肯尼亚内罗毕快速路项目供电方案研究

何美华

（中交机电工程有限公司武汉设计院）

0 引言

中非“一带一路”战略在非洲肯尼亚快速发展，肯尼亚先后新建了蒙内标轨铁路、内马一期标轨铁路、奈瓦沙ICD集装箱等项目，有效解决了从蒙巴萨港口到首都内罗毕公路交通拥堵问题，实现了时间效益、经济效益的双提升。本项目为肯尼亚内罗毕快速路项目（Nairobi Expressway Project，Nep），为解决肯尼亚内罗毕的交通拥堵问题，本项目起点为Mlolongo东侧，终点为James Gichuru Road（Westlands Redhill Road Link），全长27.1km，全线共设置10处互通式立交，共25座匝道收费站，根据其建设规模，全线设置箱变为收费系统、通信系统、监控系统、生活办公系统及路灯供电［1］。由于快速路项目用电负荷呈条形带状分布，呈现沿线负荷小而分散、供电点多的特点［2－3］，提出了快速路电力贯通线集中供电方案，本文主要针对高压外部电源、区间负荷等级、压降计算等方面对区间箱变11kV电源供应的方案进行研究。该方案的实施，可减少与肯尼亚电力公司（KPLC）外部电源的接口，缩短外部电源施工周期，节约大量人力、财力和物力。

1 外部电源情况及区间负荷分布

据调查，NEP项目沿线外部电源相对匮乏，且当地11kV电力线路供电可靠性低，断电频繁，线路建设标准低，普遍采用木头杆，倾斜现象常见。根据现场调查，本项目全线附近共计3处11kV地方电源，暂未发现33kV电源，结合收费站出入口设置，本项目全线共设置19座收费站，收费站的里程、用电容量、负荷等级如表1所示。

表1 负荷分布及负荷分类

（续）

2 供电方案

区间负荷主要为一级负荷和三级负荷，其中收费系统用电、监控系统用电等属于一级负荷，其余负荷为三级负荷。一级负荷需要两路外部电源或一路外部电源＋柴油发电机进行供电，三级负荷主要由一路外部电源供电。

2.1 高压供电方案

目前国内外常见有分散式供电方案和集中供电方案。

（1）分散式供电方案

分散式供电方案适用于地方电网发达、电源接引点方便的情况。肯尼亚快速公路项目全长27.1km，共19座收费站用电点。若每一处需要从附近的地方11kV线路T接电源，一方面与KPLC接口谈判工作量巨大，施工进度难以保证；另一方面运营管理接口多，供电质量、可靠性及可行性均难以满足用户侧用电需求。

（2）集中供电方案

集中供电方案适用于地方电网分布不均，电力供应紧张的地区。结合肯尼亚地方电网分布在NEP项目附近的位置，拟在本项目中间位置接引一路11kV电源，靠近NEP红线位置设置一座中心配电所（一进二出），分别向本项目大、小里程两端供电，19座收费站设置箱变，同时，根据负荷的等级配置低压柴油发电机为区间用电负荷供电。集中供电方案适用于地方电力资源分布不均、电力供应紧张的地区，保证供电可靠性和电能质量，有效减少工期和外部接口数量。

（3）方案比较

从供电电源点数量、接线方式及可靠性、电能质量、施工工期等方面对比分散供电方案和集中供电方案，如表2所示。

表2 分散供电方案和集中供电方案比较

综合上述，考虑内罗毕快速路项目沿线电网情况，本次高压供电采用集中供电方案。

2.2 低压供电方案

考虑到收费站低压负荷有一级负荷，本项目在有一级负荷的收费站附近新建一座柴油发电机，为一级负荷提供备用电源，从而保证一级负荷供电可靠性，由于本次仅针对高压供电方案进行研究，故不对低压供电方案展开详细的描述。

2.3 供电线路选型

肯尼亚快速路项目与肯尼亚既有的道路（R8）相邻，故本项目的红线较小，且肯尼亚土地私有化严重，故本项目不适宜采用11kV架空线供电方式，为保证供电可靠性、可持续性，本项目拟采用11kV电缆供电，电缆的规格型号为FY－YJV22－8.7／15kV，电缆沿本项目的护坡边缘直埋敷设、过路或过水沟采用穿钢管敷设，桥上采用外挂电缆槽敷设。

3 压降计算

本项目结合肯尼亚电力公司在肯尼亚快速路线路附近的11kV电源分布情况，拟设置一处11kV中心配电所（一进二出），11kV中心配电所分别馈出两个11kV供电回路，分别为本项目大里程和小里程的11／0.4kV箱变供电，本项目全线供电示意图如下图所示，由于本项目线路较长，且分布在大、小里程的箱变等多个负荷供电点，根据电线压降计算公式（1）［4］，本次采用三相平衡负荷线路几个负荷用电负荷矩Pili（kW·km）表示，即：

图 供电示意图

式中，Δu%为线路电压损失百分数，%；Δup%为三相线路每1kW·km的电压损失百分数，%／kW·km；Un为线路标称电压，kV；R′X′O为三相线路单位长度的电阻和电抗，Ω／km；l为线路长度，km；P为有功功率，kW。

根据压降计算公式及查找的电缆参数，11kV中心配电所至每处11／0.4kV箱变处的压降如表3所示，11kV中心配电所至小里程末端最大压降为1.79%，至大里程末端最大压降为2.87%，均满足压降不超过额定值的±5%的要求［5］。本项目采用11kV高压集中供电方案、供电线路选型均满足全线供电要求。

表3 压降计算表

（续）

4 结束语

在高速公路及快速路管理过程中，机电系统正常运行发挥重要作用，为了保证肯尼亚内罗毕快速路（NEP）项目的出入口收费站的正常运行，本项目从肯尼亚电力公司接引一路11kV外部电源，设置11kV中心配电所，采用全电缆敷设方式为本项目高速收费站出入口11／0.4kV箱变供电，同时低压设置柴油发电机保证了本项目中一级负荷的正常供电，为肯尼亚内罗毕快速路项目机电系统运行的稳定性、可靠性、安全性提供了保障，以确保肯尼亚内罗毕快速路（NEP）收费站出入口收费系统的正常运行。本项目的研究成果可以为后续国外公路机电系统的供电方式提供重要的参考价值。