高速公路隧道供配电系统安装问题探析

江一帆

（广东诚泰交通科技发展有限公司，广东 广州 510000）

1 工程概况

某高速公路某标段（起讫桩号K250+050—K265+150）线路长15.1km，共设置3座隧道，均按照双洞单向两车道设计，隧道内行车速度为100km/h。本文以位于桩号K254+031处的王家湾隧道为例，进行隧道供配电系统安装分析，该隧道供配电系统主要由电源、输配电线路、开关设备等构成。

2 隧道供配电系统安装

2.1 电源及安装

该高速公路隧道供配电系统大多数设备都使用正弦交流电，即包含正弦交流电源且电压、电流的大小、方向均呈正弦规律变化的电路。发电厂直接提供交流电源后通过变电所变压器进行降压处理，为高速公路隧道机电系统运行提供电力保证。交流电路中包括电阻、电感及电容3种不同属性及不同作用的负载元件，其中电阻主要将电能转化为热能，且转换过程具有不可逆转性，属于主要的耗能元件；电感则将其从电路中吸收的电能转化为磁场能储存；电容将其从电路中吸收的电能转化为电场能储存。所以，电感与电容同为储能元件[1]，以上元件均设置在多功能电缆中。

2.2 供配电线路安装

该隧道主要采用电缆供配电线路（难以敷设电缆的区域改为架空线路），电缆导体工作温度最高允许值为90℃，三芯电缆弯曲半径应至少为电缆外径的15倍，单芯电缆弯曲半径应至少为电缆外径的20倍[2]。电缆敷设前必须进行绝缘及耐压测试，绝缘测试过程中主要利用1kV摇表检测线缆间及对地绝缘电阻。在进行电缆材料搬运和支架架设施工时，若搬运距离较短，则应通过滚动电缆轴的常规方式，按照电缆轴上箭头指示方向运行，避免误操作而造成电缆松弛。在土质密实的原土层地坪上选择电缆支架架设位置，并最好架设在电缆起止点附近。通过机械牵引方式敷设电缆，电缆应单层敷设并排列整齐，转弯处应加强最大截面电缆弯曲半径控制。不同等级电压的电缆必须分层敷设，电压等级越高的电缆应敷设在越上层。

2.3 开关柜安装

开关柜也就是高速公路隧道供配电系统中金属封闭式开关设备，根据《低压成套开关设备和控制设备》（GB 7251—2015）的定义，除进出线外完全被金属外壳所包裹的开关设备即为金属封闭式开关设备。该公路K254+031处的王家湾隧道变电所配电设备采用成套配电装置，并按照主接线要求和次序将各类开关、保护电器、监查测量仪表等一、二次回路中电器设备连接至有金属框架的柜体结构内，结构紧凑，运行安全，安装过程简便。

隧道内高压开关柜安装过程中应保证柜体垂直度误差不超出1.5%，柜体之间的缝隙小于5mm，柜体侧门门板须平整无凹陷；电气设备接线应牢固无松动。

2.4 变压器安装

电力变压器是高速公路隧道变电所核心设备，其主要将高等级电压交流电转换为低等级电压交流电，以满足隧道运行过程中输供电、配电及机电设备用电等需要。变压器根据绝缘介质不同分为干式变压器和油浸式变压器两种，前者性能稳定，不易燃烧和爆炸，安全属性高；后者则价格低廉，但安全性不如干式变压器。

桩号K254+031处王家湾隧道设置1个变电所，该变电所共包括4台变压器，1台主变、1台备用、2台为所用变，主变、备用变及1台所用变为干式变压器，另外1台所用变为三相油浸式变压器（构造见图1）。开工后应根据土建施工进度安排人员进场，进行变压器室周围临时施工场地平整、地面夯实，吊车站位规划及枕木准备，临时平台搭设。具备土建条件后进行变压器基础槽钢、电器预埋管和电缆支架的制安，铺设变压器基础与室外平台间的槽钢轨道。待变压器到场后检查高低压瓷瓶外观、附件数量以及变压器结构整体情况，验收合格后再按照厂家提供的图纸安装。安装前还应在变压器室门前设置临时施工平台，高度应略高于变压器基础，并确保变压器倾斜角度不超出15°，临时平台须稳固安全；通过吊车将变压器吊卸于临时施工平台上，核对变压器方向后借助钢丝绳、导链等辅助起吊工具将变压器拖动至待安装位置就位安装。

图1 三相油浸式变压器构造1—信号温度计；2—铭牌；3—吸湿器；4—储油柜（油枕）；5—油标；6—防爆管；7—瓦斯继电器；8—高压套管；9—低压套管；10—分接开关；11—油箱；12—铁芯；13—绕组绝缘；14—放油阀；15—小车；16—接地端子

变压器就位后须根据图纸进行方位和尺寸控制，误差不得超出±25mm，对于图纸无标注的情况，横向安装距离应至少为800mm，纵向安装位置应结合轨道定位。变压器宽面推进过程中，应保持低压侧向外，窄面推进时，应保持油枕侧向外，并为开关等的安装操作预留出至少1 200mm宽度。

变压器安装必须在干燥、无灰尘和湿气等的环境中进行，对于油浸式变压器，在安装期间须加强油枕安装方向控制，并严格按照外形设计图安装油枕和油枕支架，确保从油箱到油枕的连接管坡势指向油枕，但倾斜角度不得超出5°。若厂家无特殊要求，则变压器本体安装过程中应沿继电器方向留出1.0%~1.5%的升高坡度[3]。

变压器安装结束后还应进行线圈直流电阻、分接头变比、三相变压器接线组别、线圈绝缘电阻及吸收比、工频耐压等项目调试，以保证变压器安装质量。该高速公路K254+031处隧道变电所内1台主变额定状态下的输出能力为630kVA，长、宽、高分别为1 970mm,1 300mm,2 020mm，参考质量为2 090kg，设备安装及检查要求见表1。接地系统检查时必须保证外壳接地、本体接地、温控器接地、风机接地、开启门接地等牢固、导通良好，并通过扳动及导通检查进行效果检验。

表1 主变设备安装及检查要求

2.5 备用电源安装

2.5.1 柴油发电机构成

该高速公路隧道工程以柴油发电机为主要备用电源，柴油发电机主要通过进气、压缩、燃烧和排气四冲程将柴油燃烧过程产生的热能转换为机械能，再由电球将机械能转换为电能。柴油发电机由机体、曲柄连杆、配气系统、燃料系统、空气及冷却系统、润滑系统等组成。

（1）机体为由气缸体、气缸盖和油底壳所构成的定型框架，其余附件均安装于机体上；

（2）柴油发电机四冲程主要借助曲柄连杆完成；

（3）发电机进排气通过配气系统控制；油箱中的柴油到达油泵及喷油器后通过油嘴喷设至气缸内燃烧，其余柴油则通过回油管返回油箱；

（4）外界新鲜空气经空气滤清器进入，发动机所排废气经过涡轮增压器使吸进的新鲜空气通过高压传送至气缸，与柴油发生燃烧；

（5）通过水泵抽水循环以及水箱风扇和水塔冷却系统有效利用气缸燃烧产生的热量；

（6）机油循环系统通过机油泵运转，使其依次通过机油冷却塔、机油格后再分配至各零部件，保证柴油发动机良好运转。

2.5.2 柴油发电机组安装

该公路隧道柴油发电机组系统主要由柴油发电机、控制器及底座等部分组成，在安装前由机组供应商提供专业的安装设计，具体见图2。发电机组运行期间会产生高温废气，机房必须设置进排风口，保证排烟通畅；进排风口实际面积主要根据机组功率确定；此外，该柴油发电机组运行期间会产生105~115dB的噪声，故在进排风系统之间增设隔音墙，这种处理消音效果良好，且消音工程费用较低。

图2 柴油发电机组机房安装平面图1—排气嵌环；2—排气消烟气；3—减震连接胶布；4—排风风槽；5—高能电压；6—混凝土基础；7—进风百叶窗；8—控制箱

（1）应由供货方、建设方、安装单位及监理方共同在场开箱点件，根据装箱单进行主机、附件、备件、附带技术文件等的核对以及合格证和出厂试运行记录的查验。此外，柴油发电机及控制柜等均应具备出厂验收记录，有铭牌，机身无缺损，涂层完好，且柴油发电机组和附件等型号、规格、质量必须符合设计要求。

（2）安装机组在柴油发电机组施工完成的基础上进行，减震器无需固定安装，只需要在其下垫放一薄层橡胶板即可。将机组放在滚杠子上滚动至设计位置，待机组放置稳定后应将螺栓全部拧紧；通过千斤顶抬高机组一端，并保持机组两端升高一致尺寸，将减震器放入底座下方间隙后释放千斤顶，再抬起机组另一端，将剩余减震器装入，并撤出滚杠，完全释放千斤顶。

（3）柴油发电机供油系统包括储罐、油箱、油泵、电磁阀和连接管路，在储罐位置与油门所承受压力不相符的情况下必须使用具备液位显示和浮子开关的日用油箱，并严格按照水系统设备安装规范进行油泵系统安装。

（4）柴油发电机排烟系统安装时应按设计要求将导风罩固定在墙壁指定高度，焊接法兰和排烟管，排烟管长度及数量根据发电机组机房实际尺寸和排烟走向决定。焊接施工期间须保证法兰间配对关系，并结合排烟管尺寸、安装高度、消声器进行套箍配置。通过螺栓连接好消声器、弯头、波纹管及垂直向排烟管后，还应检查连接的密封性；在排烟管外还应加设一层保温材料。通过波纹管连接柴油发电机组和排烟管，为保证波纹管处于自由状态，排烟管管道不得压在波纹管上。

（5）冷却水系统安装过程中，核对柴油发电机组热交换器进出水口，保证其与带压冷却水源压力方向一致，再连接进出水管。在冷却水进出水管和发电机组本体连接过程中通过软管起隔离作用。

3 供配电系统防雷

为避免雷电引发的运行故障及安全隐患，该高速公路隧道供配电系统须采用针对性强的防雷措施，应设置三道防雷防线：第一道为避雷线、可控放电避雷针及改用电缆的使用，以保护导线不受或少受雷击；第二道为降低接地电阻，使用避雷线时避免发生或少发生绝缘闪络，提升供配电系统耐雷水平；第三道为若绝缘发生闪络，应控制闪络向稳定电力电弧转变的可能，以减少隧道供配电系统雷击跳闸率。

4 结语

该高速公路隧道供配电系统安装完成后，为公路隧道内监控、通信、照明、养护服务设施等提供电力供应保障，确保了高速公路的安全、畅通。经实践验证，供配电系统在运行期间电力供应可靠，电压质量良好，系统接线简单灵活、操作和检修均较为便捷。所制定的供配电方案在确保隧道机电设施稳定运行的基础上有助于减少电力损耗，降低运行费用，节省基建投资。