高速公路供配電系統(tǒng)與故障排除技術要點

王 毅

四川成自瀘高速公路開發(fā)有限責任公司，四川自貢 643000

近年來，我國在很多地方建設了高速公路，由于此類公路施工涉及的內容較多，作業(yè)期間容易受到多種因素影響出現(xiàn)道路質量、安全問題，嚴重影響公路的使用價值以及獲取社會、經濟效益，需要施工單位掌握不同施工項目的設計、施工要點，以此來提升工程作業(yè)質量安全。高速公路建設期間，供配電系統(tǒng)為重要的施工項目，基于該系統(tǒng)能夠對相關公路沿線設施提供電能，確保監(jiān)控、照明等系統(tǒng)在通電后可以正常有序地工作，所以高速公路施工單位需要對供配電系統(tǒng)的設計工作予以重視，把握好系統(tǒng)設計的相關事宜，從而得出科學合理的高速公路供配電系統(tǒng)方案，并且在系統(tǒng)應用期間采取先進的故障排除技術及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)容易發(fā)生的種種故障問題，并準確排除，有效增強供配電系統(tǒng)供電的安全性、可靠性。

1 高速公路供配電系統(tǒng)分析

1.1 系統(tǒng)設計

高速公路的沿線設施在用電期間，會在道路相應位置修建變電站，借助于變壓器將發(fā)電廠傳輸至變電站的電能進行轉化處理，使之成為可供使用的交流電或直流電。其中，供配電系統(tǒng)結構包括變電設備、柴油發(fā)電設備、交流配電房、整流器、交流穩(wěn)壓器等，具體而言在系統(tǒng)結構設計方面需要設計直流電源，以供通信設備工作時使用，此種電源主要包括直流配電屏、蓄電池組以及整流器等裝置，各個部分組合之后共同發(fā)揮出電源供電作用；設計電壓變換設備，用于構建直流供電系統(tǒng)，主要設備為直流變換器；設計交流不間斷電源，確保交流電能夠持續(xù)供給，此種電源組成部分為直流電源、逆變器、電源；此外，還需要設計柴油發(fā)電機設備，以便在發(fā)生大范圍的供電故障或者斷電情況時，可以使用柴油機直接進行發(fā)電，以免發(fā)生相關監(jiān)控、照明等系統(tǒng)由供電中斷所致的故障或無法運行等情況。

在系統(tǒng)工作期間，各個供配電設備同時運行，產生的負荷較多，為了保證負荷量處于額定容量的標準以下，需要計算供電負荷，依據準確的數據來對選用的變壓器、導線截面等進行合理選擇，可以確保供配電設備能夠安全運行，降低設備損壞風險。供電負荷等級主要分為3級，其一為一級負荷，即若供配電系統(tǒng)發(fā)生工作中斷情況，會產生較大的經濟損失，嚴重的情況下還會發(fā)生人員傷亡事故；其二為二級負荷，即供配電中斷之后，會出現(xiàn)相關供電設備故障、損壞等情況，設備維護檢修難度大、耗時長；其三為三級負荷，即除過一級、二級負荷的電力負荷均為三級負荷，以上等級的劃定標準為供配電系統(tǒng)的運行質量與中斷供配電所致的不良影響。因此，設計高速公路供配電系統(tǒng)期間，要求依據一級用電負荷標準進行用電設備負荷設計的對象主要為收費、監(jiān)控、通信等系統(tǒng)，二級用電負荷標準則主要用于高速公路照明系統(tǒng)、停車區(qū)域、沿途服務區(qū)等負荷設計。

1.2 供電方式

當前用于高速公路供配電系統(tǒng)工作運行使用的供電方式較多，要求設計人員結合高速公路施工方案的內容以及施工所在地的基本情況，確定最終的供電方式，保證選用的供電方式具有較高的經濟性價值，建設時花費的資金較少，后續(xù)的設備維修養(yǎng)護工作方便快捷。對于我國現(xiàn)階段修建的一些高速公路進行供配電系統(tǒng)的深入研究后，發(fā)現(xiàn)主要選用的供電方式為：獨立電源聯(lián)合柴油發(fā)電機組，共同組成2路供電線路，其中獨立電源由變電站直接進行電能提供，后者則為備用電源，發(fā)電機組能夠在獨立電源中斷后直接提供給供配電系統(tǒng)所需的電能，通過這兩路電源可以確保一級與二級供電負荷正常，不會發(fā)生供電異常產生的故障、經濟損失等問題。

1.3 系統(tǒng)設計要點

當前高速公路供配電系統(tǒng)設計工作面臨的阻礙性因素較多，需要設計人員不可忽視影響系統(tǒng)工作價值實現(xiàn)的相關細節(jié)問題，以便提升方案設計的價值，減少運行故障發(fā)生率，減輕系統(tǒng)故障檢修人員的工作任務量，降低檢修工作難度，確保供配電系統(tǒng)在設計方面不會出現(xiàn)較大問題，整個設計方案的應用可行性較高。其一，在供電電源方面。需要高速公路修建專門的變電站，由公路周邊地區(qū)的高壓供電網供給電能，以此應用電源維持供配電系統(tǒng)正常的工作狀態(tài)；為避免發(fā)生供配電中斷情況，還需要設計輔助使用的供電裝置，以供關鍵供電設備不間斷供電所用，保證整個供電工作具有可靠性。其二，供電質量方面。需要高速公路上的沿途收費站，設置自動穩(wěn)壓電源，以此保證收費系統(tǒng)不會發(fā)生供電問題導致的故障情況；對于低壓單相供電，須注意不可進行較遠地區(qū)供電的設計，若供電范圍過大則會出現(xiàn)電能供應不足情況，因此，應盡量進行相關系統(tǒng)所需電源的集中供電供給，從而構建穩(wěn)定的供電系統(tǒng)，有效提升供電質量，保證高速公路整個供配電系統(tǒng)能夠高質量的進行供配電工作。其三，繼電保護方面。為了避免供配電系統(tǒng)發(fā)生多種運行問題，則需要設計人員做好漏電保護、短路保護等繼電保護設計工作，并且應用三相平衡法來分配電力負荷，對于系統(tǒng)的相應位置設計防雷保護，以降低雷電天氣對于輸電線路的干擾作用，避免無保護的線路在遭受雷擊后發(fā)生線路脫落、短路等問題。其四，防電磁干擾方面。由于高速公路運營期間每日的交通流較大，要求公路管理部門依托設置車輛檢測器等裝置，對于行駛于高速公路上的車輛進行運行情況的檢查，從而在發(fā)生交通擁堵、交通事故等情況時，高速公路指揮中心的工作人員能夠及時結合數據對于相關情況作以妥善處理，但是供配電系統(tǒng)在運行時會產生電磁場，發(fā)生檢測裝置的電磁干擾問題，這就要求設計人員能夠將電磁干擾因素考慮進供配電系統(tǒng)設計工作中，降低電磁因素對于相關檢測器產生的不利影響。

2 供配電系統(tǒng)常見故障排除技術分析

首先為超負荷。常規(guī)情況下基于供配電系統(tǒng)的相關設備工作期間有著較為穩(wěn)定的用電負荷，但是受到外界因素干擾，則容易發(fā)生超負荷情況，使得用電負荷變得極為不穩(wěn)定， 而且容易出現(xiàn)設備運行故障，針對該項故障問題要求采取容量擴增、增加手段進行處理，便可以保證設備用電負荷長時間趨于穩(wěn)定狀態(tài)。具體處理超負荷問題期間，要求準備多臺變壓器，以此通過變壓器的共同工作，來輸送大量的電流，進而能夠在輸電電流容量不斷擴大的情況下，有效改善供配電系統(tǒng)的超負荷工作狀態(tài)。

其次為短路故障。分析常見的此種故障，可以了解到主要分為三相短路、二相/單相接地短路等具體的類型，在發(fā)生短路故障之后會導致供配電系統(tǒng)的正常運行中斷，干擾高速公路沿途相關裝置的正常工作。因此，在設計供配電系統(tǒng)期間，需要設計人員把握好不同類型短路故障的發(fā)生原因，對于較常發(fā)生故障的區(qū)域進行繼電保護裝置的布設與安裝，以此在線路使用期間發(fā)生負荷異常情況時，便可以迅速跳閘，進而切斷故障線路，以免影響其它正常線路、設備的工作質量，將故障區(qū)域劃定在較小的范圍內后，使得檢修人員可以盡快定位到故障點，快速排除故障；若沒有發(fā)生線路故障問題，還需要應用備用電源來確保供電設備能夠不間斷工作。

最后電源中斷故障。導致該故障發(fā)生的主要因素為應用的電氣設備發(fā)生嚴重損壞，進而導致與之相連接的輸電線路直接發(fā)生短路故障，在解決該故障時電氣設備的選擇工作較為重要，要求設計人員選擇相關連接線路的設備時，選取質量性能優(yōu)良、技術指標達標、運行效果良好的新型電氣設備，從而規(guī)避電源中斷故障的發(fā)生。

3 結語

近年來很多高速公路安裝有供配電系統(tǒng)，有效提高了公路運營的價值，但是公路運行期間若發(fā)生供配電的異常情況，便會影響供配電系統(tǒng)的工作質量，繼而不利于監(jiān)控、通信以及收費等系統(tǒng)的正常工作，致使高速公路在日常運營期間會出現(xiàn)繳費異常、道路交通流無法檢出、通信設備故障、照明燈具失效等問題。因此要求高速公路施工單位結合以往供配電系統(tǒng)的設計施工經驗，并且積極的向一些成功進行供配電系統(tǒng)設計施工的施工單位學習經驗，以此綜合調查所得的全部信息，保質保量地開展供配電設計工作，并采取相應的故障排除技術來對系統(tǒng)加以保護，從而確保高速公路可以良好、穩(wěn)定運行。