公路远程供电方案选择

王武岗

（河南省交通规划勘察设计院有限责任公司，河南郑州 450052）

公路远程供电方案选择

王武岗

（河南省交通规划勘察设计院有限责任公司，河南郑州 450052）

结合高速公路设备用电需求，通过对传统的供电方案与分布式智慧节能供电方案的对比分析，确定高速公路设备的最佳供电方案。同时以12公里高速公路设备供电为例，分别采用传统10KV供电和分布式智能供电两种方案进行供电，并对两种方案进行对比分析。

高速公路；绿色低碳；分布式智能供电

党的十六届六中全会提出建设“资源节约型、环境友好型”社会的要求，党的十八大提出将生态文明纳入“五位一体”的总要求中，将“绿色发展”提到前所未有的高度。新形势下，交通运输部决定开展绿色低碳公路主题性试点工作，进一步推动公路交通的绿色发展、低碳发展。

三门峡至淅川高速公路（以下简称三淅高速）作为重要的能源运输和旅游观光通道，同时项目施工难度最大、桥隧比高（58.58%），沿线环境敏感度高，具备中部山区高速公路的典型特征。以三淅高速作为绿色低碳试点，通过全方位、全过程贯彻绿色低碳理念，探索绿色低碳公路的建设管理经验。秉持这一理念，三淅高速不仅将被建成“感知公路”、“数字公路”和“智能公路”，同时还在全线桥梁实施黄光LED雾灯，在跨河桥梁下建设桥面径流净化与事故应急系统。为保证这些感知设备、数字设备、智能交通设备、环保设备的有效供电，本文从供电可靠性、维护难易等方面进行分析比较来确定一种高效可靠的供电方案。

1 供电方案分析

1.1 低压380V直接供电方案

低压380V供电系统，即通过变电站低压配电柜向外场设备直接供电，供电距离一般在4km以内[1]。为了保证长距离供电远端设备的用电质量，经常会采用增大电缆截面积的办法。此方法可以提高供电能力，但是也会快速增加电缆成本，具体方案如图1所示。

图1 低压380V直接供电方案系统图

1.1.1 方案优点

（1）供电电缆和设施要求耐压等级低，较经济。（2）建设和维护成本较低。（3）设计施工难度适中。

1.1.2 方案不足

（1）传输距离短（一般在4km以内），供电能力弱。（2）由于系统内为三相电压，因此负载端需要三相平衡。（3）电缆成本根据传输距离和负载情况变化幅度较大。

1.2 高压10kV间接供电方案

高压10kv间接供电方案，从变电所高压柜引出10kv电压传输至负载较集中的位置，通过变电箱变压至380V向附近的负载供电。具体方案如图2所示。

图2 高压10kV间接供电方案系统图

1.2.1 方案优点

（1）传输距离远（一般在10km-14km范围内）。（2）供电能力强。

1.2.2 方案不足

（1）供电电缆和设备耐压等级要求高，造价成本高。（2）设计和施工难度较高。（3）由于10kV电压通过变压器降压为380V后，仍需要通过电缆传输至附近用电点，因此需要敷设10kV等级和1kV等级两条电缆，造成电缆重复敷设。（4）负载端需要三相平衡。（5）为保证用户端不对电网产生影响，需要配置昂贵的隔离变压器。

1.3 升降压660V供电方案

660V升降压供电方案，在变电所设置升压变压器，将380V升压至660V，传送至负载较集中的位置，再通过降压变压器降压至380V向附近的负载供电。具体方案如图3所示。

图3 升降压660V供电方案系统图

1.3.1 方案优点

（1）相比10kV供电方案，供电电缆和设备耐压等级要求降低，较经济。（2）相比10kV供电方案，设计和施工难度降低。（3）相比380V供电方案，供电距离长，供电能力强。

1.3.2 方案不足

（1）与10kV方案相同，电缆需要重复敷设，负载端需要三相平衡。（2）只适用于中距离（一般在4km-10km）、中等负载容量供电，长距离、大容量供电能力不足。

1.4 风光互补供电方案

风光互补供电方案在风能或太阳能较为充沛的地方比较适用，系统使用中无污染，维护简便，能源丰富[2]。系统图如图4所示。

图4 风光互补供电方案系统图

1.4.1 方案优点

（1）系统使用中无污染。（2）无需繁杂布线。（3）能源丰富。（4）维护简便。

1.4.2 方案不足

（1）供电能力有限，太阳能转化效率低。（2）使用范围受限。当地年平均风速大于3.5m/s，同时年度太阳能辐射总量不小于5 000MJ/m2是风光互补发电系统推荐使用区。（3）设备造价昂贵。（4）蓄电池寿命极短，维护成本高[3]。（5）太阳能板、蓄电池等设施易被盗。

1.5 分布式智慧节能供电系统

采用三相380V输入，采用IGBT作为主要功率元件的大功率逆变技术，将三相电转化为单相电，并通过上端电源柜输出单相3.3KV（660V～10kV可选）电压。通过电缆将电力输送到各用电点。在用电点（一个、多个或串型用电点）再通过下端电源箱将3.3KV电压转变为220V电压向负载供电。具体方案如图5所示。

图5 分布式智慧节能供电系统方案图

1.5.1 方案优点

（1）传输距离远（4～30km）。（2）经济实用，由于采用单相电压输出，可减少电缆芯数，降低电缆造价。（3）单相电压输出，负载端无需三相平衡。（4）供电质量稳定，由于采用3.3kV电压传输，线路压降小，电压稳定。（5）良好的防雷击功能。可配备冗余回路，实现容错设计，可以有效抵御雷击过电压。（6）线路电压可调。根据外场负载设备，可选择660V～10kV电压进行传输。（7）下端电源箱输出回路电压可控、可调。下端电源箱可输出多个回路，可对每个回路进行开关、调压操作。（8）上端电源柜可同时接入多路市电，可同时接入柴油发电机等应急发电设备。（9）上端电源柜可配置蓄电池，实现不间断智能供电和应急供电功能。（10）上端电源柜通过CPU处理模块将用户侧与电网侧隔离，防止用户侧用电对电网的影响，同时防止电网侧的浪涌电流对用户用电设备的冲击。（11）上端电源柜可对系统进行功率因数补偿，有效提高系统功率因数，节省电能。

1.5.2 方案不足

（1）不宜对距离短且成放射状的设备供电。（2）下端电源箱无法提供三相电源。

2 供电方案对比

根据以上分析，本文对各供电方案的优缺点进行对比，具体结果见表1。

表1 高速公路供电方案优缺点分析对比表

根据对比表1可知，分布式智慧节能供电更适合于负荷沿高速公路呈带状分布，用电设备远离供电点，且电负荷为单相负荷，如情报板、摄像机、微波车辆检测器、气象检测器等。

3 案例分析

以12km高速公路全程监控进行方案对比，监控摄像头间隔1km，路段内还有门型情报板、F型情报板、超速抓拍、车辆检测器等设备[4]。

3.1 分布式智慧节能供电

图6 分布式智慧节能供电系统方案案例图

3.2 传统10KV供电方案

图7 传统10KV供电方案案例图

3.3 方案对比分析

传统10kV供配电系统制造电缆共需用铜9.79吨，智慧节能供电需用铜1.41吨，节约铜比例为85.6%。智慧节能供电也能更好地保证3相负载平衡，较高的功率因数，凭借其较高的智能化程度，能更好地保证电源质量，达到节能减排的效果。

表2 供电方案电缆用量对比表

[1]中国航空工业规划设计研究院工业与民用配电设计手册（第二版）[M].中国电力出版社，2005：57-60.

[2]沈辉，曾祖勤.太阳能光伏发电技术[M].化学工业出版社，2005：187-205.

[3]（澳）D.A.J.Rand（美）P.T.Moseley阀控式铅酸蓄电池[M].机械工业出版社，2007：154-264.

[4]河南省交通规划勘察设计院有限责任公司.三淅高速公路西坪至寺湾（豫鄂省界）段机电详细设计[M].2013：1.

TM76

A

1003-5168(2014)04-0050-03