中压供配电在道路照明中的应用

任福学 王居东

随着道路桥梁的迅速发展,道路桥梁照明的灯具技术、光源及配光技术、控制技术等也在不断进步。长距离、多模式的道路桥梁照明不仅对光源、灯具和控制提出了安全、可靠、高效、节能、美观、长寿的技术要求,同时对供配电系统也提出了新的要求。

一、道路照明的特点

道路照明主要包括道路桥梁营运时的路灯照明、人行道和地下通道照明、立交桥和广场高杆灯照明、桥梁的景观照明、公益和商业广告照明、特殊结构的内部照明等。这些照明的合理设置能提高道路桥梁的使用效率,减少交通事故,减少犯罪率,便于道路桥梁的维修和维护。桥梁的景观照明,能充分展示路桥建筑的特点,美化城市,并成为现代化城市的标志。在这个意义上,道路桥梁照明也反映了城市的综合经济发展水平。

道路桥梁照明的电负荷特点是:集中负荷较小,灯具分散,供电距离较长,存在跨越两个供电区域的问题,给电源供电和用电管理造成一些困难。另一方面,由于是多渠道投资,业主又希望在投资的道路桥梁区段实施封闭的集中控制和管理。

二、道路桥梁照明对供配电的要求

道路桥梁照明的最初形式是白炽灯和低压电网,这种方式只适于短距离供电。随着桥梁跨度加长,道路等级提高,车流量增大,道路桥梁照明对灯具提出了新的要求:1.应用高效光源,提高灯具效率;2.长寿耐用,有利环保;3.提高功率因数,节省能源。促使一些光学性能好,发光效率高的灯具(例如高压汞灯、金属卤化物灯、高效荧光灯等)大量应用。这些灯具也引入了一些附加装置,例如电感器、电容器、起动装置、调节器和控制器等。

在选择供配电方式时,需要综合考虑以下问题:1.照明需要稳定无波动的电压;2.比较长的供电距离,而且负荷是在整个长度内分布;3.灯具开启时冲击电流比较大;4.灯具在使用过程中也会出现过电流现象;5.一些灯具(光源和附属装置)对温度、湿度和振动变化反应敏感;6.道路桥梁上安装供电设备的空间和环境受到限制;7.长距离监测和控制。

在上述条件下,若仍采用低压供电网供电,由于变压器的电压降和沿电缆长度的电压降,会造成较大的供电线路压降。实用中会造成变电站数量的增加和电缆线径的增加。通常情况下低压供电半径限制在500M长度内,10KM长的道路桥梁在10KV的供电网中,需要10座10 000/380V的变电站,由此伴随着投资和营运综合费用的提高。 在这种情况下,一方面要利用先进的照明技术,使用权用高效节能灯具,另一方面也要有实用的供配电系统,满足道路桥梁的照明要求。

三、中压系统

为了综合解决道路桥梁照明的供电问题,设计施工人员在10KV以上和220/380V之间提出了“中压”传输的概念。基本思路是通过选择“中压”(实际上是较高的电压,通常是3.2KV或5.5KV )供电,来减小供电电缆的线径,降低投资;而所选的电压值又大大低于10KV ,不至于因电压等级高而过量增大电气设备制造、安装、使用方面的费用和保护控制的复杂程度。通过这一电压等级将电源送至负荷附近,通过降压直接供给照明,减小了供电半径,也提高了电源质量。这样10KV的供电电网中, 只需一座10 000/

5 500V的变电站,加上20台可在恶劣环境下使用的降压变压器,由于供电半径小可提高供电质量,还可节省配电房管理和粗电缆方面的投资。

系统的组成是:

1.从区域电网采用单支线路或双回线路供电;

2.在主变电站通过变压器将区域电网电压变为中压,并经输出保护装置输出;

3.在负荷处用专用变压器将中压变为低压,直接供给照明。

为了适应户外条件,特别是恶劣环境,国外开发了系列用于照明,能在恶劣环境下工作的小容量埋地变压器。这种用于中压系统的专用变压器有以下特点:1.能空载调压。利用手动抽头转换装置空载调压,使供电电压与灯具所需電压适配。2.有载自动调压。能自动补偿电网电压的变化。3.采用专门的过载保护装置。利用接触式温度计、热动开关、与继电器组合的温度传感器埋在变压器绕组中,测量绕组温度,并进行保护。4.干式环氧树脂浸渍,绕组通过弹性压紧器固定安装在铁芯上。初级或次级连接可以是双头螺栓或插入式连接。

这种变压器具备良好的机电强度、耐电弧强度和耐火性能,对湿度环境敏感性低,振动和噪音较小,安装连接方便,热保护和过载保护性能好,可靠性较高。且具备防水、可浸水、防腐蚀功能,可在较恶劣环境下使用。但是,这种变压器也存在一次投资大,负荷容量小,电能量效率低的缺点,只适于分散容量小的照明供配电。在长距离照明供电中,中压供电长度理论上可达20KM。在此范围内具备免维护、可扩展特性。

四、中压系统在道路桥梁照明工程中的应用实例

近年来,中压供电传输已应用于国内道路桥梁照明,其中具代表性的有江阴大桥及两岸的广靖高速、锡澄高速、重庆黄花园大桥、南京长江二桥、重庆长江鹅公岩大桥等道路桥梁工程。

在上述道路桥梁工程中部分或全部使用了中压供电,各有其特点,方案比较和效果反映出应用中还有一些不完善的地方。但中压供电形式的确适用于较长距离的道路 桥梁照明,特别是路灯照明。如果变压器容量选择适当,还可以对桥梁的其他机电设备供电。

五、选用中压供配电及选用时考虑的主要因素

中压供配电在道路桥梁照明中应用有一定的积极意义,并已被证明是长距离分散荷载条件下供电的有效方式。中压系统中的专用埋地式照明变压器主要适用道路桥梁中的路灯照明,不适应于对较大的集中负荷供电,在这些情况下,宜选用容量较大的中压变压器。在强调中压供配电在道路桥梁照明应用和中压专用变压器便于安装,免维护等优点时,不能忽视10KV /5。5KV变压器的变比小,不是理想的变比选择,小容量变压器投资较高,效率较低,运行损耗相对较大等弱点。在选择是否应用中压供配电,或如何应用中压供配电进,一定要进行认真的综合技术分析和投资分析,主要考虑的因素有:1.道路桥梁的结构状况;2.道路桥梁初选的照明方案;3.周围供电区域情况;4.变电站、设备、电缆及安装敷设的一次性投资费用,以及能源消耗、损耗和设备维护、管理的营运费用。在这个基础上考虑是否应用中压供配电,或是部分应用中压供配电及采用何种实施方案。□

(编辑/穆杨)