,道路等級提高,車流量增大,道路橋梁照明對燈具提出了新的要求:1.應用高效光源,提高燈具效率;2.長壽耐用,有利環保;3.提高功率因數,節省能源。促使一些光學性能好,發光效率高的燈具(例如高壓汞燈、金屬鹵化物燈、高效熒光燈等)大量應用。這些燈具也引入了一些附加裝置,例如電感器、電容器、起動裝置、調節器和控制器等。

在選擇供配電方式時,需要綜合考慮以下問題:1.照明需要穩定無波動的電壓;2.比較長的供電距離,而且負荷是在整個長度內分布;3.燈具開啟時沖擊電流比較大;4.燈具在使用過程中也會出現過電流現象;5.一些燈具(光源和附屬裝置)對溫度、濕度和振動變化反應敏感;6.道路橋梁上安裝供電設備的空間和環境受到限制;7.長距離監測和控制。

在上述條件下,若仍采用低壓供電網供電,由于變壓器的電壓降和沿電纜長度的電壓降,會造成較大的供電線路壓降。實用中會造成變電站數量的增加和電纜線徑的增加。通常情況下低壓供電半徑限制在500M長度內,10KM長的道路橋梁在10KV的供電網中,需要10座10 000/380V的變電站,由此伴隨著投資和營運綜合費用的提高。 在這種情況下,一方面要利用先進的照明技術,使用權用高效節能燈具,另一方面也要有實用的供配電系統,滿足道路橋梁的照明要求。

三、中壓系統

為了綜合解決道路橋梁照明的供電問題,設計施工人員在10KV以上和220/380V之間提出了“中壓”傳輸的概念。基本思路是通過選擇“中壓”(實際上是較高的電壓,通常是3.2KV或5.5KV )供電,來減小供電電纜的線徑,降低投資;而所選的電壓值又大大低于10KV ,不至于因電壓等級高而過量增大電氣設備制造、安裝、使用方面的費用和保護控制的復雜程度。通過這一電壓等級將電源送至負荷附近,通過降壓直接供給照明,減小了供電半徑,也提高了電源質量。這樣10KV的供電電網中, 只需一座10 000/

5 500V的變電站,加上20臺可在惡劣環境下使用的降壓變壓器,由于供電半徑小可提高供電質量,還可節省配電房管理和粗電纜方面的投資。

系統的組成是:

1.從區域電網采用單支線路或雙回線路供電;

2.在主變電站通過變壓器將區域電網電壓變為中壓,并經輸出保護裝置輸出;

3.在負荷處用專用變壓器將中壓變為低壓,直接供給照明。

為了適應戶外條件,特別是惡劣環境,國外開發了系列用于照明,能在惡劣環境下工作的小容量埋地變壓器。這種用于中壓系統的專用變壓器有以下特點:1.能空載調壓。利用手動抽頭轉換裝置空載調壓,使供電電壓與燈具所需電壓適配。2.有載自動調壓。能自動補償電網電壓的變化。3.采用專門的過載保護裝置。利用接觸式溫度計、熱動開關、與繼電器組合的溫度傳感器埋在變壓器繞組中,測量繞組溫度,并進行保護。4.干式環氧樹脂浸漬,繞組通過彈性壓緊器固定安裝在鐵芯上。初級或次級連接可以是雙頭螺栓或插入式連接。

這種變壓器具備良好的機電強度、耐電弧強度和耐火性能,對濕度環境敏感性低,振動和噪音較小,安裝連接方便,熱保護和過載保護性能好,可靠性較高。且具備防水、可浸水、防腐蝕功能,可在較惡劣環境下使用。但是,這種變壓器也存在一次投資大,負荷容量小,電能量效率低的缺點,只適于分散容量小的照明供配電。在長距離照明供電中,中壓供電長度理論上可達20KM。在此范圍內具備免維護、可擴展特性。

四、中壓系統在道路橋梁照明工程中的應用實例

近年來,中壓供電傳輸已應用于國內道路橋梁照明,其中具代表性的有江陰大橋及兩岸的廣靖高速、錫澄高速、重慶黃花園大橋、南京長江二橋、重慶長江鵝公巖大橋等道路橋梁工程。

在上述道路橋梁工程中部分或全部使用了中壓供電,各有其特點,方案比較和效果反映出應用中還有一些不完善的地方。但中壓供電形式的確適用于較長距離的道路 橋梁照明,特別是路燈照明。如果變壓器容量選擇適當,還可以對橋梁的其他機電設備供電。

五、選用中壓供配電及選用時考慮的主要因素

中壓供配電在道路橋梁照明中應用有一定的積極意義,并已被證明是長距離分散荷載條件下供電的有效方式。中壓系統中的專用埋地式照明變壓器主要適用道路橋梁中的路燈照明,不適應于對較大的集中負荷供電,在這些情況下,宜選用容量較大的中壓變壓器。在強調中壓供配電在道路橋梁照明應用和中壓專用變壓器便于安裝,免維護等優點時,不能忽視10KV /5。5KV變壓器的變比小,不是理想的變比選擇,小容量變壓器投資較高,效率較低,運行損耗相對較大等弱點。在選擇是否應用中壓供配電,或如何應用中壓供配電進,一定要進行認真的綜合技術分析和投資分析,主要考慮的因素有:1.道路橋梁的結構狀況;2.道路橋梁初選的照明方案;3.周圍供電區域情況;4.變電站、設備、電纜及安裝敷設的一次性投資費用,以及能源消耗、損耗和設備維護、管理的營運費用。在這個基礎上考慮是否應用中壓供配電,或是部分應用中壓供配電及采用何種實施方案。□

(編輯/穆楊)