特長隧道供配電系統方案優化設計

凌 虎 （安徽省交通控股集團有限公司，安徽 合肥 23005）

近年來，隨著我國經濟的快速發展，全國高速公路網也加快了建設的步伐，隨之出現了越來越多的隧道群、特長隧道，如何更好地保障隧道營運安全，一直是公路隧道設計和營運中需要考慮的首要問題。公路隧道是一個封閉的環境，營運環境較為特殊，通風、消防、照明、監控等配套設施是保障隧道安全運營的基礎設施，因此為這些負荷提供安全可靠的供電顯得尤為重要。本文結合隧道供配電系統特點，在不大量增加設備的前提下，通過優化隧道內供配電方案，提升了隧道機電設施供電可靠性，有力保障了隧道營運安全。

1 隧道概況

桃墅嶺隧道是安（慶）景（德鎮）高速公路重點控制性工程，位于皖贛兩省交界處，由兩省共建共營。設計為分離式隧道，左線全長3014m，右線全長3032m，左右線均為特長隧道，其中安徽段左線長2275m，右線長2408m，是皖贛經濟大動脈的真正咽喉地帶。隧道按照省界進行劃分管理，隧道內的供電以省界分界點為界，各自引入當地電網的電源為隧道內設備供電，其中安徽、江西均在各自省界內設置1個配電房。隧道內左右洞均設置通風、照明、監控、消防等機電設施。

2 隧道供電特點

①考慮兩省分屬不同的省電力公司，且考慮各方因素，未采用跨省環網供電形式。

②安徽段隧道由安徽供電，供電點為供電線路最末端。為保證末端供電電壓穩定，采用室外變壓器給隧道洞口供電、室內變壓器進洞給洞內地埋變，再對各用電設備進行電力分配。

③發電機房設置在隧道外，自發電經室內變壓器升壓到10kV給隧道設備供電。

④考慮成本及供電可靠性，供電接線采用樹干式接線。

3 隧道用電負荷及性質分類

建設期根據相關設計規范及隧道特點主要設置有：隧道照明用高壓鈉燈燈具、運營通風用射流風機、交通監控及通信設備、消防、應急電話及廣播設施、其它用電設施。隧道電力負荷應根據供電可靠性和中斷供電在社會、經濟上所造成的損失或影響程度確定負荷等級。桃墅嶺隧道重要電力負荷的分級見表1。

桃墅嶺隧道重要電力負荷分級表 表1

4 桃墅嶺隧道建設期供配電設計方案

隧道供配電形式主要有3種：一種是放射式供電，供電可靠性高，故障發生后影響范圍較小，切換操作方便，保護簡單，便于自動化，但配電線路和高壓開關柜數量較多；一種是樹干式供電，配電線路和高壓開關柜數量少，節約電纜，但故障影響范圍較大，供電可靠性較差；一種是環形供電，從兩個方向獲得電源，將供電網連接成環形，供電可靠性高，但供電切換較為復雜且地域協調難度大。

桃墅嶺隧道橫跨皖贛兩省，無法采用環形供電方式，桃墅嶺隧道（安徽段）外設一座10kV變電所，隧道內供電方案采用樹干式供電，隧道內左右洞各敷設1根風機10kV電纜和1根照明10kV電纜，相互獨立。根據照明、風機等機電負荷和供電半徑，左右洞隧道內分為3區段供電：第一區段由洞外變電所輸出直接供電；第二、三區段設地埋變，對所屬區段的照明、風機等機電設備供電，備用電源為隧道外變電所內的柴油發電機經過升壓變壓器輸送10kV電源供應隧道內應急設備用電。由于10kV高壓電纜均為1根，且無備用電纜。進行地埋變及電纜線路檢修及日常維護時，相應地埋變及線路負荷將無法供電工作，如其中一根電纜或地埋變發生故障停止供電時，短時間內無法修復，機電系統將癱瘓無法使用，輕則影響隧道內車輛的通行效率，重則影響隧道內人員和車輛的人身財產安全。

隧道供配電系統方案優化簡單示意圖

5 供配電設計方案優化

為保障照明、風機等負荷均能夠穩定正常運行，當任一回路因發生故障停止供電時，另一回路能擔負相應負荷供電，隧道內供電方案優化針對第二、三區段供電，由就近風機地埋變經低壓配電柜輸出電纜至附近照明地埋變處，設置低壓切換柜，當照明地埋變、風機地埋變或其供電電纜故障受損斷電時，通過切換柜人工切換由風機地埋變供應照明地埋變帶照明負荷或由照明地埋變帶風機地埋變負荷，互為備份，一方面有利于地埋變或電纜檢修，一方面當地埋變或電纜故障時能迅速切換保障相應負荷供電正常。該設計方案已于2014年12月實施，該項目投資金額小、新增設備少、實施過程中未影響營運路段正常通行，獲得了有關單位一致好評。2016年10月，因照明地埋變故障導致桃墅嶺隧道江西至安徽方向洞內無照明，電工迅速到達現場通過切換將相應照明負荷接入風機地埋變，隧道照明短時間內恢復，保障了隧道營運安全有序。具體供電方案優化設計圖如下圖所示。

由圖可知，1個風機地埋變供1個照明地埋變相應負荷供電，中間通過切換開關進行供電切換（圖1虛線為相應增加供電線路）。

6 結論

特長公路隧道的供電方案一直以來都是設計評審專家們關注的焦點之一。安全、可靠的供電方案是確保隧道良好運營的關鍵因素之一。對桃墅嶺隧道供電系統實際運營特點，在做充分調研后，提出了將風機地埋變與照明地埋變互為備份的優化設計方法，在充分利用現有設備情況下，優化了隧道供電方案，解決了地埋變故障導致的隧道供電難題，使隧道得以安全、經濟地運營和管理，也為以后工作提供更多的可借鑒的經驗。