浅析公路交通工程供配电系统设计与新技术应用

1、浅析公路交通工程供配电系统设计与新技术应用摘要：公路交通工程系统中，有着自己独特的供配电系统设计要求。设计要求不同于一般的供配电系统内容，有其自身的特点，对电气设备的要求也有所要求。本文对交通工程系统中的供配电系统自身特点作以介绍，并对在交通工程供配电方面应该重视的一些问题进行探讨。并介绍相关的新技术内容。关键词：交通工程；供配电系统；新技术1设计规范 交通工程供配电设计规范为建设部和交通部出台的有关设计规范和标准。其中建设部颁布的规范为强制性国家标准，为设计的基本原则。交通部的有关文件是行业指导意见，主要是具体针对交通工程设计内容，包括各阶段设计的目的、要求、说明、图纸、表格和内容。 (1)

2、目前由建设部出台的供配电设计有关的主要标准和规范是： 低压配电设计规范（GB5005495）；10kv及以下变电所设计规范（GB5005394）；供配电系统设计规范（GB500522009）；3.6kV-40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备（GB3906-2006）。 (2)目前由交通部出台的与交通工程供配电设计有关文件是： 公路工程基本建设项目设计文件编制办法（交公路发358号）；公路建设市场信用信息管理办法；公路隧道通风照明设计细则；交通工程供电技术要求；其中交通工程供电技术要求为根据全国交通工程设施（公路）标准化技术委员会公布的标准项目情况汇总，已纳入近期计划出台的相关标准。 2负

3、荷分级 根据对供电可靠性要求及中断供电在政治、经济上所照成的影响，用电负荷共分为三级，但有关交通工程设备的负荷分级、分类在一般电力设计手册中未见叙述。因此可根据对交通工程设备实际使用情况和相关设备在交通工程系统中的作用，通常将有关设备的负荷分级如下： 一级负荷 收费岛和收费车道设备、收费亭照明、应属于一级负荷。对于管理楼中的部分重要房间，如值班室、财务室、收银室应属于一级负荷。各级通信系统、收费系统、监控系统设备，机房电源应属于一级负荷。 二级负荷 管理区内建筑物的照明用电、收费广场照明、收费大棚属于二级负荷。 三级负荷 其它的各种负荷属于三级负荷。 3主接线形式 目前交通工程设计任务一般可分

4、为以下几类：高速公路、大型桥梁、隧道。 3.1高速公路 在高速公路交通工程中，其变电站一般设置在管理中心、收费站、服务区或养护工区内，变电站间隔为2030km。每个变电站内均有三种类型的负荷存在。为保证高速公路特有的重要一、二级负荷的供电，按规范要求应采用两路独立的电源供电，但一般高速公路沿线较难在各点都取得两路独立的电源，并且还需投入大量的资金架设双电源线路，因此目前变电站的典型配置为采用以一路外接10kv电源作主电源，并在低压侧配备自启动柴油发电机组以满足一、二级负荷的供电要求。考虑到自启动柴油发电机从启动到以额定功率运行，需60秒以上的时间，所以对通信、监控、收费等系统的重要设备，要求各

5、个分系统在重要设备前设置ups，以真正保证一类负荷的用电需要。 3.2大型桥梁 目前大型桥梁的主桥跨度一般在1000米左右，用电设备较多。除通常三大系统的设备外，还有航空灯、航标灯、主塔电梯、结构内部照明、塔和缆的景观照明等设备。在钢结构大桥中，还可能有内部除湿机系统。这些设备的功率、使用时间、同时系数各不相同，总负荷较大。大桥变电站一般在两岸各设一座或二座，采用两路10kv进线的双电源外线方式，10kv侧采用单母线分段，0.4kv侧采用单母线分段方式运行，将负荷按不同的负荷等级安排相应的低压柜内，以满足一、二级负荷的供电要求。在高低压侧均设置联络柜，正常时高、低压母线分段运行。并在低压侧配备

6、自启动柴油发电机组。 3.3隧道 隧道一般不独立出现，当其作为高速公路中的一段或大型桥梁的接线时，可参考以上内容进行考虑。 4主要设备选择 交通工程供配电设计中的变电站规模一般不大，主要电气设备包括变压器、高压柜、低压柜。各种电气设备和载流导体虽然由于用途不同而具有特定的参数，但是它们却具有共同的特点，就是承受电压和电流通过，因此它们存在共同的基本要求： 1）在正常工作电流长期通过或短路电流短时通过时，发热温度都不应超过允许限度；2）能承受短路电流所引起的电动力；3）具有一定的绝缘水平，能承受运行中的长期工作电压和可能发生的短时过电压。 4.1变压器 变压器按其绝缘的种类可分成三类：(1)液体

7、绝缘变压器；(2)固体绝缘变压器；(3)气体绝缘变压器目前使用较多的类型是油浸式低损耗变压器和环氧树脂浇铸式变压器，选择类型时可以根据变压器设置环境和投资规模综合考虑。目前使用较多的类型是S11系列油浸式低损耗变压器和SC系列环氧树脂浇铸式变压器，选择变压器一般应从变压器容量、电压、电流及环境条件几方面综合考虑。其中容量选择应根据交通工程中用电设备的容量、性质和使用时间来确定所需的负荷量，以此来选择变压器容量。在正常运行时，应使变压器承受的用电负荷为变压器额定容量的75%90%左右，达到变压器的最佳经济运行点。设备投入运行后，如果实际测出的变压器承受负荷小于50%时，建议更换小容量的变压器。

8、4.2高压柜 高压柜根据主变压器的容量进行选择，当单台变压器的容量在400kva以上时，一般选用中置柜配合真空断路器。当单台变压器的容量在400kva以下时，一般选择以负荷开关与熔断器相配合的环网柜。目前应用较多的是KYN式中置柜。每一种开关柜，其回路方案号有几十种甚至上百种，可根据主接线方案选择相应的开关柜回路方案号。在选择二次接线方案时，应首先确定是交流还是直流控制，然后再根据柜的用途以及计量、保护、自动装置、操动机构的要求，选择二次接线方案编号。但要注意，成套柜中的一次设备，必须按上述高压设备的要求项目进行校验合格才行。 4.3低压柜 低压柜目前以抽屉柜较为常用，其具有出线回路多，性能可

9、靠的特点。 5电气系统的运行方式 在电气设计手册中规定：我国35kv及以下配电网为中性点不直接接地系统，即小接地电流系统。在交流电气装置的过低压绝缘配合中规定：当电网的电容电流小于30a时，中性点可不直接接地。我国目前大部分的10kv变电站设计也是按此项内容执行。在电业操作规程中，也允许10kv中性点不直接接地系统2小时的带故障运行。因此目前大部分的10kv变电站的电气系统为中性点不直接接地系统。 我们在设计中发现，交通工程配电系统中有其自身的一些特点： (1)管理区或收费站中的低压出线一般全部为电缆，没有架空线。而在全电缆配电网中，发生的接地故障一般为永久性的，需立刻切除，无需考虑故障自行恢

10、复和带故障运行的时间。 (2)交通工程外场机电设备除可变情报板外，其他设备，如车辆检测器、摄像机等设备为小容量的单相负荷，而且数量较多。外场机电设备的布置以在立交交汇处、匝道进出口附近较为密集。此处通常距离收费站变电站位置较远，导致对其供电的电缆线路较长。当电缆末端发生的接地故障时会产生弧光接地过电压，导致电弧不易熄灭。此种情况下，若系统继续运行则对电网设备的整体绝缘要求较高，故障电流会使电缆的温度升高，并导致绝缘层的老化。所以应尽快切除故障电缆，缩短系统故障运行的时间。在与供电部门协商并综合考虑当地电网的接地情况，交通工程中变电站设计中如采用中性点经消弧线圈或小电阻接地方式运行，将更为科学、

11、合理。 6低压电缆的选择和保护 6.1低压电缆的选择 a、低压电缆出线一般选择vv型铜芯电缆；b、考虑到接地方式的不同，选择四芯或五芯等截面电缆；c、对高杆灯进行供电的电缆，若选用绿地直埋方式敷设，需选用vv22型铠装电缆；d、在对大桥主塔、钢结构箱梁等大构造物内部的设备进行供电的电缆，必须选择阻燃型电缆。 6.2低压电缆的保护 为在电气故障时，防止人身伤亡、电缆线路损坏和电气火灾，需在低压配电线路上设置保护，同时要注意上下级保护电气的动作应具有选择性。保护分为以下几种类型：a、短路保护；b、过负载保护；c、接地故障保护；d、在对大桥主塔、钢结构箱梁等大构造物内部的设备进行供电的电缆，必须分级

12、安装漏电保护装置，以防止电气火灾、人身伤亡事故的发生。末端漏电保护装置的灵敏度可定为30ma，上级漏电保护装置的灵敏度可定为200ma。 7供配电技术 7.1移动式变压器 为了把电力输送到公路交通工程的各个角落，变压器设备应运而生，同时变压器需要专门的维护，以保证最大程度的可靠性。但是，尽管这种设备设计完好、维护到位，还是不能完全避免故障的发生。一次严重的故障可以使变压器在几个月甚至一年内不能使用，必须重新更换或进行大修。在此期间，还需要给客户提供替换设备。解决这个问题的方法之一就是配置一台移动式变压器。这种移动式变压器很轻巧，可以通过公路整体运输或拆装运输，如果选择拆装运输，还能够快速组装并

13、投入运行。 7.2利用SVC抑制交通工程中的电压崩溃 最近，各地频繁的停电事故使人们认识到，许多交通配电系统中，受到投资不足的困扰，并由于电力领域的放松管制引发的角色与规则的不确定性使情况进一步恶化。例如，近年来，发电和输电企业的拆分，使电网公司不能再依靠发电厂获得无功功率，也就是说，输电企业必须自己提供无功功率（VAR）。为了维持稳定的电压，需要提供快速、充足的无功功率，尤其是感应电机所占负荷比例很高的时候。 7.3集成安全系统，有效保证安全性 在公路交通工程中，安全是任何时候的头等大事，人员伤亡更是令人无法接受。但是，安全的含义可能并不仅仅局限于对人员和设备实施必要的基本保护，如与安全相关

14、事件的负面宣传可能会对相关企业造成极其深刻的影响，在某些情况下，甚至会影响到整个交通行业。随着交通系统规模的不断扩大，使用不同制造商提供的不同控制系统，这就给保证整体安全水平提出了挑战。未来的安全系统不再是一个“附带”系统，虽然在设计和供应方面与其它系统分开在不同的工厂或工艺过程进行，但理应成为其集成的一部分。 8新技术的应用 随着交通工程建设的蓬勃发展，建设方对公路硬件的要求也逐步提高。尤其是靠近城市的快速干道、特大型桥梁、沿海地区交通量大的高速公路上要考虑采用全线照明方式的可行性；有些大型桥梁上设置景观照明系统和灯箱广告、在主塔内部安装观光电梯等。这些需求都对供配电系统设计提出了新的要求。

15、 众所周知，高速公路对道路照明和沿线监控外场设施的供电范围是带状的，为解决压降的影响，传统的解决方法是：沿线每隔12km设置一座照明专用箱变或杆上式变压器来解决。但不能满足交通工程系统配电的集中控制、集中管理的要求，这在特大型桥梁、对景观和环保有要求的地方矛盾就比较突出。 采用中压6kv电能传输系统也许是一种较好的选择，该系统主要由升压(或降压)站、埋地式特种变压器和防水防渗中压电缆专用插头组成。由于其特制的埋地变压器的防护等级高，配件采用插拔式结构；所以其在供电可靠性、一次投资经济性、施工的方便性、保护的完备性方面比常规10kv系统有较大的优势。 目前该项技术已在全国多项工程的高架照明等重大工程项目中成功使用。为今后高速公路、特大桥、隧道等长距离供电设计提供了有益借鉴。 结束语 交通工程系统中的供配电系统设计既不同于工矿企业的供配电设计，也与电力系统内部供配电设计有所区别，有其自身的一些特