智慧供電在高速公路中的應用

袁慧

(中咨泰克交通工程集團有限公司，北京　100083)

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智慧供電在高速公路中的應用

袁慧

(中咨泰克交通工程集團有限公司，北京100083)

摘要:根據(jù)隧道機電用電設施分布特點，結合某隧道實際情況，對比分析了智慧供電及常規(guī)供電方案的優(yōu)劣勢，指出智慧供電系統(tǒng)具有更好的經(jīng)濟性，對高速公路節(jié)能減排工作以及智慧供電的推廣有一定的現(xiàn)實意義。

關鍵詞:高速公路，智慧供電，照明，經(jīng)濟性

1　智慧供電系統(tǒng)基本原理

智慧供電是高速公路機電設施供電的一種新的模式，主要為隧道照明、隧道監(jiān)控提供電源。

分布式智慧供電系統(tǒng)基于上下端電源可實現(xiàn)智能監(jiān)控和控制，在不需要某些設備運行或不需要照明亮度過高時，可關閉回路或調節(jié)電壓，并且設備改善了系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低了無功損耗。分布式智慧供電系統(tǒng)對于解決中長距離監(jiān)控和照明設施的用電問題，是一種很好的解決方案。該系統(tǒng)是在隧道洞口變電所配置智慧供電上端電源柜，輸出單相3 300 V和1 000 V電壓至隧道內(nèi)各下端電源箱，在下端電源箱再將3 300 V和1 000 V電壓進行降壓處理，轉變?yōu)閱蜗?20 V電壓后為燈具及監(jiān)控設施供電。

分布式智慧供電方式與常規(guī)供電模式相比的優(yōu)勢是可通過穩(wěn)定電壓和按需供電來提高設備壽命，減少設備損耗和維護費用;可減少電纜用量，降低前期投資;可通過抑制浪涌沖擊來提高系統(tǒng)安全性。

2　隧道傳統(tǒng)供電方案

高速公路隧道照明傳統(tǒng)供電方案是從變電所低壓柜引380 V電壓至隧道內(nèi)照明配電箱位置，由于需要在低壓柜位置進行開關操作，因此需要根據(jù)燈具的不同分組配置多條供電回路。因此隧道傳統(tǒng)供電方案需要配置大量干線電纜，重復敷設，并且由于采用380 V電壓供電，考慮三相平衡，電纜也需要配置較粗的四芯電纜，以滿足壓降要求。

3　隧道智慧供電方案

隧道智慧供電方案是在變電所設置上位機，代替低壓配電柜，單洞輸出兩條供電回路至隧道內(nèi)下位機，下位機配置在原照明配電箱位置，代替照明配電箱。照明控制方面由于上下位機間帶有通信功能，下位機可對每一條輸出回路進行單獨開關和調壓，從而實現(xiàn)燈具按不同要求進行分組開關的功能。

與傳統(tǒng)供電方案相比，智慧供電系統(tǒng)具有以下幾點優(yōu)勢:

1)減少電纜用量。

智慧供電方案采用遠程控制下位機輸出回路進行開關，可減少干線電纜數(shù)量，并且可大幅度減少電纜造價。

2)遠程開關調壓控制。

智慧供電上下端供電設備帶有智能通信功能，可實現(xiàn)遠程對下位機輸出回路進行單獨開關、調壓控制，也可根據(jù)預先設定好的時間規(guī)則進行開關和調壓。另外，在配備車輛監(jiān)測裝置后，可實現(xiàn)根據(jù)車流量自動進行開關和調壓。下端設備開關和調壓操作均不會影響監(jiān)控設備正常運行。

3)按需供電。

在夜間關閉加強照明燈具后，為加強照明供電的上下端模塊亦可以隨燈具關閉，減少供電設備自身損耗。

4)電力監(jiān)測和能耗監(jiān)測功能。

上、下位機輸入輸出端均帶有電力參數(shù)采集模塊，下位機可對任意單獨輸出回路進行電力參數(shù)采集，并可采集自身運行狀態(tài)和運行環(huán)境(溫度、濕度)，通過上下端智能通信回路將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心服務器，實現(xiàn)電力監(jiān)控和能耗監(jiān)測功能。

5)穩(wěn)壓功能。

上、下位機保證輸出電壓為穩(wěn)定電壓，下位機輸出電壓波動范圍小于±2．5 V，輸出電壓穩(wěn)定，延長了用電設備的使用壽命，降低了設備的維護費用。

6)不間斷供電。

上端供電設備可配置蓄電池組，實現(xiàn)不間斷供電，保證上端輸入斷電時用電設備的正常運轉。

7)浪涌抑制。

上位機可隔離市電側電網(wǎng)與用戶側電網(wǎng)，保證市電波動不對用戶側電網(wǎng)產(chǎn)生影響，同時，保證用戶側浪涌沖擊不對市電產(chǎn)生影響，提高系統(tǒng)安全性。

8)系統(tǒng)功率因數(shù)補償。

上位機可對供電系統(tǒng)進行功率因數(shù)補償，降低系統(tǒng)無功損耗，功率因數(shù)補償效果應不低于0．95。

4　智慧供電在高速公路的應用

4．1應用情況簡介

進行智慧供電設計的內(nèi)容主要針對隧道照明和監(jiān)控的供配電。

隧道照明與監(jiān)控設施供電，是在隧道洞口變電所配置智慧供電上端電源柜，加強基本照明回路輸出單相3 300 V電壓、應急照明回路和監(jiān)控回路輸出單相1 000 V電壓至隧道內(nèi)各下端電源箱，降壓處理后為燈具及監(jiān)控設備供電。

4．2應用案例分析

下面以某3 000 m的隧道為例，從經(jīng)濟性角度進行傳統(tǒng)供電方案和智慧供電方案的對比。

1)傳統(tǒng)供電方案。

3 000 m的隧道，供電方案為兩端均設置變電所。傳統(tǒng)供電方案采用低壓380 V直供方式，由隧道洞口箱式變電站引380 V電，分為加強、基本、應急照明等多條回路，至隧道內(nèi)照明配電箱，控制方式為低壓開關柜統(tǒng)一開關回路。朝陽隧道傳統(tǒng)供電回路圖見圖1。

2)智慧供電方案。

圖1　朝陽隧道傳統(tǒng)供電回路圖

智慧供電具有遠距離供電的優(yōu)勢，可僅在單側變電所設置智慧供電上位機，處理后升壓至3 300 V或1 000 V為隧道內(nèi)所有燈具和監(jiān)控設施供電。上位機分為加強基本照明上位機與應急照明、監(jiān)控上位機，應急照明、監(jiān)控上位機前端配置不間斷供電柜。加強基本照明上位機經(jīng)濾波、補償、穩(wěn)壓等處理后輸出3．3 kV單相電至隧道下位機，應急照明、隧道監(jiān)控上位機經(jīng)濾波、補償、穩(wěn)壓等處理后輸出1 kV單相電至隧道下位機，由下位機降壓為220 V后再為燈具和監(jiān)控設備供電。因為應急照明和監(jiān)控下位機需配置應急電源，因此需單獨作為一路接入應急照明或隧道監(jiān)控的供電上位機。

下位機經(jīng)降壓后，輸出單相交流220 V電壓為燈具供電，各燈具分組情況與原方案相同，符合原方案控制方式。

圖2　朝陽隧道智慧供電回路圖

由圖2可以看出，雖然隧道洞口兩側均設置有變電站，但分布式智慧供電有遠距離供電的優(yōu)勢，可以只通過單側供電來為隧道照明、監(jiān)控系統(tǒng)提供電源。但因為分布式智慧供電下位機輸出的是單相220 V的電源，不能為射流風機及車行橫洞防火卷簾門提供電源，所以在隧道出口位置還需要保留隧道出口變電站，但規(guī)模有所降低。

3)造價對比分析見表1，表2。

通過以上工程量結合工程造價對比分析，隧道智慧供電方案比傳統(tǒng)供電方案造價可節(jié)省約100萬元，節(jié)省比例18．2%。

通過上述分析可知，智慧供電與傳統(tǒng)供電方式相比，主要變化如下:

1)干線式供電，使供配電電纜長度大大降低;

2)3 300 V與1 000 V供電，延長可供電距離，降低電纜線徑;

3)單相供配電，減少電纜芯數(shù)，降低工程造價;

4)自帶數(shù)據(jù)集控功能，節(jié)省了電力監(jiān)控費用;

5)低壓柜直接出線至上位機，低壓柜照明回路大大減少，減少低壓柜數(shù)量;

6)用下位機替換了配電箱;

7)新增加一整套上位機柜。

表1　傳統(tǒng)供電方案相關工程規(guī)模

表2　智慧供電方案相關工程規(guī)模

5　結語

分布式智慧供電比傳統(tǒng)的供電方案在經(jīng)濟性方面有很大的優(yōu)勢。通過以上經(jīng)濟性比較可以得出結論，隧道越長，節(jié)能效果越明顯。因為長大隧道采用兩端供電，在同等供電距離的前提下，智慧供電采用單側遠距離供電，節(jié)省了一個變電站的上位機工程量，節(jié)約投資效果顯而易見。

其實不僅僅在經(jīng)濟性方面，在其他方面也有一定的優(yōu)勢。例如:較380 V低壓更容易實現(xiàn)的較遠距離供電;單相電無需考慮三相負載平衡問題，降低設計和施工難度;可通過穩(wěn)定電壓和按需供電來提高設備壽命，減少設備損耗和維護費用;可通過抑制浪涌沖擊來提高系統(tǒng)安全性等等。

在國家“建設節(jié)約型社會，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展”戰(zhàn)略的指導下，降低建設成本、提高運行質量、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是未來技術發(fā)展的必然要求。分布式智慧供電的產(chǎn)生正是這一理念發(fā)展的產(chǎn)物。如果這一技術能得到更多的推廣，將為國家建設節(jié)約大量的建設成本，整體營運水平將得到大大提高。

中圖分類號:TU852

文獻標識碼:A

文章編號:1009-6825(2016)17-0116-02

收稿日期:2016-04-06

作者簡介:袁慧(1983-)，男，工程師

Application of wisdom power in highway

Yuan Hui
(TECH Traffic Engineering Group Co．，Ltd，Beijing 100083，China)

Abstract:According to the distribution features of tunnel electronic equipment，the paper compares and analyzes the advantages and disadvantages of the wisdom power-supply and regular power-supply scheme，and points out the wisdom power-supply system is more economical，so it has the realistic significance for the energy-saving and emission-reduction on roads and the application of the wisdom power-supply．

Key words:highway，wisdom power-supply，lighting，economical feature