高速公路供配电系统与故障排除技术要点

王 毅

四川成自泸高速公路开发有限责任公司，四川自贡 643000

近年来，我国在很多地方建设了高速公路，由于此类公路施工涉及的内容较多，作业期间容易受到多种因素影响出现道路质量、安全问题，严重影响公路的使用价值以及获取社会、经济效益，需要施工单位掌握不同施工项目的设计、施工要点，以此来提升工程作业质量安全。高速公路建设期间，供配电系统为重要的施工项目，基于该系统能够对相关公路沿线设施提供电能，确保监控、照明等系统在通电后可以正常有序地工作，所以高速公路施工单位需要对供配电系统的设计工作予以重视，把握好系统设计的相关事宜，从而得出科学合理的高速公路供配电系统方案，并且在系统应用期间采取先进的故障排除技术及时发现系统容易发生的种种故障问题，并准确排除，有效增强供配电系统供电的安全性、可靠性。

1 高速公路供配电系统分析

1.1 系统设计

高速公路的沿线设施在用电期间，会在道路相应位置修建变电站，借助于变压器将发电厂传输至变电站的电能进行转化处理，使之成为可供使用的交流电或直流电。其中，供配电系统结构包括变电设备、柴油发电设备、交流配电房、整流器、交流稳压器等，具体而言在系统结构设计方面需要设计直流电源，以供通信设备工作时使用，此种电源主要包括直流配电屏、蓄电池组以及整流器等装置，各个部分组合之后共同发挥出电源供电作用；设计电压变换设备，用于构建直流供电系统，主要设备为直流变换器；设计交流不间断电源，确保交流电能够持续供给，此种电源组成部分为直流电源、逆变器、电源；此外，还需要设计柴油发电机设备，以便在发生大范围的供电故障或者断电情况时，可以使用柴油机直接进行发电，以免发生相关监控、照明等系统由供电中断所致的故障或无法运行等情况。

在系统工作期间，各个供配电设备同时运行，产生的负荷较多，为了保证负荷量处于额定容量的标准以下，需要计算供电负荷，依据准确的数据来对选用的变压器、导线截面等进行合理选择，可以确保供配电设备能够安全运行，降低设备损坏风险。供电负荷等级主要分为3级，其一为一级负荷，即若供配电系统发生工作中断情况，会产生较大的经济损失，严重的情况下还会发生人员伤亡事故；其二为二级负荷，即供配电中断之后，会出现相关供电设备故障、损坏等情况，设备维护检修难度大、耗时长；其三为三级负荷，即除过一级、二级负荷的电力负荷均为三级负荷，以上等级的划定标准为供配电系统的运行质量与中断供配电所致的不良影响。因此，设计高速公路供配电系统期间，要求依据一级用电负荷标准进行用电设备负荷设计的对象主要为收费、监控、通信等系统，二级用电负荷标准则主要用于高速公路照明系统、停车区域、沿途服务区等负荷设计。

1.2 供电方式

当前用于高速公路供配电系统工作运行使用的供电方式较多，要求设计人员结合高速公路施工方案的内容以及施工所在地的基本情况，确定最终的供电方式，保证选用的供电方式具有较高的经济性价值，建设时花费的资金较少，后续的设备维修养护工作方便快捷。对于我国现阶段修建的一些高速公路进行供配电系统的深入研究后，发现主要选用的供电方式为：独立电源联合柴油发电机组，共同组成2路供电线路，其中独立电源由变电站直接进行电能提供，后者则为备用电源，发电机组能够在独立电源中断后直接提供给供配电系统所需的电能，通过这两路电源可以确保一级与二级供电负荷正常，不会发生供电异常产生的故障、经济损失等问题。

1.3 系统设计要点

当前高速公路供配电系统设计工作面临的阻碍性因素较多，需要设计人员不可忽视影响系统工作价值实现的相关细节问题，以便提升方案设计的价值，减少运行故障发生率，减轻系统故障检修人员的工作任务量，降低检修工作难度，确保供配电系统在设计方面不会出现较大问题，整个设计方案的应用可行性较高。其一，在供电电源方面。需要高速公路修建专门的变电站，由公路周边地区的高压供电网供给电能，以此应用电源维持供配电系统正常的工作状态；为避免发生供配电中断情况，还需要设计辅助使用的供电装置，以供关键供电设备不间断供电所用，保证整个供电工作具有可靠性。其二，供电质量方面。需要高速公路上的沿途收费站，设置自动稳压电源，以此保证收费系统不会发生供电问题导致的故障情况；对于低压单相供电，须注意不可进行较远地区供电的设计，若供电范围过大则会出现电能供应不足情况，因此，应尽量进行相关系统所需电源的集中供电供给，从而构建稳定的供电系统，有效提升供电质量，保证高速公路整个供配电系统能够高质量的进行供配电工作。其三，继电保护方面。为了避免供配电系统发生多种运行问题，则需要设计人员做好漏电保护、短路保护等继电保护设计工作，并且应用三相平衡法来分配电力负荷，对于系统的相应位置设计防雷保护，以降低雷电天气对于输电线路的干扰作用，避免无保护的线路在遭受雷击后发生线路脱落、短路等问题。其四，防电磁干扰方面。由于高速公路运营期间每日的交通流较大，要求公路管理部门依托设置车辆检测器等装置，对于行驶于高速公路上的车辆进行运行情况的检查，从而在发生交通拥堵、交通事故等情况时，高速公路指挥中心的工作人员能够及时结合数据对于相关情况作以妥善处理，但是供配电系统在运行时会产生电磁场，发生检测装置的电磁干扰问题，这就要求设计人员能够将电磁干扰因素考虑进供配电系统设计工作中，降低电磁因素对于相关检测器产生的不利影响。

2 供配电系统常见故障排除技术分析

首先为超负荷。常规情况下基于供配电系统的相关设备工作期间有着较为稳定的用电负荷，但是受到外界因素干扰，则容易发生超负荷情况，使得用电负荷变得极为不稳定， 而且容易出现设备运行故障，针对该项故障问题要求采取容量扩增、增加手段进行处理，便可以保证设备用电负荷长时间趋于稳定状态。具体处理超负荷问题期间，要求准备多台变压器，以此通过变压器的共同工作，来输送大量的电流，进而能够在输电电流容量不断扩大的情况下，有效改善供配电系统的超负荷工作状态。

其次为短路故障。分析常见的此种故障，可以了解到主要分为三相短路、二相/单相接地短路等具体的类型，在发生短路故障之后会导致供配电系统的正常运行中断，干扰高速公路沿途相关装置的正常工作。因此，在设计供配电系统期间，需要设计人员把握好不同类型短路故障的发生原因，对于较常发生故障的区域进行继电保护装置的布设与安装，以此在线路使用期间发生负荷异常情况时，便可以迅速跳闸，进而切断故障线路，以免影响其它正常线路、设备的工作质量，将故障区域划定在较小的范围内后，使得检修人员可以尽快定位到故障点，快速排除故障；若没有发生线路故障问题，还需要应用备用电源来确保供电设备能够不间断工作。

最后电源中断故障。导致该故障发生的主要因素为应用的电气设备发生严重损坏，进而导致与之相连接的输电线路直接发生短路故障，在解决该故障时电气设备的选择工作较为重要，要求设计人员选择相关连接线路的设备时，选取质量性能优良、技术指标达标、运行效果良好的新型电气设备，从而规避电源中断故障的发生。

3 结语

近年来很多高速公路安装有供配电系统，有效提高了公路运营的价值，但是公路运行期间若发生供配电的异常情况，便会影响供配电系统的工作质量，继而不利于监控、通信以及收费等系统的正常工作，致使高速公路在日常运营期间会出现缴费异常、道路交通流无法检出、通信设备故障、照明灯具失效等问题。因此要求高速公路施工单位结合以往供配电系统的设计施工经验，并且积极的向一些成功进行供配电系统设计施工的施工单位学习经验，以此综合调查所得的全部信息，保质保量地开展供配电设计工作，并采取相应的故障排除技术来对系统加以保护，从而确保高速公路可以良好、稳定运行。