高速公路机电工程供配电施工技术探讨

王书功

（中咨泰克交通工程集团有限公司，北京 100089）

1 工程概况

某高速公路机电工程属于ED1合同段，起讫里程YJ90+320～K120+461，建设内容主要有5座隧道、1处服务区和2处收费站。为满足机电工程安装、运行对电力资源的需求，需制定完善的供配电方案，持续提供稳定可靠的电力支持，确保隧道照明、通风、收费设施等各类设备均稳定运行。

2 构成高速公路隧道供配电系统的主要部分

2.1 照明和供配电系统

对于整体隧道机电系统而言，照明系统必须存在的重要组成，因为其可以起到照明隧道内部环境的作用，以便驾驶者准确掌握隧道内部的具体情况，实现安全通行的目标。照明系统的供电必须具有持续性，具体根据照明设备的运行负荷、现场照明需求等因素合理调节配电系统的参数。通常以10kV电网的接入能够有效满足照明设施的用电要求。

2.2 通风系统

隧道空间相对封闭，通风条件有限，需要适配稳定可靠的通风系统，通过环境检测装置、区域控制网络等软硬件的联合应用，能够更好地在了解隧道内部各通风实际情况基础上对其进行控制，从而进一步达到完善隧道内部环境的效果。在为通风系统提供供电支持后，有助于提高隧道通风水平，例如，及时测定CO的浓度，调控风机的运行参数，在强排风的方式下，降低包含CO在内的各类有害物质的浓度，创设安全的隧道使用环境。

2.3 消防系统

消防系统的组成包含火灾检测系统、报警系统、灭火系统等多项细分部分，而对于长度大于400m隧道而言，还有必要配套横向紧急车行、人行出口。在高速公路长度大于800m隧道中，需贯穿式布置消防水管，将其覆盖至整个隧道；根据消防设备的性能，按特定的间隔依次设置到位，全面构筑安全防护体系。

2.4 监控系统

监控系统是掌握现场车辆通行条件、隧道结构使用状态的关键装置，也是实现远程控制的必要前提。在功能角度，监控系统主要有2个关键部分构成：（1）交通监控系统。依托环形线圈、微波检测器等装置，联合测定现场的车流、车速等基础数据。而考虑到隧道内部光线相对较弱的特点，还适配红外线、超声波等适应能力更强的检测设备。在各类硬件的联合应用下，全方位监视隧道内的实际情况。（2）交通监视系统。以视频设备为核心，采集隧道内部的信息并以视频的途径展现，便于管理人员直观分析、有效控制，提升管理效果。

3 高速公路机电系统的供配电技术方案

根据负荷分类，制定适用于现场环境的可行供配电方案。所建立的供配电系统应具有运行稳定、功能可靠的基本特性，由此满足沿线设备的用电需求，诸如通信设备、动力设备、监控设备等均要享受到电力供应服务，从而稳定运行。根据此类要求，以一级用电等级为基准，开展沿线设施和隧道机电设备的供配电设计工作。

综合考虑机电工程设备的运行条件、高压供电系统负荷容量，为满足供配电要求，宜采取集中供电的模式。此外，诸如服务区、收费站等功能场所的机电设备丰富，负荷容量较大，此时，应注重变配电所的建设。在本项目中，根据对周围已建好电网情况进行调查后，可以遵循就近原则引入单路10kV高压电源。配电所设计中，以负荷分布状态为主要的参考，有针对性地完成低压配电室的专项设计工作，对此，需装置适配程度较高性的低压配电盘将低压线路引出，并以这一方式为监控设备供电。

就隧道配电系统而言，其普遍具有送电线路敷设距离较长这一特点。由此可见，其散布于线路上负载会较大，故而各自对电压损失量要求较高。所以，要在设计过程中，切实考虑减小电压损失的方式，以更好地保障电压的稳定性。

在本项目中，施工单位由主变电站引出一条485V电线，并为该电线配套多处地埋式变压器，该措施的目的在于使电线能够更好地适应隧道配电系统对于长距离的供电需求。与此同时，为了确保供配电系统安全性，施工单位还适配了二路外电源和自备电源，从而为隧道配电系统形成更多重的防护机制，即便外电源发生故障，也可及时启用柴油发电机和不间断电源，由该装置提供临时供电功能。系统实施分段母线供电的方式，各功能机电设备均自带单独回路，有效抵御异常状况，减小彼此间的干扰作用。

4 供配电施工技术的应用

4.1 沿线供配电施工技术

在供配电施工中，有必要考虑10kV单电源的设置问题，较为合适的是采用架空引入变电所的方法。对于部分机电设备的一级负荷供电要求，可适配柴油发电机组。架空线接入时，较为合适的是“T”接的方法，通过对终端杆和电缆的联合应用，实现与高压进线柜的稳定连接。为提高灵活性，柴油发电机组供电时，在第二段母线上完成自动转换开关的连接操作，此方法的特点在于当外接电源发生停电故障时，会及时感应到该异常状况并快速脱开第一段母线，此时，发电机组自动投切。随后，经过修复后外电源恢复正常时，随即切除发电机组。

此外，还需适配三相Dyn11型干式变压器，配套外壳，起到全面防护的作用。配电线路为三相四线制，但引入通信机房等建筑物时较为特殊，宜调整为三相五线制。供配电系统继电保护是重要功能，为实现此项功能，采用到微机监控系统，将其设在开关柜上。在低压配电室的施工中，适配自动补偿器，通过电容器的应用，达到补偿电能损失的效果，在该调控机制下，稳定配电室功率因素，使其达到0.9以上。不仅如此，外界雷击对供配电系统的破坏作用也较强，因此采取防雷保护措施。

4.2 隧道供配电施工技术

隧道照明、通风、监控等机电设备实施的是24h不间断运行的模式，因此，要做到持续供电。其中，UPS系统较为关键，其核心装置在于PWM逆变器，在此类硬件的作用下，实现“交流市电→直流电→交流电”的转化，由此增强供电的稳定性。遇市电中断的异常状况时，及时启用蓄电池，满足临时供电要求。此时，可在发电机组启动前实现UPS供电，营造优质的供电环境，促进隧道机电设备的稳定运行。UPS系统具备正弦波输出的特性，有效抵御了外部干扰因素，供电的平稳性得到保证。

变电所的位置规划在隧道口，设置合适规格的低压电缆，由其传输电力资源，为隧道内部的机电设备供电。隧道内部配置有射流风机，电缆敷设在配套的电缆沟内。施工中，准确锁定风机吊挂的具体位置，借助预埋管将电缆与风机电机连接。而对于照明机电设备的主电缆，该部分也采取的是电缆沟敷设的方法，配套的分支电缆借助电缆桥完成敷设作业。应急照明回路的稳定性需得到保证，即应当抵御突发事故所造成的不良影响，对此，采用耐火电缆。

电气设备在运行的过程中，需要工作人员对电气设备定期进行状态监测与监控，也就是说，在设备运行过程中或静止的过程中，对电气设备进行各个项目的检测并及时监控，并将监控的数据进行整理及时进行事件分析，保障设备的运行过程安全。用点设备的在离线检测的最大好处有四点：（1）建设单位投资的成本较低，一般情况下，在相同情况下，在离线检测的投资成本相对较低，相比其他的更智能检测数据的汇总检测，在离线检测的投资成本所需设备单一，投资成本就能降低。（2）检测的范围较为广泛，并且在离线监测电气设备具有灵活的移动性，还可以监测收费系统中不同层次的电气设备。（3）离线监测的设备较为简单，在使用的过程中操作简易，具有实用、准确等优点。（4）在离线监测较为适合中小型的供配电系统和中小型电气设备，变电所内施工的高低压柜体监控仪表的配电盘及发电机等供电系统设备均可为在离线设备监测对象，在离线监测收集的数据点较少并且数据类型较为单一。对于高速公路站点的供电系统运行过程中，配备复杂线的系统监测是十分不划算的。在离线监测对于收费系统供电运行的设备影响较小，在离线监测不用在被监测设备上安装特定的检测装置，可以减少监测过程中对设备的影响，提高了生产过程中的安全性。

5 结语

综上所述，在高速公路工程建设中，机电系统的建设是提高高速公路整体运行水平的关键举措，在具体建设中应充分关注供配电环节，构成完善的供配电系统，为隧道照明、通风、监控、收费系统等各类机电设备提供充足、安全稳定的电力支持。监理人员积极参与其中，加强管理，从源头上规避质量问题。而在供配电系统高空作业时，参与人员应佩戴安全帽、反光衣、绝缘手套、绝缘鞋、安全绳等相关防护器具，规范作业，确保安全。供配电系统各环节施工中，加强质量检查、反馈及处理，最终构成完整可靠的供配电系统。