智慧供电在高速公路中的应用探讨

顾汶泰

（甘肃路桥飞宇交通设施有限责任公司，甘肃 兰州 730020）

高速公路智慧供电是指在高速公路上建立双向集成化通讯网络为基础，通过各项现代化的信息技术和控制方案来实现电网传输安全、高效和经济的目的，同时也允许各种能够满足高速公路使用需求的不同发电形式接入，以提高高速公路用电的稳定性。

1 智慧供电的特点

高速公路具有与外界城市中各个区域紧密相连的交通和信息网络，能够快速、高效地到达城市其它区域，实现各区域间经济发展的紧密结合和相互补充从而形成一个完整的经济体系。智慧供电是一种全新的高速公路供电模式，其主要作用是隧道监控和隧道照明供电的控制，该供电方式是通过上下端电源来实现供电系统的智能监控和控制，在现场部分设备不需要运行或降低光照度时，可以通过关闭部分回路或调节电压的方式来实现，达到改善设备功率因数及降低无用功损耗的目的。该供电系统是通过在隧道口设置智慧供电上端电源柜输出3300V和1000V电压至隧道内各下端电源柜，下端电源柜再将3300V和1000V的输入电压进行减压处理，使其转变为单项220V电压从而为监控设备、照明设备、动力设备系统供电，分布式智慧供电比起传统供电能够通过稳定电压和按需供电的方式来达到减少设备损耗、降低维护费用和提高设备使用寿命的目的。

2 智慧供电与高速公路相结合的方式

2.1 建立智慧供电方案

高速公路传统供电方案是从变电所将380V供电线路直接引至高速公路隧道内的低压配电柜中，并通过低压配电柜中的开关根据现场照明灯具的使用需求配置多条供电回路来进行控制，该供电方案需要在施工现场重复铺设大量4芯电缆，在造成电缆浪费的同时还需要考虑380V相间电压平衡问题。

高速公路智慧供电方案是在传统供电方案的基础上从以下几个方面进行了改进：（1）在变电所380V供电线路到高速公路隧道内低压配电柜进线端前方，增加了智慧供电上端电源柜将380V供电电压进行升压处理，有效降低远距离供电传输线路中线损。（2）从智慧供电上端电源柜采用单洞输出两条供电回路的方式至下端电源柜，该供电方式有效改善传统供电方式中大量、重复铺设4芯电缆的施工方式，一方面有效减少电缆的使用量、避免电缆的浪费、降低工程造价；另一方面有效解决了380V供电线路相间电压平衡问题。（3）在上下端电源柜之间的电源线路中带有通信功能，能够通过智能监控终端设备和下端电源柜对每一条输出回路的开关和电压进行调节，满足现场不同的使用需求。

2.2 智慧供电系统的优点

智慧供电系统与传统供电系统相比具有以下优点：（1）减少了电缆的使用量，智慧供电系统通过远程通信功能控制下端电源柜开关，从而对输出回路进行控制，有效减少了前期电缆铺设的数量，因此能够有效降低工程的造价。（2）远程控制系统，传统供电方式是通过对低压柜进行开关操作的方式实现对输出回路的有效控制。智慧供电系统则是通过上下端供电设备的智能通信功能，从智能监控终端实现远程对下端电源柜输出回路进行开关和电压调节的功能，同时随着网络大数据分析功能的逐渐完善和市场化应用程度的加深，可以在高速公路上配备车辆监测装置，通过对高速公路车流量的数据分析，并根据现场环境的实际需求，在不影响监控设备正常运行的情况下，对各输出回路进行开关和电压调节。（3）按照现场实际需求进行供电，在现场减少照明灯具后，可以同时关闭上下端电源柜的相应供电回路，以减少供电设备自身所带来的电能损耗。（4）配备电力和能耗实时监测系统，智慧供电系统能够通过给上下端电源柜安装电力数据采集模块，对各输出回路的运行状态、运行环境、电力数据传输回监控中心，达到对电力和能耗的实时监测。（5）实现对供电回路和输出回路的稳压功能，智慧供电系统在确保上下端电源柜输出回路电压稳定的情况下，将电压的波动范围降低至±2.5V的范围内，从而达到延长设备设施使用寿命、降低日常保养费用的目的。（6）备用供电系统，智慧供电系统能够在上端电源柜输入回路配置发电机、蓄电池、双回路供电等多种供电方式来实现现场用电设备和监控设备的不间断供电，从而将上端输入供电断电时带来的影响降到最低。（7）为了有效防止高速公路传统供电系统的高压供电线路对电网造成影响，就需要增加隔离变压器来实现，但在高速公路智慧供电系统中，通过供电系统的核心处理功能将两者分隔开来，从而达到隔离变压器的功能，同时有效防止市电的浪涌电流对整个现场设备设施造成的影响。（8）智慧供电系统能够通过上端配电柜对整个供电系统进行功率因数补偿，有效降低系统无用功的损耗，功率因数补偿效果不应该低于0.95。

3 智慧供电与高速公路相结合的案例

3.1 案例介绍

本次案例分析以某高速公路当中4km隧道为例，对传统供电和智慧供电方案的经济性进行对比。

3.2 电缆铺设方案对比

（1）传统供电方案中，4km隧道两侧均需要设置变电所，对整个隧道的照明设备和监控设备采用380V直供电，从隧道口380V电源的供电柜作为输出回路电源，对现场照明设备、应急照明设备、监控设备采用多回路供电的方式进行电缆的铺设，并将其汇总至隧道内照明配电柜采用开关控制的形式进行开关。

（2）智慧供电方案中，只需要在4km隧道单侧变电所中设置智慧供电上端电源柜，将380V输出电源升压至3300V或1000V，再通过采用单洞输出两条供电回路的方式至下端电源柜，智慧供电下端电源柜将输入电源电压降至220V输出回路电源，来为隧道内所有照明设备和监控设备进行供电，由于该供电方式具备远距离供电优势，因此只需要采用单侧供电方式进行电缆的铺设，有效降低电缆的铺设的工程量。

3.3 工程造价对比

（1）传统供电方案工程量数据分析情况如表1。

表1 传统供电方案工程量数据分析

（2）智慧供电方案工程量数据分析情况如表2。

表2 智慧供电方案工程量数据分析

通过以上两种供电系统工程量核算出的工程造价进行对比分析，智慧供电方案比传统供电方案工程造价降低约140万元，节省金额比例为20.3%。

4 结语

智慧供电在高速公路中的应用具有重大影响，在项目实施的过程中，智慧供电系统可以通过基于传统供电系统的基础上，通过将供电电压提升至3300V和1000V和单侧干线供电的方式来达到延长供电距离，降低供配电电缆铺设的长度、电缆线径、减少电缆芯的数量，从而实现降低工程造价的目的。

智慧供电对高速公路产生了深远的影响，在提升高速公路设备设施使用年限和降低维修费用，对高速公路传统供电系统也起到了优化的作用，使供电方案在现场实际使用过程中起到有效的节能降耗作用。智慧供电与高速公路的协调发展不可分割，高速公路的照明设备、应急照明设备和监控设备应充分利用智慧供电提供的技术资源和操作平台，从中找出可以充分优化的设计方案，提升高速公路的建设质量，达到有效降低施工成本和日常用电能耗的作用。