公路隧道供電設計實例分析

摘要：隨著交通事業的蓬勃發展，公路建設或改擴建工程量不斷增多。電氣設計的合理與否關系到行車安全及經濟效益，因此，電氣設計的科學性、合理性、經濟性具有重要意義。本文根據工程實例，對公路隧道供電設計進行探討。

關鍵詞：公路隧道；電氣設計

1、概況

某公路車流量較多，全長34公里，當中有4座隧道，A隧道和B隧道長度分別是350米、1485米，C隧道和D隧道分別是550米、418米。A隧道和B隧道位置離得較近，故在B隧道進口附近修建一座洞口配電房，負責給A隧道，全部用電負荷及B隧道進口側一半用電負荷供電；而在B隧道出口附近再修建一座洞口配電房，負責給B隧道出口側用電負荷供電。根據相關規范要求，同時考慮到B隧道為長隧道且用電設備較多，故應針對隧道重要用電負荷設置2路電源形成一主一備的雙電源供電模式。現場調査發現，隧道進口附近、出口附近各存在一路獨立的10KV中壓電源，分別引A變電站和B電站，因此只要通過設計合理的高低壓一次主接線結構，完全可以實現隧道重要負荷的雙電源。

C隧道和D隧道均為短隧道，整體用電負荷等級為三級，供電方式采用傳統常見的“市電主用、柴油發電機備用、在線式UPS保證重要負荷”供電方式，本處就不再就此贅述。

2、初步設計方案

B隧道設置一個進口配電房和一個出口配電房，把兩個配電房視作一個整體來考慮，10KV中壓電氣主接線采用“單母線分段”接線方式。

進口電源就近引入一路10KV電源并形成I段母線，出口配電房就近引入另一路10kv電源并形成II段母線，通過在隧道纜溝內敷設一條丫JV-10KV-3X50中壓電纜將I段、II段10KV母線連通形成母線聯絡，二面進線柜和一面母聯柜共三面高壓把的二次控制回路通過一根ZN-KVV-10X2.5控纜沿隧道強電纜溝敷設連通并形成“三合二”備自投電氣閉鎖。B隧道進口/出口兩個配電房10KV—次系統圖及聯接關系見圖1。

圖1

進口配電房、出口配電房內各設兩臺站用變（#1變、#2變），兩臺站用變分別承擔一部分負載，并在低壓母線后端設汽雙電源切換裝置ATS， ATS所帶負荷主要包括隧道基本照明回路，應急照回路、監控設施電源、UPS電源等相對比較重要且負荷等級較高的負載，當主變電源消失時（市電停電、主變回路或設備檢修等情況下）通過ATS自動切換到本配電房的另一臺站用變供電電源。

3、初步設計方案存在的優缺點分析

3.1 優點

初步設計方案因地制宜，由于每個隧道口只有一路獨立的10KV市電電源，故將兩個距離lkm多的距離較遠的10KV配電房當作一個整體來考慮，整體形式上在10KV側形成“單母線分段”主接線方式，能夠在既保證隧道有2路10KV外電源的同時，又避免了若按單獨考慮則還需要另外再架設一路10KV電源以形成2路進線的投資增加的問題。

3.2 缺點

3.2.1根據初步設計方案，每個配電房內的2臺站用變的10KV電源引自同一段母線，低壓側通過各自在母線后端的ATS形成重要負荷的雙電源。這個方案隧道重要負荷看似高壓側雙電源、低壓側針對重要負荷再雙電源，實際上高壓側非實際意義上的雙電源，因為2臺站用變10KV電源取自同一段母線，那么一旦一路電，源消失則2臺變壓器同時停電，低壓側重要負荷的ATS主用、備用電源同時消失，導致重要負載必然會短時間停電（一般采用手動倒閘，時間需要幾分鐘；若采用全自動則要幾秒時間，考慮到用電安全，事實上較少采用全自動）。

3.2.2為了形成“單母線分段”主接線方式的母聯備自投功能，需要在兩個配電房之間敷設一報ZN-KVV-丨0X2.5控纜，該控纜主要連接2面逬線柜和1面母聯柜二次側控制冋路，，以確保實現“三合二”電氣閉鎖，防止倒送電事故發生。但事實上該控纜沿隧道強電纜溝敷設距離較長，且在兩端洞口要來回穿過強電井近10處，累計長度在1600米左右，其中約1450米長度在隧道強電纜溝內10KV中壓電纜、多根0.4KV低壓電纜長距離平行敷設。這么距離的共路由敷設，加之隧道口多個強電井內控纜與高低壓電纜錯乩交織，很難保證控纜不會產生感應電。而一旦產生感應電，將直接影響到“三合二”電氣閉鎖中多個中間繼電器誤動作，形成較大的安全隱患同時，由于控纜長度太長，有關開關量信號的傳輸必然存在信號衰減的問題，也會影響控制系統的準確判斷及可辦動作。

對于以上初步設計方案存作的兩個缺點，我們在各個單位等多方專家方案評審過程時也提出來來研討，絕大部分專家也表示了方案的風險作及提出了方案修改建議。

4、方案優化

結合原設計方案作在的問題及方案評審會上的專家意見，要求供電系統一定要確保結構科學合理、運行穩定可靠，遂要求設計單位必須對方案進行優化。在方案評審會上，專家建議優化方案應注意以下兩點：

4.1統巳經設置了ATS雙電源自動切換裝建議高壓柜一次系統不用再設置“單母線分段”主接線方式，可以直，接采用“單母線”接線方式，即將進口/出口兩個配電房作為單獨配電房考慮；

4.2 方案優化前后注意造價變化不要太大，在確保方案科學合理的前提下兼顧控制造價。

設計單位經過認真優化，最終方案見圖2。

圖2

優化方案與原設計方案對比，主要有如下優點：

4.2.1每個配電房仍舊維持低壓系統圖不變化，只是高壓一次系統圖進行微調，核減掉原設計的一面“母聯柜（真空斷路器）”、“分段隔離柜”，增加“進線柜（帶隔離手車）\"、饋線柜（負荷開關+熔斷器）“各兩面，由于原一臺真空斷路器改為了二臺帶熔斷器的隔離開關，費用增加不大，二面“進線柜（帶隔離手車）”由于只帶了直通式母排手車，不帶任何開關或者斷路器，柜體造價很低。所以高壓柜體費用整體變化不大，且由于每個配電房只增加了一面柜體，原土建纜溝寬度實際只增加800毫米寬度，所以土建框架結構不存在變化。

4.2.2優化方案采用兩個配電房手拉手式供鉭方式，即每個配電房10KV高壓柜各帶對方配電房的其中一臺變壓器，這樣就保證了每個配電房內的二臺變壓器電源取自完全獨立的兩處，很好地避免了原設計方案的一旦10KV停電，二臺變壓器同時停電的弊端。

4.2.3取消掉原來的ZN-KVV-10X2.5S纜，避免了長距離控纜無法避免的倍號衰減與極易產生感應電的問題。

當然，優化方案由于多了一根YJV-10KV-3X50中壓電纜，所以實際造價與原方案造價增加了幾十萬。但是相對于方案優化后供電系統結構合理性來講，這幾十萬是無法避免的，也是完全有必要的。

5、系統運行效果

公路自通車以來，供配電系統整體運行穩定可靠，未發生因設計方案不合理導致的故隙跳閘，方案的科學性和結構的合理性得到了很好的驗證。