中壓供配電技術在高速公路及特大型橋梁工程中的應用

摘要：介紹了中壓供配電技術，包括設備選型及接線模式，分析了高速公路及特大型橋梁中供配電系統的特點，闡述了中壓供配電技術在高速公路及特大型橋梁工程中的應用情況，對于提升高速公路及特大型橋梁的供電可靠性具有借鑒意義。

關鍵詞：中壓;供配電技術;高速公路;特大型橋梁;設備選型

0 引言

高速公路及特大型橋梁工程涉及的技術面廣，例如建設施工技術、載荷控制技術等，其中供配電技術在高速公路及特大型橋梁工程中也有廣泛應用。本文主要從高速公路及特大型橋梁工程的通信、監控和收費等電力負荷供電方面，介紹中壓供配電技術在高速公路及特大型橋梁工程中的應用，包括供配電系統中的設備選型、電能質量、供電可靠性等方面。

1 中壓供配電技術

1.1 ? ?中壓供配電技術的設備選型

在高速公路及特大型橋梁工程供配電系統中，對于電氣設備的型號選擇，可以從負荷容量、短路電流水平、開斷能力以及經濟成本等方面綜合考慮，并分別在供配電系統正常運行時和發生故障時進行計算，以保證電氣設備能夠在多種不同場合中不被損壞。以斷路器選型為例，應考慮下列特性參數：一是型式，斷路器型式包括相數、極數、額定頻率、滅弧介質、閉合方式等;二是主電路額定值[1]，主電路額定值有額定工作電壓、額定電流、額定短時接通能力、額定短時耐受電流等;三是輔助電路參數，斷路器的輔助電路參數主要為輔助接點的特性參數。

1.2 ? ?中壓供配電系統的接線模式

對于中壓供配電系統，常見的接線模式包括鏈式、放射式、多分段多聯絡和手拉手等方式，在實際中需要結合工程項目特點加以選擇。在高速公路及特大型橋梁工程供配電系統中，在特定的工程場合中需要采用電纜線路。在敷設電纜之前，需要進行電纜溝的施工，電纜溝施工流程如圖1所示。

電纜溝施工完成后，就可以敷設電纜。此外，在中壓供配電系統中對于設備的布置方面，在高壓固定式配電裝置中采用負荷開關-熔斷器組合電器時，應在電源側裝設隔離開關，裝設隔離開關的目的是當檢修熔斷器或負荷開關時，電源側有明顯的斷開點，以確保安全。

2 高速公路及特大型橋梁供配電系統的特點

2.1 ? ?電能質量

高速公路及特大型橋梁是一類重要負荷，應保證其具有合格的電能質量。電能質量的評估指標一般包括電壓、波形和頻率等。為了保證高速公路及特大型橋梁供配電系統中的電壓質量，在供配電系統變電站地址的選擇方面，通常在變電站規劃中采用優化模型計算得出，首先需要考慮供電半徑問題和變電站所在區域內的負荷情況，還要考慮線路走廊問題，綜合考慮變電站在運行過程中的約束條件[2]，經過優化算法計算之后得出變電站應該建立的地址，保證供配電系統具有合格的電能質量。

2.2 ? ?供電可靠性

供電可靠性是高速公路及特大型橋梁供配電系統性能的重要評估指標之一，提升供配電系統的供電可靠性，可以降低高速公路及特大型橋梁中負荷的停電時間，從而降低經濟損失，保證高速公路及特大型橋梁的安全供電。供電可靠性評估指標如表1所示。

考慮到高速公路及特大型橋梁為供配電系統中的一類電力用戶，上述供電可靠性評估指標是從用戶角度加以評估，高速公路及特大型橋梁中的供電可用率越高，表示停電時間越短，供電可靠性指標越好。

2.3 ? ?功率因素

功率因素也是供配電系統中的一類重要指標，與供配電系統運行的經濟性具有密切關系。若高速公路及特大型橋梁供配電系統中的無功占比較高，容易導致供配電系統中的線損較大[3]，不利于系統的經濟運行。

3 中壓供配電技術在高速公路及特大型橋梁工程中的應用

3.1 ? ?供配電系統中的應急電源配置

為了保證高速公路及特大型橋梁中通信、監控等系統的供電安全，可以配置一定的應急電源系統，下面介紹應急電源容量的配置模型。

3.1.1 ? ?目標函數

目標函數為應急電源配置的總費用最小，具體費用包括應急電源的投資費用、降低的停電損失費用和應急電源的運維費用等，具體表達式如下：

式中，P為單位容量應急電源的投資費用;j為高速公路片區;i為第j個高速公路的應急電源容量;Pij為第j個片區提供的第i個應急電源容量;Zij為0時，表示在該片區不配置應急電源，Zij為1時，則在該片區配置應急電源;λ為單位容量的停電帶來的經濟損失;ΔPj為降低的第j個數據中心片區的停電量;μ為單位容量的應急電源運維費用。

3.1.2 ? ?約束條件

約束條件為應急電源的容量約束和應急電源個數的限制約束，具體表達式如下：

式中，Pmin為該高速公路及特大型橋梁所要求的最低容量配置。

對于應急電源配置模型的求解算法，可以采用如圖2所示的預測校正內點法進行計算。

預測校正內點法通過嚴格的數值計算方式，進行優化模型的計算，計算結果可靠準確，同時預測校正內點法是將解出的仿射方向和校正方向相加作為迭代的牛頓方向，迭代計算效率也較高。

3.2 ? ?高速公路及特大型橋梁中的電源系統

由于在高速公路和特大型橋梁中涉及很多電力負荷，中壓供配電技術在高速公路和特大型橋梁中具有重要作用，需要保證特大型橋梁中的路燈照明等負荷的供電可靠性。對于特大型橋梁供配電系統中的變壓器，應保證其具有足夠容量，不會出現變壓器重載或過載現象。

如果高速公路及特大型橋梁所在地區具有較好的供電環境和供電條件，可以通過設立一定的專用變壓器，直接并入大電網為高速公路及特大型橋梁供電，但應保證不會造成上級變壓器重載或過載。若不滿足專用變壓器直接接入條件，可以通過架設一定的供電線路的方式，為高速公路及特大型橋梁供電。對于變壓器容量的選擇方面，需要考慮到該高速公路及特大型橋梁工程具體的負荷情況，合理選擇適宜容量的變壓器和線路線徑。

4 結語

在高速公路及特大型橋梁中，供配電系統一般為中壓配電系統。本文系統分析了中壓供配電系統中的設備選型、接線模式等技術，詳細闡述了中壓供配電系統在高速公路及特大型橋梁中的相關應用情況，對于提升高速公路及特大型橋梁的供電可靠性具有一定價值。

[參考文獻]

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[2] 彭曉春，和紹君.直流供配電系統在高速公路中的應用構想[J].西部交通科技，2018（4）：60-62.

[3] 潘耀.ETAP電力軟件在燒結廠中壓供配電系統繼電保護整定和保護配合中的應用[J].工程建設，2018（5）：46-51.

收稿日期：2020-02-08

作者簡介：劉建林（1972—），男，江蘇南京人，工程師，一級建造師，從事高速公路機電工程集成方面工作。