长隧道供配电系统的设计与实现

辛志陶

(山西欣奥特自动化工程有限公司，山西 太原030012)

1 系统概述

公路长隧道中需要用电的设施有很多,比如隧道监控、隧道通信、隧道照明、隧道通风、隧道消防设备等,这些机电设施为公路的通达程度以及驾驶人员的行车安全提供保障，而供他们正常使用的电能来源于公路隧道的供配电系统。

2 隧道供配电系统设计

2.1 相关标准及规范

长隧道供配电系统的设计遵循国际、国家、行业等多项相关标准的要求。这些标准包括：

1)GB 4943—2001《信息技术设备的安全》

2)GB/T 8567—1988《计算机软件产品开发文件编制指南》

3)GB/T 14394—93《计算机软件可靠性和可维护性管理》

4)GB 17859—1999《计算机信息系统安全保护等级划分准则》

5)GB 50052—2009《供配电系统设计规范》

6)GB 50053—2011《20 kV及以下变电所设计规范》

7)GB 50168—2006《电器装置安装工程电缆线路施工及验收规范》

8)GB 50169—2006《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》

2.2 隧道电力负荷分级

隧道重要电力负荷分级[1]如表1所示。

表1 隧道重要电力负荷分级

2.3 变电所的设计

结合隧道的地理位置和供电来源，本隧道变电所设置在长隧道出口，洞口变电所设计净高3.3 m，由供电系统低压侧引出一回路至变电所用总照明配电箱，为变电所内照明。

柴油发电机房、贮油间耐火等级为一级，并配置干粉灭火器。其余各室为二级。屋面有保温、隔热层及良好的防水和排水措施，室内通风窗加防护网(网孔10×10 mm)。变电所内设电缆沟，电缆沟用水泥抹平，并采取防水、排水措施，采用螺纹钢盖板。各室的门、窗应有防止小动物进入的措施，如增加挡鼠板。

2.4 高压电源

用电采用地方可靠电源，由地方高压电源经10 kV架空线路引至变电所外终端杆，再由终端杆电缆引入变电所。

2.5 供电方式

变电所高压侧采用单母线分段运行方式，需要一路外电引入高压进线柜，低压侧采用单母线分段运行方式，计量方式为高供高计。变电所配备柴油发电机组作为低压备用电源，设置快速自启动和电源自动切换装置，正常情况变电所由市电供电；当市电停电时由柴油发电机组在15 s以内快速启动，维持一、二级负荷和重要负荷的供电；当市电恢复后，机组自动退出运行，恢复成市电供电。对一级负荷中的高压操作电源、应急照明和电力监控等特别重要等负荷采用EPS作为低压备用电源。

2.6 负荷估算

因隧道机电各系统对供电的需要，通过对隧道的照明、通风、消防、监控等用电量进行计算，负荷计算表见表2，结果详见表3。

表2 用电负荷表

表3 设备配置表

2.7 供配电系统设备的选择

设备采用先进、可靠、维护性小的设备，并且为今后设备扩容留有余地。高压柜选用金属封闭开关设备，可作为接收和分配电能之用，即应有终端变电站的接线，柜体采用拼装搭接式结构，体积小、重量轻，具有很强的系列性和通用性。变压器采用树脂绝缘型干式变压器，带IP20防护等级的铝合金外壳、强迫风冷(AF)及温控、温显装置(当绕组温度高于110 ℃时，温控箱启动风机强迫风冷，若强迫风冷下绕组温度下降低于90 ℃风机停止，若绕组温度进一步升高，温控箱将发出超温报警(155 ℃)和超温跳闸信号(170 ℃))，低噪音、低损耗、电气强度高、不污染环境，防潮湿，可在100%湿度下安全运行。隧道变电所低压柜采用抽出式开关柜，体积小、出线回路多，安装方便、维护安全可靠。为保证隧道应急照明用电，在变电所内设EPS装置，电池后备时间为180 min。

变电所的高低压开关柜，主要进出线开关要考虑电力监控的结合，并预留遥控遥测条件[2]。根据规范要求，隧道内的电气设备防护等级不低于IP65。

2.8 主要设备及作用

1) 10 kV变电所的10 kV高压配电系统由高压进线柜、计量柜、PT柜、照明变压器出线柜、风机出线柜等组成，主要作用：用于高压电系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用。

2) 80 kVA干式变压器1台、80 kVA地埋变压器3台，主要作用：高压变低压。

3) 400 V低压配电系统主要由低压进线柜、功率补偿柜、加强照明出线抽屉柜、双电源柜、基本照明、监控出线抽屉柜等组成，主要作用：用于低压电系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用。

4) 配套设备：a)柴油发电机组：停电后主动发电。b)EPS不间断电源：停电后为电力监控仪表、应急照明、监控摄像机供电一段时间(时间长短与电池容量和耗电量有关)。

2.9 供配电传输流程图(图1)

图1 供配电传输流程图

2.10 接地

变电所接地采用TN-S接地方式，接地电阻小于1Ω[3]。

2.11 供配电系统远程监控方式

高压柜、低压柜、发电机、EPS、变压器上都安装有电力监控仪表，仪表通过控制线缆将采集到的信号传输至电力监控通信管理机，通信管理机再将信号汇集通过光缆或无线信号传输至电力监控服务器上，通过相应的电力监控软件进行数据读取和发出警报，提示管理者对供配电设备进行监控及维护。

3 结束语

公路长隧道的供配电系统涉及用电设备较多，设备的正常运行是隧道拥有安全通行环境的前提，所以公路长隧道供配电系统的运行状态应时刻进行监控管理，而电力监控系统平台的使用让变电室无人值守且实时监控成为现实。