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【摘要】相比傳統的供配電方案，高速公路隧道分布式智慧供配電技術具有良好的經濟、節能和社會效益，既是響應行業建設智慧高速、綠色公路的技術選擇，也是能解決實際工程問題的現實需要。

【關鍵詞】高速公路隧道；分布式；智慧供配電

1高速公路隧道傳統供電方案

高速公路隧道用電設施主要包括照明燈具、監控設施和通風設備用電。隧道照明區段一般劃分為入口加強段、過渡1加強段、過渡2加強段、基本段和出口段五部分。燈具按功能劃分為加強照明、基本照明、應急照明。隧道監控設備包含隧道攝像機、情報板、車道指示標志，以及各類檢測器和疏散指示標志等。隧道通風設備主要為隧道風機。隧道照明傳統供電方案是從變電所低壓柜引380V電壓至隧道內照明配電箱位置，由于需要在低壓柜位置進行開關操作，需要根據燈具的不同分組配置多條母線供電回路。因此隧道傳統供電方案需要配置大量干線電纜，重復敷設，并且由于采用380V電壓供電，電纜也需要配置較粗的四芯電纜，以滿足壓降要求。隧道內主要的監控設備包括攝像機、情報板、各類指示器和各類檢測器，各監控設施并聯于一條供電電纜上。在傳統方案中，隧道監控往往需要和照明燈具供電回路分開，并根據不同種類的監控設備從低壓配線柜配置單獨回路，又需要敷設大量電纜。傳統供電中隧道風機一般每組風機單獨設置回路，根據回路長度敷設大量不同規格電纜，在下端還需設置風機控制柜，對風機軟啟動、正轉反轉進行控制。綜上，傳統供電方案主要存在以下問題：（1）大量使用高低壓電纜，母線電纜數量多，造價高；（2）供電系統采用三相供電，需要三相負載平衡，連接燈具時需要分別接入三相中，施工較復雜；（3）如需實現調壓和電力監控功能，需要額外配置調壓器和電力監控系統，增加成本。

2智慧供配電技術方案

2.1隧道照明智慧供電技術

隧道照明智慧供電技術是在變電所設置上位機，代替低壓配電柜，單洞輸出兩條母線供電回路至隧道內下位機，下位機配置在原照明配電箱位置，代替照明配電箱。照明控制方面由于上下位機間帶有通信功能，下位機可對每一條輸出回路進行單獨開關和調壓，從而實現燈具按不同要求進行分組開關的功能，系統連接圖如圖1所示。隧道洞口變電所上位機分為加強和基本照明上位機與應急監控上位機，應急監控上位機前段配置不間斷供電柜。經濾波、補償、穩壓等處理后輸出3.3kV單相交流電至隧道下位機，由下位機降壓為220V后再為燈具供電。隧道內下位機配置于原照明配電箱位置，下位機分為加強照明下位機、過渡照明下位機、基本照明下位機和應急監控照明下位機。加強照明下位機配置與隧道洞口，負責入洞和出洞洞口處的加強燈具；過渡照明下位機配置與入洞后第一個照明配電洞室位置，負責過渡1段和過渡2段的加強照明燈具；基本照明與應急照明下位機交錯布置于隧道其他照明配電洞室位置。由于應急監控下位機需配置EPS應急電源，需單獨并聯為一路接入應急照明供電上位機，其他下位機可并聯為一路接入加強基本照明上位機。下位機經降壓后，輸出單相交流220V電壓為燈具供電，各燈具分組情況與原方案相同，符合原方案控制方式。下位機可輸出多條回路，并帶有配電、單獨開關、單獨調壓功能，可對任一輸出回路進行單獨開關和調壓控制。

2.2隧道監控智慧供電技術

監控設備需要接入EPS電源，與應急照明的供電性質略為相似，因此不需要再單獨敷設電纜，由隧道應急與監控下位機輸出監控回路，即可實現為隧道內監控設備供電。供電回路與原監控相同，供電區段按應急電源區段劃分。

2.3隧道通風智慧供電技術

智慧供電在配電房設置風機上位機，風機上位機通過三芯電纜將3.3kV電力傳輸到各風機下位機，一般3組風機共用一根母纜，電纜敷設在隧道電纜溝內托架上。風機下位機輸出各回路為3×380V，采用四芯電纜接至風機，風機下位機可為三臺風機供電，每臺風機具有軟啟動、正轉反轉等功能。

3智慧供配電技術效益分析

3.1經濟效益分析

3.1.1減少了系統建設期的總投資分布式智慧節能供電系統可減少電纜的使用量，降低電纜芯數，從而降低了供配電系統的造價。現針對隧道照明和監控設備供電，對公路機電智能節能供配電系統與傳統供電系統的經濟性進行對比分析。傳統供電方案采用低壓380V直供方式。由隧道洞口變電所低壓開關柜直接引380V電源，分為晴天、陰天、重陰天、云天、基本、應急照明等6條母線回路，至隧道內照明配電箱，在分為多個回路為照明燈具供電，控制方式為低壓開關柜統一開關母線回路，實現燈具按天氣和時間開關。照明、監控設備分別用單獨回路進行供電。智慧節能供配電系統是在變電所設置上端供電設備，直接為隧道出入口加強燈具供電，并且單洞輸出兩條干線回路，一條負責加強照明和基本照明，一條負責應急照明和監控設備，并在上端接入不間斷供電設備。下位機配置在洞口位置和洞內側壁照明配電箱位置，代替原配電箱，根據照明燈具不同功能輸出不同回路為燈具供電。控制方式為遠程操作，控制下位機輸出回路開關，實現燈具按天氣或時間進行不同開關。由此可知，智能節能方案相比傳統方案可有效減少電纜線徑，降低建設成本。由上述統計數據可知，采用智能節能供電后僅供配電系統部分可節約建設成本約為13%。

3.1.2提高供電質量，降低設備故障率和維護成本系統采用分布式單相遠距離供電技術完成機電設備的供配電，可徹底避免供電系統產生三相不平衡狀態。除此之外，對于供配電系統配置功率因數補償裝置、穩壓調壓裝置與諧波抑制裝置，通過這三個裝置對供配電系統的輸出電源進線處理，進一步提升輸出電源的質量，從而提升隧道整體供電系統的供電質量。因而延長了用電設備的使用壽命，減少了設備的維護和更換費用。

3.1.3調節照度和智能控制，實現按需供電，降低電力消耗系統根據通風、照明、監控等用電設備的實際需求，通過控制輸出回路的開關狀態和調節輸出電壓值，從而實現按需供電，進一步降低電力消耗。

3.2節能效益分析

3.2.1降低線損技術系統在滿足供電需求的同時，根據負載量及供電半徑，通過適當提高供電電壓，以減少電纜中的電流，從而減少電纜的線路損耗減。

3.2.2無功補償技術系統設置無功補償設備的供電回路，提高系統功率因數，降低系統的無功功率，通過無功補償技術，降低用電量。

3.2.3照明調壓技術系統在隧道照明設備中設置燈具調壓調光裝置，通過照明調壓調光技術，在滿足隧道照度的同時，進一步降低照明用電量。綜上所述，通過智慧供電系統一些項目具體應用情況核算，采用智慧供配電技術，每年的節能率可達到20%左右。

3.3社會效益分析

3.3.1提高了隧道供電系統營運管理水平智慧供電技術配置先進的自動化遠程電力監控系統，具有以下功能：有效保護線路、變壓器、電動機、電容器、分段開關；可實現電流、電壓、功率、頻率、功率因數等電量的測信功能；可控制各種斷路器的合閘、跳閘，并指示開關位置；配備標準的以太網/RS485通信接口，可實現遙測遙控。整個系統實現供配電系統的遠程監控功能，實現變電站無人值班，提高了隧道供電系統營運管理水平。

3.3.2提高行車安全性分布式智慧供電系統自帶的調壓功能，能夠統一整體調整照明電壓，無須關閉照明燈具。這種自動調壓方式除節約電能外，還會使隧道內照度均勻，克服了等距離關閉部分燈具照造成的照度不均現象，降低閃光效應，進一步提高隧道內行車安全性。

4結語

相比傳統的供配電方案，高速公路隧道分布式智慧供配電技術具有良好的經濟、節能和社會效益，既是響應行業建設智慧高速、綠色公路的技術選擇，也是能解決實際工程問題的現實需要。

參考文獻

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作者：吳斌 單位：四川雅康高速公路有限責任公司