高速公路隧道电气工程中的供配电设计分析

王保华

摘 要：高速公路隧道供配电系统是高速公路安全运行的基础保障。当前高速公路工程建设不断向山岭地区扩展，其中隧道建设比重也不断加大，从而对公路隧道供配电系统的设计提出了更加严格的要求。并且由于各种因素的影响，使得隧道供配电系统设计存在诸多问题，基于此，本文对高速公路隧道电气工程中的供配电设计进行了探讨分析。

关键词：高速公路隧道;供配电设计;变压器;应急电源;照明

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用电设备，例如照明设备、信号设备等是否能够正常运作，因此为了保证高速公路正常运营，以下就高速公路隧道电气工程中的供配电设计进行了探讨分析。

1 高速公路隧道电气工程供配电设计中的变压器保护装置

当前高速公路隧道电气工程供配电设计中一般采用断路器对变压器进行保护工作，而对于负荷开关加熔器的使用则相对较少。设计人员多认为断路器的保护效果好于负荷开关加熔器，实则在供配电机制中，经常会出现利用开关切换电力负荷的情况，而电力短路的现象是较少出现的。断路器根据较少出现的短路电流而设计，具有内部结构复杂、造价高等特点。而负荷开关加熔器的运行机制则是分离控制功能和保护功能，负荷开关可以进行对频发的负荷功能的切换，熔断器则进行不常出现的短路保护。断路器装置上由于存在继电保护，算上燃弧和启动时间，通常一次开断所用时间在60毫秒以上，相比之下，限流熔断器拥有速断功能，切除故障只需要10毫秒甚至更短的时间，进而能够更加高效地保护变压器。此外，对于变压器的保护装置，在选取上也不能采取一成不变的模式，不同的保护装置会起到各不相同的保护功用，需要依据实地相关章程，结合实地情况，进行具有一定针对性的选取工作。根据万伏供电机制的设计章程，当变压器的容量小于等于500千伏安时，选择高压熔断器进行保护;当电压器的容量大于500千伏安时，应该高压断路器进行保护。

2 高速公路隧道电气工程供配电设计中的变压器容量选择

（1）变压器容量选择问题。高速公路隧道电气工程的供配电设计中选择变压器容量的方法，通常是把隧道变电所中计算负荷的总值平均分成两部分，使用相同容量的两台变压器各自承担一部分负荷。当出现一架变压器发生故障或者外电失电情况发生时，另一架将承担全部电力负荷。这种选择方式一般存在以下问题：1）隧道用电设备重要集中在通风和照明设备上。通风设备方面，其设计一般都是依照一次设计分阶段施行的方式进行。在交通量低的时期，通风设备需要的电力负荷也相对较低，但是随着交通量的积累增加，通风所用的电力负荷也相对增长。2）每台变压器都需要具有应对紧急情况，在必要条件下具有承担全部电力的能力，这就要求变压器选取中，需要根据总计算电力负荷进行选取。正常状态下的变压器的承载概率是50%甚至更少，因此在紧急状况的运行中易导致低运行效率和高损耗的出现。

（2）变压器容量选择问题的策略，针对上述问题，可以选择交通量低的阶段的电力负荷作为参考，首先使用低负荷的变压器，并采取逐步添置变压器的方法或者在一定阶段后调换大容量变压器，来适应交通量增加带来的高负荷供电需求。变压器选择需满足容量可承载全部一级电力负荷和一部分二级电力负荷，以及变压器额负载率保证在0.6到0.8之间这两个条件。这样的选择方式，可以保证正常状态下，每架变压器的效率均达90%以上，并且在紧急状态中，可以运用干式变压器具有的短时过载功能，切实保证供电，达到经济、安全的目的。

3 高速公路隧道电气工程供配电设计中的应急电源配置

高速公路隧道需要安装应急电源，以防止在突发事故的情况下保障照明、监控等应急策略得以正常运转。公路隧道的照明监控设备在紧急情况下会发挥重要作用，需要保证应急电源供应的稳定充足，因此，在应急电源的选取方面需要对诸多元素进行考虑。应急电源的选取工作需要依据应急状况下的电力负荷情况、持续时间、电源特点等各种因素进行综合参考，从而确保安全、经济、合理。应急电源的种类不同，在实际的设计安装中，只选取一种可能无法满足应急需求，并且难以保证安全稳定。一般情况下，在公路隧道特别是事故会造成较大程度危害的高速公路隧道方面，需要选取两种以上的应急电源作为组合式电源进行应急操作。当应急电源是源自电网的独立式电源时，供电需要从外路引入独立电源，独立电源数量为两路，如果一路出现问题，另一路可以保持供电。这样可以保持供电容量的稳定和供电时间的延长。

4 高速公路隧道电气工程供配电设计中的失压脱扣装置选取

高速公路隧道电气工程供配电设计中的设计工作人员选择低压断路器方面的失压脱扣装置，为了在室内停止供电的状况下，将不重要的电力负荷关闭，从而确保重要的电力负荷可以得到应急电源的正常电力供应。但是，当市内电力恢复正常时，如果隧道供配电机制中没有设置自动设备，那么需要人工进行合闸，为送电工作造成不变。此外，失压脱扣装置长时间通电会造成电力浪费，而且在夜间，电网电压的升高以及空气潮湿的原因，会加大失压脱扣烧损的概率。针对这种状况，出线断路器在低压配电系统中不使用失压脱扣装置，改成分母线分别配置重要电力和非重要电力。这样，在失去市内电力供应的状况下，切断非重要电力母线上的断路器，应急电源得以集中对重要电力母线上的装置进行供电。

5 高速公路隧道电气工程供配电设计中的照明问题及其节能策略

（1）隧道照明问题。主要有：1）路面照明不达标存有交通隐患。在路面照明过程中为了能够降低照明能耗，国内很多高速公路都通过开启基本照明或者通过开启应急灯的方法进行照明，但是该照明方式让隧道的出入洞口或者洞内的路面照明亮度不过，导致交通道路的安全性受到较为严重的影响。2）山区高速交通量小。部分高速公路都要建立在山区地域，由于高速公路主要的作用是“四通八达”，因而部分路段是作为国家高速公路网的重要组成部分存在，导致交通量不稳定，深山处的高速公路整体交通量偏小。

（2）隧道照明节能策略。主要体现在：1）提升半导体照明的技术标准。目前照明节能产品是隧道照明节能的核心产品设备，由此照明灯具的性能和技术变得就尤为重要。对于新型节能半导体照明产品而言，由于LED技术飞速发展，所以产品制造以及质量检验在无国家相关标准制约的同时，都是受到厂家的参考数值限制，同时在相关产品评定中，也受到产品多样化的影响。在结合我国半导体发展的技术特点，需要研制节能型半导体隧道灯产品检验标准，通过科学的引导，让行业能够可持续发展。2）完善主体工程设计理念。由于高速公路工程在道路、桥梁和隧道等方面，具备多专业、多学科的综合实践性要求，由此隧道节能不仅需要从机电设施方面考虑，更需要从总体工程角度出发，在设计时需要将内容分发到各个专业部门，例如在选择隧道洞口时，需要通过洞口减光做好设施设计。

6 结语

综上所述，高速公路隧道电气工程中的供配电系统对高速公路隧道正常运行和安全保障具有重要作用。因此在高速公路隧道工程建设过程中，需要对供配电系统进行合理设计，从而保证高速公路隧道电气工程供配电系统运行的安全性与经濟性。

参考文献：

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