10 kV双电源自动切换装置在高速公路隧道供电系统的设计应用

刘如意

（广东博大高速公路有限公司博深分公司，广东惠州516100）

0 引言

博深高速银瓶山隧道由水涧山隧道和石鼓隧道组成，全长近7 000 m（其中左洞6 959 m，右洞6 963 m）。水涧山隧道和石鼓隧道之间的间距不到60 m，两隧道之间为两山之间的深谷，无法建造配电房，故在石鼓隧道大桩号端设置石鼓配电房，在水涧山隧道小桩号端设置水涧山配电房。水涧山隧道配电房专变负荷、水涧山隧道右洞埋地变负荷、石鼓隧道右洞埋地变负荷由110 kV沥林站10 kV水流线F24水库支线主供；石鼓隧道配电房专变负荷、水涧山隧道左洞埋地变负荷、石鼓隧道左洞埋地变负荷由110 kV约场站10 kV约银线F11长大支线主供。

两座配电房市电10 kV进线电源互为备用电源，原设计采用“手动联锁切换”装置，水涧山、石鼓配电房两个切换柜各安装一套两锁一钥匙装置，不能同时合闸。即两座配电房市电正常供电时，由另一座配电房引来的备用回路不能投入使用。如果一个配电房主用电源失压，则该配电房主用电源断开，通过“手动联锁切换”装置将另一座配电房引来的备用电源切入，保证供电。

由于两座隧道配电房相距较远（约7 km），备用电源无自动切换装置，故一旦停电，则需要专人人工合闸。隧道配电房距离管理中心较远，导致隧道停电时间较长（约40 min），给隧道交通安全带来了隐患。为缩短停电时间，减少人工操作安全隐患，确保隧道交通安全，迫切需要实现两座配电房供电电源之间的自动投切功能。

1 改造方案

本次改造设计方案是将原有两座配电房“手动联锁切换”装置更换为“电气/机械联锁”装置，以实现高压自动切换。二次自动控制采用PLC模块控制，PLC模块及开关电动机构由EPS电源供电。

（1）水涧山配电房：

拆除G2、G3柜的手动连接件，拆除原G4柜的断路器的出线，将G4柜改为备用柜。新增固定式切换柜G8和G9，其中G8是提升柜，G9作为切换柜。

（2）石鼓配电房：

拆除G2、G3柜的手动连接件，拆除原G4柜的断路器的出线，将G4柜改为备用柜。新增固定式切换柜G8和G9，其中G8是提升柜，G9作为切换柜。

（3）取消两座配电房断路器K11和K21之间以及断路器K12和K22之间的钥匙式机械联锁。

（4）对调石鼓配电房高压柜K21和K22开关的出线。水涧山配电房G9柜K11负荷开关出线经隧道左洞与石鼓配电房G5柜K22断路器连接；同样，水涧山配电房G5柜断路器K12出线经隧道右洞与石鼓配电房G9柜K21负荷连接。

（5）水涧山配电房新装的G9柜两台负荷开关K11和K13安装电气/机械联锁装置；石鼓配电房新装的G9柜两台负荷开关K21和K23安装电气/机械联锁装置。

（6）水涧山配电房和石鼓配电房改造后10 kV系统图如图1所示。

2 电气联锁控制方案

2.1 两座配电房之间各高压断路器的电气/机械联锁控制

水涧山配电房和石鼓配电房之间各高压断路器分合闸操作通过PLC控制模块对电气/机械联锁装置进行控制。PLC控制逻辑设置为主回路优先，确保恢复供电后的断路器状态恢复正常。两座配电房之间各高压断路器改造后分合逻辑如表1所示。

水涧山配电房和石鼓配电房市电正常供电时，配电房由市电10 kV线路供电，由另一配电房引来的备用电源不投入使用；当一座配电房市电停电，则10 kV电源进线断路器断开，主用电源断路器断开，备用电源断路器闭合，由备用电源供电；如果两路市电电源均失电，则两座配电房高压断路器最终维持市电正常供电状态。

2.2 水涧山配电房高压断路器之间电气/机械联锁控制

水涧山配电房内各高压断路器之间分合闸操作通过PLC控制模块对电气/机械联锁装置进行控制。PLC控制逻辑设置为主回路优先，确保恢复供电后的断路器状态恢复正常。配电房内各高压断路器改造后分合逻辑如表2所示。

水涧山配电房市电正常供电时，由市电进行供电，由石鼓配电房引来的备用电源不投入使用。此时各断路器闭合状态为：K10、K12、K13、K14、K15闭合，K11断开。

当水涧山配电房市电停电时，市电进线断路器（K10）断开，延时5 s确认时间后，主用电源断路器（K13）断开，备用电源断路器（K11）闭合，延时3 s后，其他断路器（K12、K14、K15）闭合，由石鼓配电房引来的备用电源投入使用。此时各断路器闭合状态为：K11、K12、K14、K15闭合，K10、K13断开。

图1 水涧山配电房和石鼓配电房改造后10 kV系统图

表1 水涧山配电房和石鼓配电房之间各高压断路器分合逻辑表

表2 水涧山配电房内各高压断路器分合逻辑表

水涧山配电房市电恢复供电时，延时5 s确认时间后，则市电进线断路器（K10）闭合，备用电源断路器（K11）闭合，其他断路器（K12、K14、K15）断开，延时3 s后，备用电源断路器（K11）断开，主用电源断路器（K13）闭合，再延时3 s后，恢复市电正常供电。此时各断路器闭合状态为：K10、K12、K13、K14、K15闭合，K11断开。

水涧山配电房市电停电，备用电源停电，水涧山配电房内各高压断路器恢复市电正常供电时的状态。此时各断路器闭合状态为：K10、K12、K13、K14、K15闭合，K11断开。

2.3 石鼓配电房高压断路器之间电气/机械联锁控制

石鼓配电房内各高压断路器之间分合闸操作通过PLC控制模块对电气/机械联锁装置进行控制。PLC控制逻辑设置为主回路优先，确保恢复供电后的断路器状态恢复正常。配电房内各高压断路器改造后分合逻辑如表3所示。

表3 石鼓配电房内各高压断路器分合逻辑表

石鼓配电房市电正常供电时，由市电进行供电，由水涧山配电房引来的备用电源不投入使用。此时各断路器闭合状态为：K20、K22、K23、K24、K25闭合，K21断开。

当石鼓配电房市电停电时，市电进线断路器（K20）断开，延时5 s确认时间后，主用电源断路器（K23）断开，备用电源断路器（K21）闭合，延时3 s后，其他断路器（K22、K24、K25）闭合，由石鼓配电房引来的备用电源投入使用。此时各断路器闭合状态为：K21、K22、K24、K25闭合，K20、K23断开。

石鼓配电房市电恢复供电时，延时5 s确认时间后，则市电进线断路器（K20）闭合，备用电源断路器（K21）闭合，其他断路器（K22、K24、K25）断开，延时3 s后，备用电源断路器（K21）断开，主用电源断路器（K23）闭合，再延时3 s后，恢复市电正常供电。此时各断路器闭合状态为：K20、K22、K23、K24、K25闭合，K21断开。

石鼓配电房市电停电，备用电源停电，石鼓配电房内各高压断路器恢复市电正常供电时的状态。此时各断路器闭合状态为：K20、K22、K23、K24、K25闭合，K21断开。

3 设备安装注意事项

所有设备必须进行进场验收，包括设备、出厂文件、合格证和各种认证标志等，然后按照要求进行现场交接试验。安装之前应检查埋设的基础型钢是否满足安装要求，各接地扁钢、接地线缆等接地系统必须有效连接，不得漏埋、漏接、假接等，电缆应严格按照施工规范要求压接。设备安装之前必须征得监理工程师的许可，电气设备安装应符合《电气装置安装工程施工及验收规范》相关内容的要求。

4 结语

本次改造设计是把高压双电源切换技术创新性地应用在高速公路隧道供电方面，通过定制的高压双电源自动切换装置将隧道两端配电房的两路独立电源进行了无缝切换，实现两路电源以互为备用的方式对整个隧道进行供电，极大地减少了隧道停电时间，有效提高了隧道供电系统的可靠性和安全性。本次改造设计方案应用于高速公路隧道供电方面在广东省为首创。此项设计方案为保障高速公路隧道的供配电稳定可靠提供了解决方案，对（特）长隧道的供电方式设计具有很大的借鉴意义和推广价值。