肯尼亞內羅畢快速路項目供電方案研究

何美華

（中交機電工程有限公司武漢設計院）

0 引言

中非“一帶一路”戰略在非洲肯尼亞快速發展，肯尼亞先后新建了蒙內標軌鐵路、內馬一期標軌鐵路、奈瓦沙ICD集裝箱等項目，有效解決了從蒙巴薩港口到首都內羅畢公路交通擁堵問題，實現了時間效益、經濟效益的雙提升。本項目為肯尼亞內羅畢快速路項目（Nairobi Expressway Project，Nep），為解決肯尼亞內羅畢的交通擁堵問題，本項目起點為Mlolongo東側，終點為James Gichuru Road（Westlands Redhill Road Link），全長27.1km，全線共設置10處互通式立交，共25座匝道收費站，根據其建設規模，全線設置箱變為收費系統、通信系統、監控系統、生活辦公系統及路燈供電［1］。由于快速路項目用電負荷呈條形帶狀分布，呈現沿線負荷小而分散、供電點多的特點［2－3］，提出了快速路電力貫通線集中供電方案，本文主要針對高壓外部電源、區間負荷等級、壓降計算等方面對區間箱變11kV電源供應的方案進行研究。該方案的實施，可減少與肯尼亞電力公司（KPLC）外部電源的接口，縮短外部電源施工周期，節約大量人力、財力和物力。

1 外部電源情況及區間負荷分布

據調查，NEP項目沿線外部電源相對匱乏，且當地11kV電力線路供電可靠性低，斷電頻繁，線路建設標準低，普遍采用木頭桿，傾斜現象常見。根據現場調查，本項目全線附近共計3處11kV地方電源，暫未發現33kV電源，結合收費站出入口設置，本項目全線共設置19座收費站，收費站的里程、用電容量、負荷等級如表1所示。

表1 負荷分布及負荷分類

（續）

2 供電方案

區間負荷主要為一級負荷和三級負荷，其中收費系統用電、監控系統用電等屬于一級負荷，其余負荷為三級負荷。一級負荷需要兩路外部電源或一路外部電源＋柴油發電機進行供電，三級負荷主要由一路外部電源供電。

2.1 高壓供電方案

目前國內外常見有分散式供電方案和集中供電方案。

（1）分散式供電方案

分散式供電方案適用于地方電網發達、電源接引點方便的情況。肯尼亞快速公路項目全長27.1km，共19座收費站用電點。若每一處需要從附近的地方11kV線路T接電源，一方面與KPLC接口談判工作量巨大，施工進度難以保證；另一方面運營管理接口多，供電質量、可靠性及可行性均難以滿足用戶側用電需求。

（2）集中供電方案

集中供電方案適用于地方電網分布不均，電力供應緊張的地區。結合肯尼亞地方電網分布在NEP項目附近的位置，擬在本項目中間位置接引一路11kV電源，靠近NEP紅線位置設置一座中心配電所（一進二出），分別向本項目大、小里程兩端供電，19座收費站設置箱變，同時，根據負荷的等級配置低壓柴油發電機為區間用電負荷供電。集中供電方案適用于地方電力資源分布不均、電力供應緊張的地區，保證供電可靠性和電能質量，有效減少工期和外部接口數量。

（3）方案比較

從供電電源點數量、接線方式及可靠性、電能質量、施工工期等方面對比分散供電方案和集中供電方案，如表2所示。

表2 分散供電方案和集中供電方案比較

綜合上述，考慮內羅畢快速路項目沿線電網情況，本次高壓供電采用集中供電方案。

2.2 低壓供電方案

考慮到收費站低壓負荷有一級負荷，本項目在有一級負荷的收費站附近新建一座柴油發電機，為一級負荷提供備用電源，從而保證一級負荷供電可靠性，由于本次僅針對高壓供電方案進行研究，故不對低壓供電方案展開詳細的描述。

2.3 供電線路選型

肯尼亞快速路項目與肯尼亞既有的道路（R8）相鄰，故本項目的紅線較小，且肯尼亞土地私有化嚴重，故本項目不適宜采用11kV架空線供電方式，為保證供電可靠性、可持續性，本項目擬采用11kV電纜供電，電纜的規格型號為FY－YJV22－8.7／15kV，電纜沿本項目的護坡邊緣直埋敷設、過路或過水溝采用穿鋼管敷設，橋上采用外掛電纜槽敷設。

3 壓降計算

本項目結合肯尼亞電力公司在肯尼亞快速路線路附近的11kV電源分布情況，擬設置一處11kV中心配電所（一進二出），11kV中心配電所分別饋出兩個11kV供電回路，分別為本項目大里程和小里程的11／0.4kV箱變供電，本項目全線供電示意圖如下圖所示，由于本項目線路較長，且分布在大、小里程的箱變等多個負荷供電點，根據電線壓降計算公式（1）［4］，本次采用三相平衡負荷線路幾個負荷用電負荷矩Pili（kW·km）表示，即：

圖 供電示意圖

式中，Δu%為線路電壓損失百分數，%；Δup%為三相線路每1kW·km的電壓損失百分數，%／kW·km；Un為線路標稱電壓，kV；R′X′O為三相線路單位長度的電阻和電抗，Ω／km；l為線路長度，km；P為有功功率，kW。

根據壓降計算公式及查找的電纜參數，11kV中心配電所至每處11／0.4kV箱變處的壓降如表3所示，11kV中心配電所至小里程末端最大壓降為1.79%，至大里程末端最大壓降為2.87%，均滿足壓降不超過額定值的±5%的要求［5］。本項目采用11kV高壓集中供電方案、供電線路選型均滿足全線供電要求。

表3 壓降計算表

（續）

4 結束語

在高速公路及快速路管理過程中，機電系統正常運行發揮重要作用，為了保證肯尼亞內羅畢快速路（NEP）項目的出入口收費站的正常運行，本項目從肯尼亞電力公司接引一路11kV外部電源，設置11kV中心配電所，采用全電纜敷設方式為本項目高速收費站出入口11／0.4kV箱變供電，同時低壓設置柴油發電機保證了本項目中一級負荷的正常供電，為肯尼亞內羅畢快速路項目機電系統運行的穩定性、可靠性、安全性提供了保障，以確保肯尼亞內羅畢快速路（NEP）收費站出入口收費系統的正常運行。本項目的研究成果可以為后續國外公路機電系統的供電方式提供重要的參考價值。