淺析高速公路供電需求及解決方案

杜國明

摘 要：高速公路里程不斷增加，現代社會人們汽車持有量快速增長，導致高速公路車流量持續加大，使得高速公路的管理工作面臨較大的壓力。借助現代化電子技術實現自動化管理已成為適應高速公路管理新需求的一個重要途徑。對高速公路電源技術方案展開了研究，分析了高速公路收費站、隧道照明及通風、監控中心的供電需求，并根據高速公路不同功能區域的設備特性、不同負載的特點提出了相應的解決方案。

關鍵詞：高速公路；供電需求；收費站；隧道照明

中圖分類號：U412.36+6 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.116

近年來，我國的高速公路發展非常迅速，已形成遍布全國的高速公路網，它在對國家經濟發展作出突出貢獻的同時，也對高速公路管理及運營的自動化、智能化提出了嚴峻的考驗。高速公路自動化管理系統一般由通信、收費、監控和供配電4個子系統組成。這些系統通過現代化電子技術實現高速公路的自動化管理，以保障車輛行駛暢通、安全。

1 供電需求

1.1 收費站

高速公路供配電系統是整個高速公路機電系統正常運行的重要保障，因供電問題導致的收費站服務中斷，其后果是難以預料的。高速公路收費站供電系統必須要能保證收費系統、監控系統、網絡通訊系統的穩定、可靠運行，為收費電腦、欄桿機、監控設備、照明設備、網絡終端服務器等用電負載提供穩定、高品質、不間斷的電力供應。

1.2 隧道照明及通風

隨著我國高速公路建設的發展，長隧道及特長隧道不斷增多，而且在高速隧道發生的事故具有難以處理的特點，為了減少高速隧道事故的發生，確保機電系統的正常運行，完善和配備應急電源則是減少事故發生的重要措施。

隧道大多位處山脈縱橫、丘陵溝壑的區域，高速公路相對平坦的特點決定了多數隧道較長距離的空間近似封閉。相對狹窄的空間和外部環境的不確定性，對高速公路隧道電源提出了更高的要求。隧道中EPS負載一般包括照明系統、通風系統和少量消防設備。

1.3 監控中心

高速公路監控中心是對高速公路交通進行集中監控、統一協調交通運營等的中心，市電電源質量將直接影響到監控系統的可靠運行。公路管理單位監控中心負載為計費中心數據處理（服務器）、監控、辦公自動化設備，為整個公路各系統提供信息交換服務，并對全路段進行監控，其計算機和服務器負載容量較大。不同公路管理中心，其規模不同，容量范圍為20～200 kVA。

2 供電解決方案

根據高速公路不同功能區域的設備特性，針對不同負載的特點提出相應的解決方案。

2.1 收費站

2.1.1 UPS單路供電方式

在單路供電系統中，市電作為主供電回路，發電機作為備用電源，與市電同時接入輸入智能配電柜。輸入智能配電柜內置ATS自動切換開關。當其中一市電斷電時，ATS可自動切換至另一路油機輸入；當市電恢復正常供電時，ATS自動復位到市電一，配電柜輸出端連接UPS電源的輸入端，為UPS提供電源。UPS在供電系統中實現對市電的雙變換和延時功能，根據后端負載特性（多種負載性質），推薦選用工業級工頻UPS電源，其特點是抗沖擊能力強，輸入和輸出全隔離等。市電經過UPS電源的雙變換之后，輸出穩定的交流220 VAC/380 VAC電源，通過后即智能輸出配電柜，為負載提供電力保障。

2.1.2 UPS并機供電方式

此并聯供電方式與單機供電方式的區別在于UPS電源具有容錯能力。在這一方案中，UPS輸入電源采用具有容錯功能的冗余并機系統，UPS采用“1+1”并機結構。當市電正常時，2臺UPS均分載荷，共同承擔后端負載；當其中一臺UPS發生故障時，UPS會自動退出并機系統，另一臺UPS承擔后端全部負載，繼續提供穩定、可靠的交流電輸出，整個供電系統不受任何影響，負載端實現永不間斷的冗余并機供電。

2.2 隧道通風照明

基于公路隧道應用的特殊性，因一般隧道都處于比較偏遠的地段，采用鄉電的較多，而由于鄉電本身就不穩定，經常面臨著停電風險。為此，一般采用EPS應急電源。如果電源前段沒有配置穩壓電源，所帶負載中有精密設備或對電壓要求比較高的設備，可選用UPS電源。UPS不間斷，長期處于工作狀態，前段電壓不穩，UPS可以確保輸出穩定。通常，UPS單機容量為10～800 kVA。EPS所帶負載主要分布在應急照明、消防、通風等系統。隧道中的這些應用系統均保障了公路隧道中車輛及人員的安全運行。

2.3 公路管理單位計費與監控中心

推薦使用模塊化UPS電源，因為其維護時間短且節能。在UPS輸入端配置ATS自動切換開關，當其中一市電斷電時，ATS可自動切換至另一路油機輸入；當市電恢復時，ATS自動復位到市電一。由于ATS可實現2路市電的切換，可以減少電池的放電次數和放電時間，從而延長了電池的使用壽命。

3 UPS的選型

高頻UPS、工頻UPS、模塊化UPS選型比較結果見表1.

機房UPS電源的選擇是根據機房所需設備而定的，比如配監控、服務器、交換機之類的屬于容性負載，在購買UPS電源時選擇高頻機就可以了。如果是印刷機、自動化設備、自動門禁系統等，就屬于感性負載以及供電質量不好的環境，需要配工頻UPS電源。UPS需根據負載的大小來選擇。

4 UPS蓄電池配備

UPS備用時間的長短是由UPS的儲能裝置決定的，現在的UPS一般都用全密封的免維護鉛酸蓄電池作為儲能裝置，電池容量的大小由安時數（AH）這個指標反映，其含義是按規定的電流進行放電的時間。電池容量的計算公式如下：

放電率和時間關系見表2.

舉例說明如下。

4.1 CHP-10 kVA電池電壓

CHP-10 kVA電池電壓：384 V延時30 min。

（可選24 AH）

4.2 EPS-20 kW電池電壓

EPS-20 kW電池電壓：384 V延時60 min。

（可選100 AH）

UPS電源輸入、輸出連接線的計算方法為：UPS電源容量÷3相÷220 V÷4 A/mm=線徑大小.

電池輸入線的計算方法如下：

4.3 —臺單10 K機器

—臺單10 K機器，電壓節數為16節，電池連接線所用的平方米數為：

5 結束語

總之，高速公路管理離不開完善、可靠的機電系統的支持，配置安全、可靠的電源支撐系統，是確保高速公路機電系統安全、穩定運行的前提。UPS電源為穩壓不間斷電源，在保護計算機數據、通信、收費、監控設備穩定運行，保證電壓的穩定等方面是非常重要的，對確保高速公路機電系統的可靠性具有良好的效用。本文主要研究了UPS電源在高速公路收費站、隧道照明及通風、監控中心中的應用，根據不同功能區域的設備特性、不同負載的特點提出了相應的供電方案建議，為保證高速公路的正常運營提供參考。

參考文獻

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[3]曾慧.關于高速公路ETC聯網收費技術方案研究[C]//企業科技創新與管理學術研討會，2016.

〔編輯：劉曉芳〕