中压供配电技术在高速公路及特大型桥梁工程中的应用

摘要：介绍了中压供配电技术，包括设备选型及接线模式，分析了高速公路及特大型桥梁中供配电系统的特点，阐述了中压供配电技术在高速公路及特大型桥梁工程中的应用情况，对于提升高速公路及特大型桥梁的供电可靠性具有借鉴意义。

关键词：中压;供配电技术;高速公路;特大型桥梁;设备选型

0 引言

高速公路及特大型桥梁工程涉及的技术面广，例如建设施工技术、载荷控制技术等，其中供配电技术在高速公路及特大型桥梁工程中也有广泛应用。本文主要从高速公路及特大型桥梁工程的通信、监控和收费等电力负荷供电方面，介绍中压供配电技术在高速公路及特大型桥梁工程中的应用，包括供配电系统中的设备选型、电能质量、供电可靠性等方面。

1 中压供配电技术

1.1    中压供配电技术的设备选型

在高速公路及特大型桥梁工程供配电系统中，对于电气设备的型号选择，可以从负荷容量、短路电流水平、开断能力以及经济成本等方面综合考虑，并分别在供配电系统正常运行时和发生故障时进行计算，以保证电气设备能够在多种不同场合中不被损坏。以断路器选型为例，应考虑下列特性参数：一是型式，断路器型式包括相数、极数、额定频率、灭弧介质、闭合方式等;二是主电路额定值[1]，主电路额定值有额定工作电压、额定电流、额定短时接通能力、额定短时耐受电流等;三是辅助电路参数，断路器的辅助电路参数主要为辅助接点的特性参数。

1.2    中压供配电系统的接线模式

对于中压供配电系统，常见的接线模式包括链式、放射式、多分段多联络和手拉手等方式，在实际中需要结合工程项目特点加以选择。在高速公路及特大型桥梁工程供配电系统中，在特定的工程场合中需要采用电缆线路。在敷设电缆之前，需要进行电缆沟的施工，电缆沟施工流程如图1所示。

电缆沟施工完成后，就可以敷设电缆。此外，在中压供配电系统中对于设备的布置方面，在高压固定式配电装置中采用负荷开关-熔断器组合电器时，应在电源侧装设隔离开关，装设隔离开关的目的是当检修熔断器或负荷开关时，电源侧有明显的断开点，以确保安全。

2 高速公路及特大型桥梁供配电系统的特点

2.1    电能质量

高速公路及特大型桥梁是一类重要负荷，应保证其具有合格的电能质量。电能质量的评估指标一般包括电压、波形和频率等。为了保证高速公路及特大型桥梁供配电系统中的电压质量，在供配电系统变电站地址的选择方面，通常在变电站规划中采用优化模型计算得出，首先需要考虑供电半径问题和变电站所在区域内的负荷情况，还要考虑线路走廊问题，综合考虑变电站在运行过程中的约束条件[2]，经过优化算法计算之后得出变电站应该建立的地址，保证供配电系统具有合格的电能质量。

2.2    供电可靠性

供电可靠性是高速公路及特大型桥梁供配电系统性能的重要评估指标之一，提升供配电系统的供电可靠性，可以降低高速公路及特大型桥梁中负荷的停电时间，从而降低经济损失，保证高速公路及特大型桥梁的安全供电。供电可靠性评估指标如表1所示。

考虑到高速公路及特大型桥梁为供配电系统中的一类电力用户，上述供电可靠性评估指标是从用户角度加以评估，高速公路及特大型桥梁中的供电可用率越高，表示停电时间越短，供电可靠性指标越好。

2.3    功率因素

功率因素也是供配电系统中的一类重要指标，与供配电系统运行的经济性具有密切关系。若高速公路及特大型桥梁供配电系统中的无功占比较高，容易导致供配电系统中的线损较大[3]，不利于系统的经济运行。

3 中压供配电技术在高速公路及特大型桥梁工程中的应用

3.1    供配电系统中的应急电源配置

为了保证高速公路及特大型桥梁中通信、监控等系统的供电安全，可以配置一定的应急电源系统，下面介绍应急电源容量的配置模型。

3.1.1    目标函数

目标函数为应急电源配置的总费用最小，具体费用包括应急电源的投资费用、降低的停电损失费用和应急电源的运维费用等，具体表达式如下：

式中，P为单位容量应急电源的投资费用;j为高速公路片区;i为第j个高速公路的应急电源容量;Pij为第j个片区提供的第i个应急电源容量;Zij为0时，表示在该片区不配置应急电源，Zij为1时，则在该片区配置应急电源;λ为单位容量的停电带来的经济损失;ΔPj为降低的第j个数据中心片区的停电量;μ为单位容量的应急电源运维费用。

3.1.2    约束条件

约束条件为应急电源的容量约束和应急电源个数的限制约束，具体表达式如下：

式中，Pmin为该高速公路及特大型桥梁所要求的最低容量配置。

对于应急电源配置模型的求解算法，可以采用如图2所示的预测校正内点法进行计算。

预测校正内点法通过严格的数值计算方式，进行优化模型的计算，计算结果可靠准确，同时预测校正内点法是将解出的仿射方向和校正方向相加作为迭代的牛顿方向，迭代计算效率也较高。

3.2    高速公路及特大型桥梁中的电源系统

由于在高速公路和特大型桥梁中涉及很多电力负荷，中压供配电技术在高速公路和特大型桥梁中具有重要作用，需要保证特大型桥梁中的路灯照明等负荷的供电可靠性。对于特大型桥梁供配电系统中的变压器，应保证其具有足够容量，不会出现变压器重载或过载现象。

如果高速公路及特大型桥梁所在地区具有较好的供电环境和供电条件，可以通过设立一定的专用变压器，直接并入大电网为高速公路及特大型桥梁供电，但应保证不会造成上级变压器重载或过载。若不满足专用变压器直接接入条件，可以通过架设一定的供电线路的方式，为高速公路及特大型桥梁供电。对于变压器容量的选择方面，需要考虑到该高速公路及特大型桥梁工程具体的负荷情况，合理选择适宜容量的变压器和线路线径。

4 结语

在高速公路及特大型桥梁中，供配电系统一般为中压配电系统。本文系统分析了中壓供配电系统中的设备选型、接线模式等技术，详细阐述了中压供配电系统在高速公路及特大型桥梁中的相关应用情况，对于提升高速公路及特大型桥梁的供电可靠性具有一定价值。

[参考文献]

[1] 邱春玲.大型商业综合体供配电系统设计[J].现代建筑电气，2017，8（1）：23-26.

[2] 彭晓春，和绍君.直流供配电系统在高速公路中的应用构想[J].西部交通科技，2018（4）：60-62.

[3] 潘耀.ETAP电力软件在烧结厂中压供配电系统继电保护整定和保护配合中的应用[J].工程建设，2018（5）：46-51.

收稿日期：2020-02-08

作者简介：刘建林（1972—），男，江苏南京人，工程师，一级建造师，从事高速公路机电工程集成方面工作。