公路隧道工程中供配電系統(tǒng)特點以及電氣設(shè)計

鄭立峰

摘 要：隨著我國經(jīng)濟與科技地迅猛發(fā)展，我國的公路長度是世界之最，公路的質(zhì)量也得到了很大地提升，隧道的發(fā)展縮短了出行距離，進一步提高了人們出行的便利性，與此同時，公路及公路隧道的工程量也大大增加，這樣對公路隧道的質(zhì)量也有了嚴格的要求。公路隧道帶來便利的同時，也比露天公路增加了些許危險性，因此在進行施工建設(shè)時要保證隧道使用的安全性，供配電系統(tǒng)是公路隧道工程極其重要的一部分，因此怎樣進一步完善供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計，是公路隧道工程的重要課題之一。本文主要探討了公路隧道中供配電系統(tǒng)的特點和如何利用現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)進行系統(tǒng)地對其進行電氣設(shè)計。

關(guān)鍵詞：公路隧道;供配電系統(tǒng);特點;電氣設(shè)計

公路隧道是針對汽車進行人力或者物力運輸?shù)耐ǖ溃郧霸跅l件不允許的情況下，會繞過障礙物盤山繞行，為了縮短運行距離，以現(xiàn)在的科技水平大都采用開鑿隧道的方式。在我國隧道工程史上有一項接一項的隧道工程沖破了各種阻礙完成了建設(shè)目標(biāo)，例如位于青海花久高速上的雪山一號隧道，施工人員克服了高海拔、溫度極低、高度缺氧的困難，在千年凍土上開鑿出單程長達四千多米的公路隧道，這是值得驕傲的，相對應(yīng)的惡劣的環(huán)境下對供配電系統(tǒng)也有著嚴格要求。開鑿隧道的難度較大，相配備的電氣設(shè)計是必須的，比如說照明、消防等，公路隧道的機電工程應(yīng)運而生。合理完善的電氣設(shè)計為供配電系統(tǒng)安全、平穩(wěn)地運行提供了切實地保障。

1公路隧道工程中供配電系統(tǒng)存在的特點

針對公路隧道進行具體地電氣設(shè)計時，電纜的選擇、變壓器的選擇、保護裝置等的選擇都是根據(jù)每個隧道工程的外部環(huán)境以及隧道本身工程量的大小來判斷的，因地制宜。優(yōu)化隧道供配電系統(tǒng)是有必要性的，長遠來說，對減少交通事故的發(fā)生以及對人民生命財產(chǎn)安全都有相當(dāng)重要的保障。

雖然在隧道建成時已經(jīng)配備足量需求的變電站，由于多種因素的影響，電壓不穩(wěn)的情況時常發(fā)生，一般分成兩種情況：電壓低和電壓高，出現(xiàn)電壓低的是在白天，是因為用電量大，負荷過多，這種時候就容易發(fā)生觸發(fā)器失誤操作的情況;出現(xiàn)電壓高的情況自然是晚上，這時又會造成一定的能源損耗。照明器具在這種電壓忽高忽低的狀態(tài)下容易造成一定的損壞，縮短使用壽命。公路隧道的復(fù)雜性決定了對供配電系統(tǒng)優(yōu)化的必要性，要求縝密地設(shè)計，過硬的質(zhì)量[1]。公路隧道供配電系統(tǒng)必須保證安全性，因為隧道在其他情況正常，供配電系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，輕則影響正常的交通，重則可能導(dǎo)致交通安全事故的發(fā)生，對人民財產(chǎn)生命安全有著嚴重的威脅。公路隧道中最怕火災(zāi)發(fā)生，因為隧道頂部是密封的，只有兩側(cè)通風(fēng)口，一旦發(fā)生火災(zāi)，濃煙不能及時散發(fā)出去，對整個隧道車輛上的人員生命都會產(chǎn)生威脅，容易造成特大安全事故，因為供配電系統(tǒng)對火災(zāi)的預(yù)防起到相當(dāng)大的作用，實行條件是達到一級負荷，所以隧道施工技術(shù)人員一定要按照建造供配電系統(tǒng)的標(biāo)準嚴格執(zhí)行，為了以防萬一還需要準備備用電源，預(yù)防突發(fā)事故[2]。在供配電的具體施工過程中，不能為了節(jié)省成本偷工減料，不注意電力設(shè)備的質(zhì)量，特別是距離長、工程量大、難度高的隧道工程中，不僅要配備足夠的電氣設(shè)備，還要嚴格篩選設(shè)備的質(zhì)量、型號、規(guī)格，確保符合本次工程的使用標(biāo)準。除了公路隧道主體的供配電要求，相應(yīng)的輔助供配電和其他設(shè)施的用電也要完善，兩者要相互協(xié)調(diào)，還有要對通風(fēng)、消防、監(jiān)控等輔助設(shè)施設(shè)備進行完善。隧道內(nèi)需要隨時確保良好的照明條件。綜上所述，公路隧道的供配電系統(tǒng)有著多樣化、復(fù)雜化的特點，根據(jù)這些特點，對其進行優(yōu)化，確保隧道工程的安全性。

2公路隧道供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計

2.1合理設(shè)計消防負荷雙電源末端切換

公路隧道工程的防火設(shè)計是必不可少也是至關(guān)重要的，隧道中有了防火設(shè)計能夠快速地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患，小的火災(zāi)事故發(fā)生時也能及時撲滅?；馂?zāi)設(shè)計包括兩種類型：一是火災(zāi)報警系統(tǒng);二是消防設(shè)施設(shè)備，為了使防火系統(tǒng)地有效運行，可以使用雙電源末端切換的技術(shù)，即使這種技術(shù)的設(shè)計規(guī)范沒有明文規(guī)定，但是在實際操作中可以根據(jù)實際情況進行合理地設(shè)計。雙電源末端切換技術(shù)地使用有一定的局限性：增加一定的材料成本，電纜使用數(shù)量增多，供電的面積也會變大;隧道內(nèi)部的環(huán)境相對于露天公路來說，有它的特殊性，這種特殊性會使末端切換箱容易被損壞與腐蝕，進而會影響其切換功能的使用。但是雙電源末端切換也有它的好處：因為是雙電源，在其中一路電源出現(xiàn)問題時，另外一路電源就會頂上，繼續(xù)供電，可以有效防止出現(xiàn)斷電的情況。公路隧道內(nèi)部的電纜是并排鋪設(shè)的，距離較近，如果其中一條電纜被破壞，其他電纜隨之被影響，為了避免過流損壞，每一條電纜都安裝了短路保護裝置。有的隧道為了防止鼠蟻噬咬，還會使用鎧裝電纜。另外，在設(shè)計隧道供配電系統(tǒng)的時候，負責(zé)輸送電源的變電所回會準備兩路電源，模式是單母線分段聯(lián)絡(luò)，合理設(shè)計了消防負荷的雙電源末端切換，是一種放射性供電的方式，如此一來，公路隧道供電的穩(wěn)定性有了保障[3]。

2.2選取合適的變壓器容量

顧名思義，變壓器是控制電壓，保證電壓的穩(wěn)定性。在公路隧道工程中會用到形形色色的電力設(shè)備，變壓器是其中一種，也是很重要的一種。在選取變壓器的容量時，要根據(jù)隧道供配電系統(tǒng)的大小進行科學(xué)選取，確保供電安全。對隧道變電所總的用電量進行準確計算，根據(jù)計算結(jié)果選取容量合適的變壓器，然后再電源上安裝相同容量的變壓器，一臺變壓器就會承擔(dān)1/2的負荷，如果其中一臺變壓器發(fā)生故障，另外一臺便會暫時承擔(dān)此路電源的負荷，出現(xiàn)超負荷的情況，這種辦法對變壓器損耗比較大。照明用電和通風(fēng)用電是隧道內(nèi)部主要的兩種用電負荷。根據(jù)隧道長短及其他方面的不同，進行電氣設(shè)計是可以分為長期和短期，兩者之間在規(guī)劃設(shè)計量上有著很大的差距，變壓器容量選取不當(dāng)會造成浪費[4]。因此在設(shè)計變壓器容量時首先依據(jù)短期的用電負荷，如果日后發(fā)生變化，可以使用更大容量的變壓器代替來滿足隧道的用電需求。一臺變壓器容量就要完全承擔(dān)一級負荷，負載率是在0.6和0.8之間。除此之外，選取變壓器容量時要考慮到溫度對變壓器地影響，溫度升高會降低輸出功率，增加損耗。

2.3變壓器保護裝置的選取

設(shè)計合理的變壓保護裝置是保證公路隧道供配電系統(tǒng)安全運行的有力保障，最多使用的是斷路器，也有少部分使用負荷開關(guān)加熔斷器的情況，但是通過比較，斷路器的缺點較為明顯，所以在后面會詳細講述負荷開關(guān)加熔斷器的特點以及在實際運用中的情況。后者在實際使用情況中，短路保護的現(xiàn)象出現(xiàn)的沒有開關(guān)負荷切換的情況多，負荷開關(guān)加熔斷器工作時是分離開的，各有各的使用作用，負荷開關(guān)可以進行負荷切換，熔斷器的作用是短路保護，有一種限流熔斷器可以在極短的時間內(nèi)進行短路保護，應(yīng)急能力比較強，所以具有廣闊的市場前景。負荷開關(guān)加熔斷器的使用標(biāo)準一些城市有在用電使用規(guī)范當(dāng)中進行說明：單臺變壓器容量低于1600kVA時，采取的保護措施是負荷開關(guān)加熔斷器;當(dāng)數(shù)值大于1600kVA時，才會使用斷路器這種保護裝置。而在隧道工程中選取哪種保護裝置與上述數(shù)值是不一樣的，是以500kVA為中間數(shù)值，大于這個數(shù)值的，就會使用高壓斷路器，小于這個數(shù)值的，就會使用高壓熔斷器，在實際施工當(dāng)中，根據(jù)規(guī)范選取適用的保護裝置[5]。

2.4應(yīng)急電源的設(shè)計

應(yīng)急電源的作用體現(xiàn)在突發(fā)事件發(fā)生時，依然能夠保證照明、排風(fēng)、消防等工作順利進行，所以公路隧道在設(shè)計供配電系統(tǒng)時，就要對應(yīng)急電源重視起來，增強事故發(fā)生時的安全保障。設(shè)計應(yīng)急電源應(yīng)當(dāng)注意以下問題：隧道的工作時間和電源轉(zhuǎn)換時間的長短;應(yīng)急電源的電源負荷類型?！半u蛋不能放在一個籃子里”，應(yīng)急電源也不能只選擇一種，所以在電氣設(shè)計時，一般會使用多種應(yīng)急電源，以應(yīng)對突發(fā)情況，比如說在長度很長的隧道里，利用柴油進行發(fā)電不會受到時間地干擾，但是這種發(fā)電方式的轉(zhuǎn)換周期過長，這時候，蓄電池直接發(fā)電的優(yōu)勢就展現(xiàn)出來了。一般來說，應(yīng)急電源可以分為四種：第一種是蓄電池電源;第二種是利用柴油機發(fā)電的電源;第三種是組合類電源;第四種是電網(wǎng)自身和電回路分離出來的電源。一個隧道會有兩個及以上的應(yīng)急電源存在，將各種應(yīng)急電源的優(yōu)勢相結(jié)合，盡可能發(fā)揮出應(yīng)急電源的作用[6]。

2.5低壓斷路器的選擇

低壓斷路器的失壓脫扣器附件在實際工作中一定程度上能夠保證隧道供電的穩(wěn)定性和安全性，一旦電源電路出現(xiàn)故障，低壓斷路器會去除多余的用電負荷，進而才能確保供電的安全性，這是低壓斷路器的優(yōu)點。它的不足之處是：沒有達到完全自動化，操作起來很麻煩;失壓脫扣器沒有辦法不帶電，所以會產(chǎn)生相當(dāng)大的、持續(xù)的噪音，增加電能損耗;對外部條件要求較高，隧道內(nèi)潮濕或者出現(xiàn)電壓突然升高的情況，就會被燒毀。針對上述等情況，在最初設(shè)計電路時，就應(yīng)該把重要的負荷與不重要的負荷區(qū)別開來，安裝在不同的線路上，如果出現(xiàn)意外情況，可以直接跳過不重要的負荷，對主要負荷進行供電。

3結(jié)語

伴隨著科技的騰飛，我國的公路隧道工程也實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，施工技術(shù)也越來越成熟，供配電系統(tǒng)是保證隧道正常運行的基礎(chǔ)，對其不斷優(yōu)化和完善使得隧道的安全性、穩(wěn)定性和使用效率大大增加，在源頭上減少甚至避免公路隧道中交通事故的發(fā)生，在事故發(fā)生過程中使用應(yīng)急電源或者其他的電氣設(shè)計降低事故的損失，對挽回人民群眾的經(jīng)濟損失保證其生命安全有著重要作用。在實際工作當(dāng)中，科學(xué)合理地進行電氣設(shè)計，在發(fā)展中也存在著一些問題，阻礙了供配電系統(tǒng)的進一步發(fā)展，要學(xué)會正視問題并解決問題，為公路隧道的發(fā)展做貢獻。

參考文獻

[1] 王佳良.低壓供配電系統(tǒng)在高層建筑電氣設(shè)計中的安全性分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2017（7）：2030.

[2] 張菁，章文俊，單鴻濤.高層民用建筑中的供配電系統(tǒng)設(shè)計[J].上海工程技術(shù)大學(xué)教育研究，2016（2）：36-38.

[3] 翟新帥.高層建筑電氣設(shè)計中低壓供配電系統(tǒng)安全性的考慮[J].工程技術(shù)（文摘版）·建筑，2016（2）：85.

[4] 丁彩紅，陳兵.市政工程低壓配電設(shè)計常見問題及策略[J].低碳世界，2017（2）：101-102.

[5] 黃鳳玲.市政隧道工程中供配電系統(tǒng)特點及電氣設(shè)計探討[J].科技經(jīng)濟導(dǎo)刊，2017（17）：112.

[6] 梁武舉.高層建筑電氣工程供配電系統(tǒng)設(shè)計分析[J].城市建筑，2017（2）：133.