特长隧道供配电系统方案优化设计

凌 虎 （安徽省交通控股集团有限公司，安徽 合肥 23005）

近年来，随着我国经济的快速发展，全国高速公路网也加快了建设的步伐，随之出现了越来越多的隧道群、特长隧道，如何更好地保障隧道营运安全，一直是公路隧道设计和营运中需要考虑的首要问题。公路隧道是一个封闭的环境，营运环境较为特殊，通风、消防、照明、监控等配套设施是保障隧道安全运营的基础设施，因此为这些负荷提供安全可靠的供电显得尤为重要。本文结合隧道供配电系统特点，在不大量增加设备的前提下，通过优化隧道内供配电方案，提升了隧道机电设施供电可靠性，有力保障了隧道营运安全。

1 隧道概况

桃墅岭隧道是安（庆）景（德镇）高速公路重点控制性工程，位于皖赣两省交界处，由两省共建共营。设计为分离式隧道，左线全长3014m，右线全长3032m，左右线均为特长隧道，其中安徽段左线长2275m，右线长2408m，是皖赣经济大动脉的真正咽喉地带。隧道按照省界进行划分管理，隧道内的供电以省界分界点为界，各自引入当地电网的电源为隧道内设备供电，其中安徽、江西均在各自省界内设置1个配电房。隧道内左右洞均设置通风、照明、监控、消防等机电设施。

2 隧道供电特点

①考虑两省分属不同的省电力公司，且考虑各方因素，未采用跨省环网供电形式。

②安徽段隧道由安徽供电，供电点为供电线路最末端。为保证末端供电电压稳定，采用室外变压器给隧道洞口供电、室内变压器进洞给洞内地埋变，再对各用电设备进行电力分配。

③发电机房设置在隧道外，自发电经室内变压器升压到10kV给隧道设备供电。

④考虑成本及供电可靠性，供电接线采用树干式接线。

3 隧道用电负荷及性质分类

建设期根据相关设计规范及隧道特点主要设置有：隧道照明用高压钠灯灯具、运营通风用射流风机、交通监控及通信设备、消防、应急电话及广播设施、其它用电设施。隧道电力负荷应根据供电可靠性和中断供电在社会、经济上所造成的损失或影响程度确定负荷等级。桃墅岭隧道重要电力负荷的分级见表1。

桃墅岭隧道重要电力负荷分级表 表1

4 桃墅岭隧道建设期供配电设计方案

隧道供配电形式主要有3种：一种是放射式供电，供电可靠性高，故障发生后影响范围较小，切换操作方便，保护简单，便于自动化，但配电线路和高压开关柜数量较多；一种是树干式供电，配电线路和高压开关柜数量少，节约电缆，但故障影响范围较大，供电可靠性较差；一种是环形供电，从两个方向获得电源，将供电网连接成环形，供电可靠性高，但供电切换较为复杂且地域协调难度大。

桃墅岭隧道横跨皖赣两省，无法采用环形供电方式，桃墅岭隧道（安徽段）外设一座10kV变电所，隧道内供电方案采用树干式供电，隧道内左右洞各敷设1根风机10kV电缆和1根照明10kV电缆，相互独立。根据照明、风机等机电负荷和供电半径，左右洞隧道内分为3区段供电：第一区段由洞外变电所输出直接供电；第二、三区段设地埋变，对所属区段的照明、风机等机电设备供电，备用电源为隧道外变电所内的柴油发电机经过升压变压器输送10kV电源供应隧道内应急设备用电。由于10kV高压电缆均为1根，且无备用电缆。进行地埋变及电缆线路检修及日常维护时，相应地埋变及线路负荷将无法供电工作，如其中一根电缆或地埋变发生故障停止供电时，短时间内无法修复，机电系统将瘫痪无法使用，轻则影响隧道内车辆的通行效率，重则影响隧道内人员和车辆的人身财产安全。

隧道供配电系统方案优化简单示意图

5 供配电设计方案优化

为保障照明、风机等负荷均能够稳定正常运行，当任一回路因发生故障停止供电时，另一回路能担负相应负荷供电，隧道内供电方案优化针对第二、三区段供电，由就近风机地埋变经低压配电柜输出电缆至附近照明地埋变处，设置低压切换柜，当照明地埋变、风机地埋变或其供电电缆故障受损断电时，通过切换柜人工切换由风机地埋变供应照明地埋变带照明负荷或由照明地埋变带风机地埋变负荷，互为备份，一方面有利于地埋变或电缆检修，一方面当地埋变或电缆故障时能迅速切换保障相应负荷供电正常。该设计方案已于2014年12月实施，该项目投资金额小、新增设备少、实施过程中未影响营运路段正常通行，获得了有关单位一致好评。2016年10月，因照明地埋变故障导致桃墅岭隧道江西至安徽方向洞内无照明，电工迅速到达现场通过切换将相应照明负荷接入风机地埋变，隧道照明短时间内恢复，保障了隧道营运安全有序。具体供电方案优化设计图如下图所示。

由图可知，1个风机地埋变供1个照明地埋变相应负荷供电，中间通过切换开关进行供电切换（图1虚线为相应增加供电线路）。

6 结论

特长公路隧道的供电方案一直以来都是设计评审专家们关注的焦点之一。安全、可靠的供电方案是确保隧道良好运营的关键因素之一。对桃墅岭隧道供电系统实际运营特点，在做充分调研后，提出了将风机地埋变与照明地埋变互为备份的优化设计方法，在充分利用现有设备情况下，优化了隧道供电方案，解决了地埋变故障导致的隧道供电难题，使隧道得以安全、经济地运营和管理，也为以后工作提供更多的可借鉴的经验。