摘要：通過(guò)對(duì)中壓電能傳輸技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，本文以秦嶺隧道為例進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，改變傳統(tǒng)的供配電方式，采用中壓電能傳輸技術(shù)，通過(guò)合理劃分供電區(qū)域，并將供電網(wǎng)絡(luò)相互連接起來(lái)，提高系統(tǒng)的供電可靠性。中壓電能傳輸是長(zhǎng)距離、分散性負(fù)荷條件下供電的有效方式，其技術(shù)先進(jìn)，安全可靠，運(yùn)營(yíng)成本低，在隧道供配電工程中具有較好的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：公路隧道 中壓電能傳輸 節(jié)能
引言
由于高速公路隧道的自身特點(diǎn)，使其對(duì)供電的要求有別于一般的工業(yè)和民用供配電系統(tǒng)，其用電設(shè)備多，且呈線性分布，電壓質(zhì)量要求高，同時(shí)隨著多個(gè)長(zhǎng)隧道的相對(duì)集中控制，其用電負(fù)荷以及供配電設(shè)備的數(shù)量增加較大。采用何種供配電方式以及如何對(duì)其相對(duì)集中控制和節(jié)約電能的研究具有一定的意義。國(guó)外對(duì)于隧道及其所處的高速公路等長(zhǎng)距離、分散性負(fù)荷已經(jīng)逐漸開(kāi)始采用中壓電能傳輸技術(shù)，依靠配電設(shè)備及繼電保護(hù)進(jìn)行配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行自動(dòng)化的方法，這樣結(jié)合隧道的特點(diǎn)可以更好的為其提供一個(gè)良好的運(yùn)營(yíng)環(huán)境[1]。
對(duì)于隧道這種比較特殊的負(fù)荷，將其作為一個(gè)配電整體進(jìn)行考慮，統(tǒng)一為其進(jìn)行電能傳輸及分配，在整個(gè)負(fù)荷區(qū)域內(nèi)采用中壓電能傳輸技術(shù)，在負(fù)荷相對(duì)集中點(diǎn)采用小容量、能耗較低的埋地式變壓器代替能耗較大的低壓供配電方式。為隧道供配電工程提供一種節(jié)省能源，節(jié)省投資，便于運(yùn)營(yíng)管理的供電方案將是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。
1隧道供配電系統(tǒng)
1.1公路隧道供配電系統(tǒng)概述
公路隧道內(nèi)設(shè)置有通風(fēng)、照明、監(jiān)控、消防報(bào)警等設(shè)施，要求供電系統(tǒng)無(wú)故障運(yùn)行以保證隧道運(yùn)營(yíng)的高度安全。公路隧道供電一般要求有外電源和一套自備電源，在外電源發(fā)生故障的情況下，自備電源能夠接替主電源的供電功能。
1.2公路隧道供配電系統(tǒng)要求
隧道供配電系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：
?。?） 安全性，是指電能在隧道各系統(tǒng)的供應(yīng)、分配和使用過(guò)程中，不應(yīng)發(fā)生任何人身傷亡事故、設(shè)備損壞事故和由電能引起的其它事故。
（2） 可靠性，是指電能的供應(yīng)與分配滿足隧道各機(jī)電系統(tǒng)對(duì)不中斷供電的要求。隧道供配電系統(tǒng)一般按一級(jí)負(fù)荷配置，對(duì)重要系統(tǒng)采取不停電的供電措施，如采用自備發(fā)電機(jī)組或UPS等。
?。?） 優(yōu)質(zhì)性，是指應(yīng)滿足機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備對(duì)供電電壓、頻率、波形、電流等參數(shù)的質(zhì)量要求，其電壓偏差應(yīng)在±5％以內(nèi)。
?。?） 經(jīng)濟(jì)性，是指在滿足隧道負(fù)荷用電要求的前提下，系統(tǒng)的建設(shè)成本和運(yùn)行費(fèi)用低，利用效率高，盡可能地節(jié)約電能和減少用于輸送電能的傳輸線路中有色金屬的消耗量。
1.3公路隧道的電力負(fù)荷
根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定及要求，隧道通風(fēng)、照明、監(jiān)控、消防等重要電力負(fù)荷為一級(jí)負(fù)荷，應(yīng)由兩路電源供電，同時(shí)還應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的備用電源和應(yīng)急電源，隧道內(nèi)主要電力負(fù)荷有：（1）通風(fēng)系統(tǒng)（2）照明系統(tǒng)（3）監(jiān)控系統(tǒng)（4）消防系統(tǒng)（5）生活用電
1.4公路隧道供配電系統(tǒng)構(gòu)成
公路隧道供配電系統(tǒng)一般由變電站、供電系統(tǒng)、低壓配電線路、不間斷電源系統(tǒng)（UPS）、防雷和接地系統(tǒng)、無(wú)功補(bǔ)償裝置組成。
2中壓電能傳輸技術(shù)
2.1各種配電網(wǎng)絡(luò)損耗分析
長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)于配電網(wǎng)降損采取的常用措施有：采用節(jié)能型變壓器，提高負(fù)荷功率因數(shù)，增大導(dǎo)線截面等。通過(guò)比較，發(fā)現(xiàn)盡管采取以上措施短期內(nèi)對(duì)降低配電網(wǎng)損耗、提高電壓質(zhì)量有一定好處，但在現(xiàn)有配電模式下滿足負(fù)荷發(fā)展的能力差。其原因在于現(xiàn)有配電模式中配電變壓器供電范圍過(guò)大，低壓線路供電半徑過(guò)長(zhǎng)。采取變壓器小容量、多布點(diǎn)、縮短低壓線供電距離的供電模式比采取上述降損措施更具優(yōu)越性，且能較好的滿足負(fù)荷發(fā)展的需求。
現(xiàn)以如圖2.1所示的簡(jiǎn)單典型配電網(wǎng)絡(luò)，變壓器、線路參數(shù)為例進(jìn)行降損措施計(jì)算比較，計(jì)算結(jié)果如表2.1所示。
圖2.1簡(jiǎn)單典型配電網(wǎng)絡(luò)
變壓器小容量，多布點(diǎn)配電模式。如圖2.2，將原來(lái)的400kVA變壓器更換成2臺(tái)200kVA變壓器分別置于LJ-95線路段首端，即延長(zhǎng)10kV線路，靠近負(fù)荷點(diǎn)；將圖2.1網(wǎng)絡(luò)中的LJ-120導(dǎo)線增大到LJ-150。
圖2.2采用新的配電模式后的網(wǎng)絡(luò)
兩種配電方式各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表2.1。
表2.1負(fù)荷200kV時(shí)不同措施各指標(biāo)對(duì)比
措施 | 功率損耗（kW） | 年電能 損耗 （萬(wàn)kWh） | 最低點(diǎn)電壓（kV）（歸算至10 kV側(cè)） | 線損率（％） |
變壓器及10kV線路 | 380V | 總計(jì) |
未采取措施 | 2.74+j4.56 | 13.81+j14.83 | 16.55+j19.39 | 5.495 | 9.36 | 10.27 |
采用節(jié)能變壓器 | 2.02+j4.54 | 13.74+j14.75 | 15.76+j14.75 | 5.189 | 9.39 | 9.76 |
提高負(fù)荷功率因數(shù) | 2.3+j3.45 | 10.46+j11.23 | 12.76+j14.68 | 4.358 | 9.57 | 8.33 |
增大導(dǎo)線截面 | 2.7+j4.45 | 10.98+j14.06 | 13.68+j18.51 | 4.634 | 9.48 | 8.80 |
變壓器小容量多布點(diǎn) | 2.36+j3.88 | 2.04+j1.82 | 4.40+j5.70 | 1.939 | 10.19 | 3.88 |
從理論上來(lái)講前三種措施都只是對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)做局部的調(diào)整，效果都不及采用新的配電模式后明顯。采用新的配電模式后大大降低了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的損耗，而且對(duì)提高負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓有顯著效果。
通過(guò)對(duì)常規(guī)降損措施和采用變壓器“小容量，多布點(diǎn)”的配電模式進(jìn)行比較[2]，發(fā)現(xiàn)采用變壓器“小容量，多布點(diǎn)”的配電模式不僅電能損耗、電壓損耗較常規(guī)降損措施低，再在此基礎(chǔ)上采用其他降損措施才能收到很好的效果。
2.2中壓電能傳輸
2.2.1低壓供電模式
高速公路隧道放射式低壓供電是一種傳統(tǒng)的供電模式，即在隧道洞口設(shè)置變電站，然后分出若干0.4kV回路到隧道內(nèi)。在隧道較長(zhǎng)的情況下，電能的傳輸距離相對(duì)較遠(yuǎn)，由于電流大，故電壓降和電能損耗都較大。為了減少線損，電纜截面不得不選擇較大，影響了其經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)由于受輸電半徑和容量的限制，采用放射型供電，這樣電纜數(shù)量較多布線困難。由于低壓供電距離有限，一般是采用每個(gè)隧道設(shè)置變電站，或在較長(zhǎng)隧道兩端和隧道內(nèi)橫洞設(shè)置變電所，人員成本及電費(fèi)成本增加較大。
2.2.2中壓供電模式
?。?）中壓電能傳輸系統(tǒng)原理
所謂中壓電能傳輸系統(tǒng)，就是將全工程范圍內(nèi)的所有低壓負(fù)荷按路段（或負(fù)荷類型）劃分為若干個(gè)負(fù)荷區(qū)域，把傳統(tǒng)的設(shè)置在隧道洞口的大容量變壓器分成若干小容量的變壓器，采用配電網(wǎng)電壓10kV或者將35kV（20kV）配變?yōu)?0kV，將電能輸送到隧道內(nèi)部，在負(fù)荷點(diǎn)處設(shè)置與負(fù)荷相匹配的10kV/0.4kV埋地式變壓器，將電源電壓轉(zhuǎn)換為用電設(shè)備所需低壓，分別對(duì)隧道通風(fēng)、照明、監(jiān)控等負(fù)荷供電。其組成原理如圖2.3，該方式具有技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。
圖2.3中壓供配電系統(tǒng)原理圖
?。?）集中供電的具體方式
長(zhǎng)隧道或連續(xù)的多個(gè)隧道采用集中供電方式，其主要是指隧道及沿線其他設(shè)施都由相對(duì)獨(dú)立的供配電系統(tǒng)提供電源，具體做法是將長(zhǎng)隧道或多個(gè)隧道分成幾個(gè)大的供電區(qū)域，把分散用電點(diǎn)集中到35kV變電站或10kV開(kāi)關(guān)站與附近的高壓供電干線網(wǎng)連接。集中供電的主要優(yōu)點(diǎn)：供電質(zhì)量穩(wěn)定，克服了農(nóng)村電網(wǎng)不穩(wěn)定、電能質(zhì)量低的缺點(diǎn)；有利于與供電部門協(xié)調(diào)，減少停電和供配電故障的次數(shù)；以大宗工業(yè)用電的低電價(jià)交納電費(fèi)，降低營(yíng)運(yùn)管理成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
（3）集中供電與中壓供電技術(shù)相結(jié)合的供電方式
由于傳統(tǒng)分散式供電方式存在的缺陷難以滿足長(zhǎng)隧道用電要求，于是出現(xiàn)了集中供電與中壓電能傳輸相結(jié)合的供配電方式，中壓電能傳輸技術(shù)是當(dāng)前國(guó)際比較流行的供電方式，取代傳統(tǒng)的供電方式是一種趨勢(shì)。
中壓供電技術(shù)是針對(duì)長(zhǎng)距離、分散性負(fù)荷供電特點(diǎn)的一種新的設(shè)計(jì)理念，是一種能將配電終端深入到負(fù)荷中心的長(zhǎng)距離電能傳輸系統(tǒng)。采用相對(duì)集中供電的方式，在中心變電站引入穩(wěn)定可靠的外部電源，在隧道沿線鋪設(shè)中壓電纜(10kV、20kV、35kV)送至各負(fù)荷點(diǎn)，隧道中的埋地式變壓器根據(jù)供電區(qū)域分散安裝在隧道側(cè)壁的預(yù)留配電洞室內(nèi)，建立起相對(duì)獨(dú)立的專用中壓內(nèi)部供電網(wǎng)絡(luò)。
2.3中壓電能傳輸系統(tǒng)構(gòu)成
整個(gè)道路工程范圍內(nèi)的所有用電設(shè)備的供電電源由一個(gè)中壓電源系統(tǒng)提供，中壓傳輸線路貫穿于整個(gè)道路工程。根據(jù)工程規(guī)模，只設(shè)一至二個(gè)中壓配電中心，作為供電電源點(diǎn)，沿線配以若干埋地式變壓器作為變配電設(shè)備，從而構(gòu)成中壓供配電站、中壓電能傳輸線路、埋地式變壓器的中壓傳輸系統(tǒng)，為工程范圍內(nèi)的所有用電設(shè)備的供電。
2.3.1埋地式變壓器
埋地式變壓器電氣一次接線簡(jiǎn)單，安裝方便，減少了維護(hù)工作量，采用低損耗變壓器，可以減少電能損耗。埋地式變壓器建設(shè)周期短，投資相對(duì)較少，有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，尤其適用于長(zhǎng)距離，大范圍的供電工程[3]，其與傳統(tǒng)配電室和箱變的比較如表2.2所示。
表2.2埋地式變壓器、常規(guī)配電室和箱式變電站的比較
中壓輸變電系統(tǒng)中的中壓電纜參照歐洲設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)后經(jīng)國(guó)外設(shè)備供應(yīng)商認(rèn)可后使用。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)該種電纜導(dǎo)體部分長(zhǎng)期允許最高溫度為70℃，使用頻率為50Hz，最大外徑≤44.5mm，直埋允許最大載流量為120A，相線中性線短路電流為800A/s，20℃時(shí)最大銅阻為0.811Ω。
由于中壓輸入的埋地式變壓器、分路器均是采用三相電纜終端的三相插入式插頭連接，而插頭額定載流量是80A，電力電纜最大允許外徑為58mm。因此，電纜線徑的選擇也就決定了在應(yīng)用中壓輸電技術(shù)時(shí)，每座開(kāi)關(guān)站所能承擔(dān)的最大供電距離。采用10kV作為中壓輸電電壓，輸送負(fù)荷在400～800kVA之間，每30km～40km設(shè)為一個(gè)供電負(fù)荷區(qū)域。
2.3.3中壓保護(hù)柜
對(duì)于中壓系統(tǒng)中的中壓保護(hù)柜，其系統(tǒng)原理圖如圖2.4所示，主要技術(shù)性能為：
（1）可頻繁操作達(dá)30萬(wàn)次以上，電氣壽命長(zhǎng)；
?。?）配電網(wǎng)絡(luò)上下級(jí)保護(hù)具有選擇性；
?。?）配電網(wǎng)絡(luò)的過(guò)電流保護(hù)靈敏度高；
（4）具有接地故障保護(hù)功能，防誤操作鎖，保護(hù)設(shè)備和人身安全；
?。?）具有智能化接口，可實(shí)現(xiàn)遙控、遙測(cè)、遙信。
圖2.4中壓保護(hù)柜系統(tǒng)原理圖
2.3.4中壓配電系統(tǒng)的保護(hù)與接地
中壓配電系統(tǒng)具有較完善的保護(hù)措施，具體如下所示：
?。?）采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)加熔斷器環(huán)網(wǎng)柜，是把控制和保護(hù)兩個(gè)功能分開(kāi)，既發(fā)揮了設(shè)備的能力，又達(dá)到了經(jīng)濟(jì)、合理的目的。
?。?）設(shè)計(jì)斷電保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)與接地故障保護(hù)。接地故障保護(hù)主要是為了防止電網(wǎng)發(fā)生接地故障引起火災(zāi)或人身安全事故。
?。?）配電系統(tǒng)的過(guò)載保護(hù)由設(shè)在變壓器繞組內(nèi)部的熱敏元件實(shí)現(xiàn)，保護(hù)可靠有效。埋地式變壓器一次側(cè)熔斷器熔體電流取變壓器IN的2～16倍，視具體尖峰電流情況而定。
?。?）對(duì)于連續(xù)長(zhǎng)隧道及其配套系列工程供電要求更高，因而，在中壓輸電系統(tǒng)中為了系統(tǒng)的可靠性和安全性，系統(tǒng)設(shè)置以下各級(jí)保護(hù)共有7級(jí)保護(hù)。
2.4中壓網(wǎng)絡(luò)接線方式
2.4.1電纜單環(huán)網(wǎng)
電纜單環(huán)網(wǎng)是通過(guò)末端線路之間的直接連接，實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)接線，如圖2.5所示。電纜單環(huán)網(wǎng)接線簡(jiǎn)單、運(yùn)行靈活，有利于配電網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展和配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)。適用于供電可靠性要求高、負(fù)荷密度較低的配電網(wǎng)絡(luò)。
2.4.2電纜雙環(huán)網(wǎng)
電纜雙環(huán)網(wǎng)是電纜單環(huán)網(wǎng)的組合，利用二回電纜線路，通過(guò)同一開(kāi)閉所的不同母線，形成“手拉手”供電網(wǎng)絡(luò)，實(shí)行雙環(huán)網(wǎng)接線，如圖2.6所示。電纜雙環(huán)網(wǎng)具有接線完善、運(yùn)行靈活、供電可靠性高、但投資比單環(huán)網(wǎng)增加一倍，一般適用雙電源供電的重要用戶或供電可靠性要求較高的配電網(wǎng)絡(luò)。
圖2.5電纜單環(huán)網(wǎng)
| 埋地式變壓器 | 常規(guī)配電室 | 箱式變電站 |
形式特點(diǎn) | 小容量、分散供電 | 容量大、集中供電 | 容量較大 |
工程造價(jià) | 約7萬(wàn) | 約150萬(wàn) | 約30萬(wàn) |
免維護(hù)性 | 設(shè)備免維修、維護(hù)工作量小 | 設(shè)備維修、維護(hù)工作量大 | 設(shè)備維修、維護(hù)工作量大 |
占地面積 | 0 | 140m2 | 30 m2 |
運(yùn)行條件 | 地下運(yùn)行 | 室內(nèi)運(yùn)行 | 戶外運(yùn)行 |
與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)性 | 協(xié)調(diào)性很好 | 較難與周圍環(huán)境協(xié)調(diào) | 較不協(xié)調(diào) |
2.3.2中壓電纜選擇
圖2.6電纜雙環(huán)網(wǎng)
2.4.3雙電源雙T形接線
雙電源雙T形接線方式10kV系統(tǒng)運(yùn)行靈活，操作簡(jiǎn)單，如圖2.7所示。10kV系統(tǒng)因是兩個(gè)電源，有備用線路，能夠保證不間斷供電。但變壓器及低壓系統(tǒng)無(wú)備用電源，不能保障供電的可靠性。此種接線方式盡量地減少了電纜的使用量，減少了投資。
2.4.4雙電源雙T形兩變壓器接線
雙電源雙T形兩變壓器接線方式，這種接線方式既有T形接線的優(yōu)點(diǎn)，節(jié)省電力電纜的用量，運(yùn)行方式靈活，又可使變壓器和低壓配電系統(tǒng)有備用，是一種高可靠性的接線方式如圖2.8所示[4]。
圖2.7雙電源雙T接
圖2.8雙電源雙T形兩變壓器接線
3中壓電能傳輸技術(shù)在工程實(shí)例中的應(yīng)用
3.1秦嶺特長(zhǎng)隧道原供配電系統(tǒng)概況
以秦嶺特長(zhǎng)隧道為例進(jìn)行分析，秦嶺特長(zhǎng)隧道包括Ⅰ號(hào)，Ⅱ號(hào)，Ⅲ號(hào)特長(zhǎng)隧道，是西漢高速公路的關(guān)鍵工程。
為了保證秦嶺隧道的供電，秦嶺隧道架設(shè)兩路110kV獨(dú)立電源供電，秦嶺隧道負(fù)荷為一級(jí)負(fù)荷，在Ⅰ號(hào)和Ⅱ號(hào)隧道之間的七畝坪建一個(gè)終端型變電站，總變電站負(fù)責(zé)Ⅰ號(hào)，Ⅱ號(hào)，Ⅲ號(hào)三座特長(zhǎng)隧道及道路沿線所有設(shè)施的供電，并負(fù)責(zé)隧道管理所及生活設(shè)施的供電。總變電站共負(fù)責(zé)15座變電所的10kV供電，變壓器總?cè)萘?8690kVA[5]。
由于電力變壓器不宜輕載運(yùn)行，電力變壓器一次側(cè)功率因數(shù)不僅與負(fù)荷的功率因數(shù)有關(guān)，而且與負(fù)荷率有關(guān)。所以電力變壓器在負(fù)荷率為60%以上運(yùn)行時(shí)才較經(jīng)濟(jì)，一般在75%～80%比較合適。隧道用電負(fù)荷主要為照明系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)，且其并不是一直滿負(fù)荷運(yùn)行，致使變壓器經(jīng)常處于輕負(fù)荷運(yùn)行，即所謂的大馬拉小車，同時(shí)考慮到原方案為了降低電壓損失，而增大電纜截面，使得系統(tǒng)損耗和投資費(fèi)用增大,考慮中壓電能傳輸技術(shù)較傳統(tǒng)低壓供配電方式的優(yōu)越性，因此應(yīng)用中壓技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.2中壓供電方案設(shè)計(jì)
新方案使用原方案的輸變電系統(tǒng)，應(yīng)用原總變電站，對(duì)秦嶺Ⅰ號(hào)，Ⅱ號(hào)，Ⅲ號(hào)統(tǒng)一考慮，統(tǒng)一劃分供電區(qū)域，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了中壓連接電路，采用可靠穩(wěn)定的環(huán)網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)，中壓電纜在隧道全線敷設(shè)，將低壓回路的供電半徑控制在200m以內(nèi)。結(jié)合實(shí)際工程情況，做出具體供電方案如下，其配電系統(tǒng)圖如圖3.1所示。
?。?）該方案將全線用電負(fù)荷分為兩個(gè)區(qū)域，沿用原輸變電系統(tǒng)，在Ⅰ號(hào)，Ⅱ號(hào)隧道之間的建一個(gè)終端型變電站，經(jīng)110kV/10kV降壓變電所降壓后，引出10kV線路，10kV配電母線采用單母線分段連接，中間設(shè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)考慮手動(dòng)操作，具有自動(dòng)投入功能，自動(dòng)投入功能也考慮在計(jì)算機(jī)監(jiān)控范圍內(nèi)，系統(tǒng)保護(hù)元件采用真空斷路器。
?。?）在兩區(qū)域中間設(shè)環(huán)網(wǎng)柜，環(huán)網(wǎng)柜具有電動(dòng)/自動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，配上RTU后即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)及配電自動(dòng)化，使得去Ⅰ號(hào)和Ⅱ號(hào)兩個(gè)方向的電源互為備用，平常運(yùn)行過(guò)程中，環(huán)網(wǎng)柜是開(kāi)環(huán)運(yùn)行，作為聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，這樣當(dāng)某路電源故障時(shí)，通過(guò)智能開(kāi)關(guān)設(shè)備將故障段隔開(kāi)，由另一路10kV電源作為備用電源為故障電源所轄區(qū)域用電設(shè)備供電，用電設(shè)備的可靠性也較高。
?。?）取消隧道車行橫洞內(nèi)的變電所洞室，將大容量變壓器分割為多個(gè)小容量的埋地式變壓器，將埋地式變壓器放置在隧道側(cè)壁的預(yù)留配電洞室內(nèi)，引出10kV電纜并與埋地式變壓器連接，埋地式變壓器間通過(guò)手拉手方式形成單環(huán)網(wǎng)供電方式，該方案中的兩個(gè)區(qū)域供電是相對(duì)獨(dú)立的，所外引的各自用電負(fù)荷容量?jī)H僅考慮各本區(qū)域用電負(fù)荷及另一區(qū)域一級(jí)用電負(fù)荷的容量，而不是分別為另一個(gè)負(fù)荷區(qū)域內(nèi)所有用電負(fù)荷做一對(duì)一的完全備份。
?。?）電纜線路接線方式采用電纜單環(huán)網(wǎng)，簡(jiǎn)化系統(tǒng)接線，對(duì)于相鄰環(huán)網(wǎng)線路中任一段電纜線路或環(huán)網(wǎng)單元故障時(shí)，可通過(guò)短時(shí)間的分段開(kāi)關(guān)切換，很快恢復(fù)環(huán)網(wǎng)單元供電，提高了配電網(wǎng)絡(luò)供電可靠性。在兩個(gè)供電區(qū)域中只是對(duì)一級(jí)負(fù)荷作備份，并不是對(duì)全部負(fù)荷做備份，10kV電力電纜傳輸容量將大大減少，電纜截面可以適當(dāng)減小，節(jié)省電纜初期投資，兩個(gè)供電區(qū)域有一定程度的互相備份。
圖3.1中壓配電干線系統(tǒng)圖
3.3中壓供電與傳統(tǒng)低壓比較分析
采用中壓供配電系統(tǒng)，并配以供配電監(jiān)控管理系統(tǒng)后，取消整個(gè)隧道全線隧道內(nèi)變電所，取消變電所內(nèi)的值班人員，通過(guò)監(jiān)控管理系統(tǒng)對(duì)電力負(fù)荷實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度。對(duì)于低壓供電與中壓供電的比較，不管是從前期投資情況，還是后期的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，中壓供電技術(shù)都有其優(yōu)勢(shì)，對(duì)于采用中壓技術(shù)后，秦嶺隧道內(nèi)變電所土建費(fèi)用則可以節(jié)省，從變電所到配電點(diǎn)的部分低壓電纜等也可以節(jié)省，表3.1為低壓和中壓供電的后期運(yùn)行費(fèi)用的比較。
表3.1低壓和中壓供電的后期運(yùn)行費(fèi)用比較
比較項(xiàng)目 | 低壓供電 | 中壓供電 |
線路損耗 | 較高 | 較低 |
變壓器損耗 | 高 | 約小20％ |
維護(hù)管理人員 | 需要較多的人員 | 需要較少的人員 |
年維護(hù)費(fèi)用 | 高 | 低 |
用電情況 | 電能質(zhì)量差，安全性差 | 供電可靠，安全，埋地變免維護(hù) |
4結(jié)語(yǔ)
本文對(duì)中壓電能傳輸技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，并結(jié)合秦嶺特長(zhǎng)隧道實(shí)際工程案例進(jìn)行中壓電能傳輸供配電方式設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)比分析，與傳統(tǒng)供配電方式相比，中壓傳輸技術(shù)有以下優(yōu)勢(shì)：
?。?）技術(shù)設(shè)計(jì)理念先進(jìn)，整個(gè)工程的供配電為一個(gè)完整的系統(tǒng)，中壓系統(tǒng)具有很高的可靠性和很好的擴(kuò)展性，并具備較長(zhǎng)的免維護(hù)周期，中壓系統(tǒng)的設(shè)備故障率也小于低壓設(shè)備的故障率，且便于今后的運(yùn)行、維護(hù)、管理。
?。?）應(yīng)用中壓供電，電能損耗小，同時(shí)電能質(zhì)量高，完全滿足隧道內(nèi)照明系統(tǒng)對(duì)電壓的要求，中壓電能傳輸系統(tǒng)接線簡(jiǎn)單明了，運(yùn)行靈活，最大程度減少了地面設(shè)施，其符合我國(guó)電網(wǎng)改造的“小容量、短半徑、密布點(diǎn)”的發(fā)展方向。
?。?）雖增加了中壓電纜和埋地式變壓器的投資，但節(jié)約了低壓電纜及變電所土建和相關(guān)的設(shè)備投資，并減少系統(tǒng)損耗，可降低部分工程造價(jià)。節(jié)省工程投資約在10％～30％，同時(shí)可大大減少變電所和值班人員數(shù)量，降低運(yùn)營(yíng)管理費(fèi)用。
?。?）供電電源取自地方的高壓供電主干網(wǎng)，避免了與地方在用電問(wèn)題上的矛盾，減少了停電和供配電故障，保證了用電負(fù)荷內(nèi)部設(shè)備的用電質(zhì)量，也有利于整體降低電價(jià)，減少電費(fèi)開(kāi)支。
?。?）配合電力監(jiān)控系統(tǒng)的使用，整體的自動(dòng)化水平高，便于控制管理和維護(hù)。
