智慧供電在高速公路中的應(yīng)用

袁慧

(中咨泰克交通工程集團(tuán)有限公司，北京　100083)

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智慧供電在高速公路中的應(yīng)用

袁慧

(中咨泰克交通工程集團(tuán)有限公司，北京100083)

摘要:根據(jù)隧道機(jī)電用電設(shè)施分布特點(diǎn)，結(jié)合某隧道實(shí)際情況，對(duì)比分析了智慧供電及常規(guī)供電方案的優(yōu)劣勢(shì)，指出智慧供電系統(tǒng)具有更好的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)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(shí)意義。

關(guān)鍵詞:高速公路，智慧供電，照明，經(jīng)濟(jì)性

1　智慧供電系統(tǒng)基本原理

智慧供電是高速公路機(jī)電設(shè)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(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控和控制，在不需要某些設(shè)備運(yùn)行或不需要照明亮度過(guò)高時(shí)，可關(guān)閉回路或調(diào)節(jié)電壓，并且設(shè)備改善了系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低了無(wú)功損耗。分布式智慧供電系統(tǒng)對(duì)于解決中長(zhǎng)距離監(jiān)控和照明設(shè)施的用電問(wèn)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(jìn)行降壓處理，轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗?20 V電壓后為燈具及監(jiān)控設(shè)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(shì)是可通過(guò)穩(wěn)定電壓和按需供電來(lái)提高設(shè)備壽命，減少設(shè)備損耗和維護(hù)費(fèi)用;可減少電纜用量，降低前期投資;可通過(guò)抑制浪涌沖擊來(lái)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(jìn)行開關(guān)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(fù)敷設(shè)，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(shè)置上位機(jī)，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(jī)，下位機(jī)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(jī)間帶有通信功能，下位機(jī)可對(duì)每一條輸出回路進(jìn)行單獨(dú)開關(guān)和調(diào)壓，從而實(shí)現(xiàn)燈具按不同要求進(jìn)行分組開關(guān)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(diǎn)優(yōu)勢(shì):

1)減少電纜用量。

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

2)遠(yuǎn)程開關(guān)調(diào)壓控制。

智慧供電上下端供電設(shè)備帶有智能通信功能，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)下位機(jī)輸出回路進(jìn)行單獨(dú)開關(guān)、調(diào)壓控制，也可根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的時(shí)間規(guī)則進(jìn)行開關(guān)和調(diào)壓。另外，在配備車輛監(jiān)測(cè)裝置后，可實(shí)現(xiàn)根據(jù)車流量自動(dòng)進(jìn)行開關(guān)和調(diào)壓。下端設(shè)備開關(guān)和調(diào)壓操作均不會(huì)影響監(jiān)控設(shè)備正常運(yùn)行。

3)按需供電。

在夜間關(guān)閉加強(qiáng)照明燈具后，為加強(qiáng)照明供電的上下端模塊亦可以隨燈具關(guān)閉，減少供電設(shè)備自身?yè)p耗。

4)電力監(jiān)測(cè)和能耗監(jiān)測(cè)功能。

上、下位機(jī)輸入輸出端均帶有電力參數(shù)采集模塊，下位機(jī)可對(duì)任意單獨(dú)輸出回路進(jìn)行電力參數(shù)采集，并可采集自身運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行環(huán)境(溫度、濕度)，通過(guò)上下端智能通信回路將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)電力監(jiān)控和能耗監(jiān)測(cè)功能。

5)穩(wěn)壓功能。

上、下位機(jī)保證輸出電壓為穩(wěn)定電壓，下位機(jī)輸出電壓波動(dòng)范圍小于±2．5 V，輸出電壓穩(wěn)定，延長(zhǎng)了用電設(shè)備的使用壽命，降低了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。

6)不間斷供電。

上端供電設(shè)備可配置蓄電池組，實(shí)現(xiàn)不間斷供電，保證上端輸入斷電時(shí)用電設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

7)浪涌抑制。

上位機(jī)可隔離市電側(cè)電網(wǎng)與用戶側(cè)電網(wǎng)，保證市電波動(dòng)不對(duì)用戶側(cè)電網(wǎng)產(chǎn)生影響，同時(shí)，保證用戶側(cè)浪涌沖擊不對(duì)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(bǔ)償。

上位機(jī)可對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償，降低系統(tǒng)無(wú)功損耗，功率因數(shù)補(bǔ)償效果應(yīng)不低于0．95。

4　智慧供電在高速公路的應(yīng)用

4．1應(yīng)用情況簡(jiǎn)介

進(jìn)行智慧供電設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要針對(duì)隧道照明和監(jiān)控的供配電。

隧道照明與監(jiān)控設(shè)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(qiáng)基本照明回路輸出單相3 300 V電壓、應(yīng)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(shè)備供電。

4．2應(yīng)用案例分析

下面以某3 000 m的隧道為例，從經(jīng)濟(jì)性角度進(jìn)行傳統(tǒng)供電方案和智慧供電方案的對(duì)比。

1)傳統(tǒng)供電方案。

3 000 m的隧道，供電方案為兩端均設(shè)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(qiáng)、基本、應(yīng)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(guān)柜統(tǒng)一開關(guān)回路。朝陽(yáng)隧道傳統(tǒng)供電回路圖見圖1。

2)智慧供電方案。

圖1　朝陽(yáng)隧道傳統(tǒng)供電回路圖

智慧供電具有遠(yuǎn)距離供電的優(yōu)勢(shì)，可僅在單側(cè)變電所設(shè)置智慧供電上位機(jī)，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(shè)施供電。上位機(jī)分為加強(qiáng)基本照明上位機(jī)與應(yīng)急照明、監(jiān)控上位機(jī)，應(yīng)急照明、監(jiān)控上位機(jī)前端配置不間斷供電柜。加強(qiáng)基本照明上位機(jī)經(jīng)濾波、補(bǔ)償、穩(wěn)壓等處理后輸出3．3 kV單相電至隧道下位機(jī)，應(yīng)急照明、隧道監(jiān)控上位機(jī)經(jīng)濾波、補(bǔ)償、穩(wěn)壓等處理后輸出1 kV單相電至隧道下位機(jī)，由下位機(jī)降壓為220 V后再為燈具和監(jiān)控設(shè)備供電。因?yàn)閼?yīng)急照明和監(jiān)控下位機(jī)需配置應(yīng)急電源，因此需單獨(dú)作為一路接入應(yīng)急照明或隧道監(jiān)控的供電上位機(jī)。

下位機(jī)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(yáng)隧道智慧供電回路圖

由圖2可以看出，雖然隧道洞口兩側(cè)均設(shè)置有變電站，但分布式智慧供電有遠(yuǎn)距離供電的優(yōu)勢(shì)，可以只通過(guò)單側(cè)供電來(lái)為隧道照明、監(jiān)控系統(tǒng)提供電源。但因?yàn)榉植际街腔酃╇娤挛粰C(jī)輸出的是單相220 V的電源，不能為射流風(fēng)機(jī)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(jià)對(duì)比分析見表1，表2。

通過(guò)以上工程量結(jié)合工程造價(jià)對(duì)比分析，隧道智慧供電方案比傳統(tǒng)供電方案造價(jià)可節(jié)省約100萬(wàn)元，節(jié)省比例18．2%。

通過(guò)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(zhǎng)度大大降低;

2)3 300 V與1 000 V供電，延長(zhǎng)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(jià);

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

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

6)用下位機(jī)替換了配電箱;

7)新增加一整套上位機(jī)柜。

表1　傳統(tǒng)供電方案相關(guān)工程規(guī)模

表2　智慧供電方案相關(guān)工程規(guī)模

5　結(jié)語(yǔ)

分布式智慧供電比傳統(tǒng)的供電方案在經(jīng)濟(jì)性方面有很大的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)以上經(jīng)濟(jì)性比較可以得出結(jié)論，隧道越長(zhǎng)，節(jié)能效果越明顯。因?yàn)殚L(zhǎng)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(cè)遠(yuǎn)距離供電，節(jié)省了一個(gè)變電站的上位機(jī)工程量，節(jié)約投資效果顯而易見。

其實(shí)不僅僅在經(jīng)濟(jì)性方面，在其他方面也有一定的優(yōu)勢(shì)。例如:較380 V低壓更容易實(shí)現(xiàn)的較遠(yuǎn)距離供電;單相電無(wú)需考慮三相負(fù)載平衡問(wèn)題，降低設(shè)計(jì)和施工難度;可通過(guò)穩(wěn)定電壓和按需供電來(lái)提高設(shè)備壽命，減少設(shè)備損耗和維護(hù)費(fèi)用;可通過(guò)抑制浪涌沖擊來(lái)提高系統(tǒng)安全性等等。

在國(guó)家“建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展”戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，降低建設(shè)成本、提高運(yùn)行質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是未來(lái)技術(shù)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(shù)能得到更多的推廣，將為國(guó)家建設(shè)節(jié)約大量的建設(shè)成本，整體營(yíng)運(yùn)水平將得到大大提高。

中圖分類號(hào):TU852

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1009-6825(2016)17-0116-02

收稿日期:2016-04-06

作者簡(jiǎn)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