马瑞国
国网太原供电公司?山西 太原 030000
摘要：隧道是高速公路的重要组成部分，其供配电系统的安全可靠性直接影响到隧道区域的用电设备例如照明设备、信号设备等是否能够正常运作，车辆是否能够平安顺利地通过。尤其是在特长隧道中，供配电系统方案的可靠性和安全性至关重要。隧道供配电系统的设计方案及其优化也会对高速公路的工程投资和运营成本产生直接影响。
关键词：特长隧道;供配电系统;优化设计;
引言
特长隧道中需要用电的设施有很多，比如隧道监控、隧道通信、隧道照明、隧道通风、隧道消防设备等，这些机电设施为公路的通达程度以及驾驶人员的行车安全提供保障，而供他们正常使用的电能来源于隧道的供配电系统。
1隧道传统供电方案
高速公路隧道用电设施主要包括照明灯具、监控设施和通风设备用电。隧道照明区段一般划分为入口加强段、过渡1加强段、过渡2加强段、基本段和出口段五部分。灯具按功能划分为加强照明、基本照明、应急照明。隧道监控设备包含隧道摄像机、情报板、车道指示标志，以及各类检测器和疏散指示标志等。隧道通风设备主要为隧道风机。隧道照明传统供电方案是从变电所低压柜引380V电压至隧道内照明配电箱位置，由于需要在低压柜位置进行开关操作，需要根据灯具的不同分组配置多条母线供电回路。因此隧道传统供电方案需要配置大量干线电缆，重复敷设，并且由于采用380V电压供电，电缆也需要配置较粗的四芯电缆，以满足压降要求。隧道内主要的监控设备包括摄像机、情报板、各类指示器和各类检测器，各监控设施并联于一条供电电缆上。在传统方案中，隧道监控往往需要和照明灯具供电回路分开，并根据不同种类的监控设备从低压配线柜配置单独回路，又需要敷设大量电缆。传统供电中隧道风机一般每组风机单独设置回路，根据回路长度敷设大量不同规格电缆，在下端还需设置风机控制柜，对风机软启动、正转反转进行控制。综上，传统供电方案主要存在以下问题：（1）大量使用高低压电缆，母线电缆数量多，造价高；（2）供电系统采用三相供电，需要三相负载平衡，连接灯具时需要分别接入三相中，施工较复杂；（3）如需实现调压和电力监控功能，需要额外配置调压器和电力监控系统，增加成本。
2隧道供配电系统设计
2.1相关标准及规范
长隧道供配电系统的设计遵循国际、国家、行业等多项相关标准的要求。这些标准包括:1)GB4943—2001《信息技术设备的安全》2)GB/T8567—1988《计算机软件产品开发文件编制指南》3)GB/T14394—93《计算机软件可靠性和可维护性管理》4)GB17859—1999《计算机信息系统安全保护等级划分准则》5)GB50052—2009《供配电系统设计规范》6)GB50053—2011《20kV及以下变电所设计规范》7)GB50168—2006《电器装置安装工程电缆线路施工及验收规范》8)GB50169—2006《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》。
2.2供配电通风系统
高速公路修建过程中大多需要穿过一些高山峻岭，因而就会需要隧道，但是目前有些高速公路由于经过的山体本身条件比较恶劣，从而导致隧道的环境非常闭塞，尤其是在特长隧道中，这种缺点更为明显。因而在隧道的设计中必须设计专门的通风系统，通常通风系统是以电为动力的，良好的通风系统可以为隧道提供一个良好的内部环境。供配电通风系统主要由环境监测、区域控制以及风控系统三部分组成，其原理主要就是分析隧道中的CO浓度，当其超标时，通过控制风机的运行使CO浓度降低，从而使得隧道中的有害气体含量减少，以提供一个相对健康的隧道环境。
2.3变电所的设计
结合隧道的地理位置和供电来源，本隧道变电所设置在长隧道出口，洞口变电所设计净高3．3m，由供电系统低压侧引出一回路至变电所用总照明配电箱，为变电所内照明。柴油发电机房、贮油间耐火等级为一级，并配置干粉灭火器。其余各室为二级。屋面有保温、隔热层及良好的防水和排水措施，室内通风窗加防护网(网孔10×10mm)。变电所内设电缆沟，电缆沟用水泥抹平，并采取防水、排水措施，采用螺纹钢盖板。
各室的门、窗应有防止小动物进入的措施，如增加挡鼠板。
2.4供配电系统设备的选择
设备采用先进、可靠、维护性小的设备，并且为今后设备扩容留有余地。高压柜选用金属封闭开关设备，可作为接收和分配电能之用，即应有终端变电站的接线，柜体采用拼装搭接式结构，体积小、重量轻，具有很强的系列性和通用性。变压器采用树脂绝缘型干式变压器，带IP20防护等级的铝合金外壳、强迫风冷(AF)及温控、温显装置(当绕组温度高于110℃时，温控箱启动风机强迫风冷，若强迫风冷下绕组温度下降低于90℃风机停止，若绕组温度进一步升高，温控箱将发出超温报警(155℃)和超温跳闸信号(170℃))，低噪音、低损耗、电气强度高、不污染环境，防潮湿，可在100%湿度下安全运行。隧道变电所低压柜采用抽出式开关柜，体积小、出线回路多，安装方便、维护安全可靠。为保证隧道应急照明用电，在变电所内设EPS装置，电池后备时间为180min。变电所的高低压开关柜，主要进出线开关要考虑电力监控的结合，并预留遥控遥测条件。根据规范要求，隧道内的电气设备防护等级不低于IP65。
3隧道供配电系统方案优化设计
3.1优化供配电系统的设计方案，改善供配电系统的监测手段
低压配电系统的设计不能仅仅根据区域内的用电需求进行管理。还需要结合不同地区的气候条件与安装位置的环境因素做好质量控制设计。同时根据国家配电系统的设计标准保持设计方案的实用性和前瞻性，注重整个电力系统供应需求与个体用电问题的差异，结合区域对电力系统的发展需要提供科学合理的低压供配电方案。另外低压配电系统设计中应该加强配电系统的监测设计，全面推广在低压配电系统中安装实时监测装置，确保在系统后期的维护管理中能够根据线路设备的负荷曲线与过载情况，提前制定出相关的故障排查工作。
3.2隧道通风智慧供电技术
智慧供电在配电房设置风机上位机，风机上位机通过三芯电缆将3.3kV电力传输到各风机下位机，一般3组风机共用一根母缆，电缆敷设在隧道电缆沟内托架上。风机下位机输出各回路为3×380V，采用四芯电缆接至风机，风机下位机可为三台风机供电，每台风机具有软启动、正转反转等功能。
3.3采取科学管理手段，建立健全科学规范的管理制度
建立完善的系统管理流程。例如：首先，明确各项问题的责任对接人，保证配电系统的每一项管理内容都能够找到对应的处理人。其次，配电系统管理的各项内容有明确的制度规定，一旦出现问题后对接人可以迅速找到对应的处理方案；最后，针对配电系统管理中的人员设定相应的奖惩机制，对每个配电系统管理人员形成行为约束，促进各类人员能够更加积极的投入到配电系统的维护管理中。
3.4设备选型
应采用先进、可靠、维护需求小的设备，并且为今后系统的扩容留有余地。高压开关柜采用铠装中置式交流金属封闭开关柜，配装可抽式真空断路器手车，各开关设备主要电气元件都有其独立的隔室，安装方便，维护简单。隧道变压器选用树脂绝缘SCB10型干式变压器，带IP20防护等级的铝合金外壳、强迫风冷（AF）及温控、湿显装置（当绕组温度高于110℃时，温控箱启动风机强迫风冷，若强迫风冷下绕组温度下降，低于90℃，风机停止；若绕组温度进一步升高，温控箱将发出超温报警（155℃）或超温跳闸信号（170℃）），低噪声、低损耗、电气强度高、难燃、不污染环境、防潮湿，可在100℃下安全运行。
结束语
特长隧道供配电系统方案的设计和优化一直以来都是相关学者和技术人员的研究热点，其安全性和可靠性是隧道能够实现良好运营的关键。根据西陂特长隧道实际运营特点和供电需求，提出将双电源供电设计优化为备份方案，解决隧道供电的难题，使得特长隧道可以安全、可靠地运营，为之后的工作提供了更多可供借鉴的经验。
参考文献
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