关于高速公路隧道供配电系统设计的问题探讨

白 涛

吉林省交通规划设计院 吉林 长春 130021

做好高速公路隧道供配电系统设计是一项惠及民生的重大福祉工程,相关技术人员应当在前期充分调研实践的基础上展开科学分析,结合地区地理环境特点,确保每一道工序都符合国家的规范标准。这些年来,随着科学技术的日新月异发展,我国高速公路隧道供配电技术有了很大提升,以及接近世界先进水平,但是还是暴露出了不少问题,需要从思想上高度重视,严谨对待,及时纠正,从而更好地发挥高速公路的功能设计,为市场流通以及交通出行带来更多便捷。

1 高速公路隧道供配电系统概述

高速公路隧道供配电技术设计主要由三部分组成:（1）照明设计。作为系统设计的核心枢纽,也是最基本的功能保障,可以实现24小时供电照明服务,维持隧道全天候通车的照明需求,保证旅途运输不会因为外部光照的消失而受影响。但设计人员需要构建智能照明控制系统,防范系统过度运行产生的风险。（2）消防设计。主要涵盖必要的消防设备、器材以及供电回路设计。一旦无法预估的交通事故发生时,系统可以自动识别危险,及时转换线路,为消防设备单独提供电力补给。（3）通风设计。系统同时具备环境监测、风控、区域控制等模块,并配置有若干数量的传感器。传感器可以实时检测风力变化以及空气中一氧化碳浓度变化,及时作出反应,确保有害气态物质不形成聚集[1]。

2 高速公路隧道供配电系统方案设计原则

2.1 高度符合规范标准。隧道供配电设计关系着民生安全,所以对于选取的材料必须精细把关,必须各项指标符合国家规定标准。同时在具体施工环节,要尽可能选择节能环保的新型材料,防止产生环境危害。目前,设计高速公路隧道供配电系统方案时,为了让供配电系统运转更高效更持久,需要对可能出现的供电中断风险进行评估,这样也有利于对相关设备进行负荷等级划分。

2.2 保障照明科学设计。对于隧道供电设计而言,最消耗电力功能损耗最大的主要有通风设备,应急电力装置以及预警装置。隧道一级负荷主要有消防水泵、排烟设备和常见的照明设备,隧道二级负荷主要有射流风机、加强照明设备等。所以在管理设计环节,必须充分考虑这些因素的存在,结合国内外先进设计理念,不断规范管理设计程序,明确具体职责划分,推动理念改革的实施。

3 高速公路隧道供配电系统设计问题探析

3.1 变压器容量考虑不周全。现阶段,高速公路工程通常选择在隧道供配电系统中同时配置两台变压器,系统可以根据实时数值自主预估最大承受能力。如果一台变压器因为故障停止运转,那么所有的运载工作量将会自动集中到另一台变压器。但是这种规律和机制并不是一成不变的,主要受到不同时段不同区位交通运输量的影响。交通出行密集的时期,毫无疑问运载工作量相对变得繁重,变压器的抗压能力随之受到考验。同理交通运输压力不大时,系统工作量相对轻松,变压器运转空间更加灵活。但是不能掉以轻心的是,无论是工作量过大还是过低,都会对于设备造成一定程度的损耗,影响实际使用效率,甚至会缩短使用寿命。

3.2 低压电缆设计存在问题。从配电电缆设计角度来看,重点难点集中在电缆截面积的规划上。如果低压对应的电缆截面积过大,就会进一步把运输距离延长,与之对应的则是在长距离运输中损耗更多的电能,给实际支出成本增添不少的费用,也压缩了运输效率。同时,如果电缆材料的选择出现不合理不科学的状况,也会导致意外事故的发生,这种风险是难以避免的。

3.3 保护装置型号不匹配。为了让高速公路隧道供配电系统发挥最大的效能,为了防范未知风险隐患,就必须对变压器采取一定的保护措施。断路器是一种常用普遍的保护装置,其特点是稳定性能好,但是价格比较昂贵。如果仍然沿用过去的模式,把断路器作为主要防护装置加以使用,不但不能全面激发装置保护作用,还会因为功能单一影响整个系统的有效运转,导致供配电系统容易因为细节故障出现整体失灵的状况,最终让防护变成空谈。究其原因,还是型号选择不匹配,没有精准对应[2]。

3.4 失压脱扣装置选择不合理。在部分高速公路隧道供配电系统设计方案中,选择配置低压断路器失压脱扣装置,从而在停电的状态下,整体线路不至于失控,电路供应不会中断,电力也能更加高效维护交通安全,最终创建安全交通出行的稳定态势。但是实际装备安装环节里,不合理的操作也会造成一系列问题,在停电环节带来实际影响后,失压脱扣装置、供配电系统并不能在强度负荷下自主恢复供电能力,还需要人力手工操作开关闸进行配合,但这明显出现一个时间差,中断的间隙也会影响电力传送质量和效率[3]。同时高速公路隧道设计一般都是在阴暗潮湿的环境下进行的,而在安装失压脱扣保护装置时,潮湿环境可能会对一些装备产生侵蚀作用,从而变相增加了维护成本,实际使用效率不高。

4 高速公路隧道供配电系统设计提升措施

4.1 明确变压器容量。（1）供配电系统设计中,既需要一台基础设备来保障正常电力运转的持续推动,也需要多台不同型号的辅助设备共同工作。当电力消耗不大时,只需要发挥基础变压器的基本功能,维持整体稳定即可。但是随着交通运输量变大,产生负荷过重时,就需要其他变压器互相配合,缓解主体结构的压力。这样不仅可以有效减少传输过程的电力损耗,也可以压缩运输成本,同时满足多元化的电力需求。（2）在供配电系统实际运行过程中,电动机的负荷数值也不是一成不变的,而是需要维持在一个相对平衡的动态区间。多台机器协同配合,将有助于维持电力消耗的稳定状态。对于设计人员来说,主要的工作就是通过分析数据变化,精准预测相关功能应用,选择适当的变压器额定负载率[4]。

4.2 合理选择变压器保护装置。在隧道供配电变压器保护装置设计环节,可选择配置负荷开关、高压熔断器、限流熔断器等保护装置。与传统保护装置相比,这类装置的功能更加齐全,系统安全稳定性也更强,能够更加及时地对线路中出现的故障做出回应,防范细小风险的扩散,及时切断线路隐患,维持运转机制的稳定。比如,电力运转工作环节中突然出现短路的问题,熔断器会迅速产生保护措施,将发生故障的线路同其他安全线路以及机械设备隔离开来,让风险压缩在细小空间里。设计人员要充分考量工作实际,在规格型号以及性能上做出最准确的选择。设计人员可选择在电力线路中配置保护,这样一来,即使意外停电也不会造成很大困扰,系统能够自我优化,阻断故障电路的电力消耗,保证主电力线路的稳定运行、集中供电,还可以彻底解决失压脱口装置潮湿易损、无法自行恢复电力负荷等设计问题[5]。

4.3 电缆截面积取值。低压配电缆的设计是一个精细考究的过程,需要充分进行大量的模拟实验,发现每一种完美匹配的可能性,对具体消耗的种类和数值进行细分,并基于发热条件开展截流量多元化分析工作,测试设备的灵敏反应能力,以此划定电缆截面积的大体范围。同时,还要保持整体的收支平衡,在消耗最低的基础上测算电力峰值,构建经济型运转机制,同时根据实际运转情况,综合考量多维度影响因素,在成本节约上做出创新,明确电缆截面积最优值。设计人员还应考虑电压压降问题,隧道设计通常距离比较远,需要远距离操控电力流动,需要合理设置平衡点,综合考量电压承受能力,尽可能减少导体材料消耗。此外,还要做好电缆选材工作,在客观外部条件满足的状态下,使用性能好、安全性高的清洁型材料。

4.4 应急电源不可或缺。应急备用电源虽然不会经常使用,但是却是高速公路隧道供配电系统不可或缺的一个设计环节,需要综合分析电源特点、系统电力负荷波动情况、应急供电时间等因素,选择性能最优的参数型号。应急供电通常发生在时间紧任务重的突发状况下,所以不可粗心大意,可以组合设计,将不同型号模式结合在一起,发挥两种以上的独立电源的功能最大化,更加有备无患。这种情况下,即使一个备用电路损耗了,另外一个电路也能不受影响,维持整体安全稳定,不给交通运输造成拥堵。应急电源设计上,也要注重蓄电量的充足,能够更持久发挥功效。

5 结语

高速公路隧道安全供配电系统的设计是一项意义深远的伟大工程,必须因地制宜,具体情况具体分析,根据实际施工状况以及地理环境特征,全面提升供配电系统设计的科学性、安全性和经济性。同时在优化设计领域要敢于突破和创新,全盘考虑,多设计几种方案,不断试验,经过测试后选择最佳方案,以实现隧道系统供配电系统正常运行,为社会主义新中国经济腾飞贡献力量。