智慧供电在高速公路中的应用

袁慧

(中咨泰克交通工程集团有限公司，北京　100083)



智慧供电在高速公路中的应用

袁慧

(中咨泰克交通工程集团有限公司，北京100083)

摘要:根据隧道机电用电设施分布特点，结合某隧道实际情况，对比分析了智慧供电及常规供电方案的优劣势，指出智慧供电系统具有更好的经济性，对高速公路节能减排工作以及智慧供电的推广有一定的现实意义。

关键词:高速公路，智慧供电，照明，经济性

1　智慧供电系统基本原理

智慧供电是高速公路机电设施供电的一种新的模式，主要为隧道照明、隧道监控提供电源。

分布式智慧供电系统基于上下端电源可实现智能监控和控制，在不需要某些设备运行或不需要照明亮度过高时，可关闭回路或调节电压，并且设备改善了系统的功率因数，降低了无功损耗。分布式智慧供电系统对于解决中长距离监控和照明设施的用电问题，是一种很好的解决方案。该系统是在隧道洞口变电所配置智慧供电上端电源柜，输出单相3 300 V和1 000 V电压至隧道内各下端电源箱，在下端电源箱再将3 300 V和1 000 V电压进行降压处理，转变为单相220 V电压后为灯具及监控设施供电。

分布式智慧供电方式与常规供电模式相比的优势是可通过稳定电压和按需供电来提高设备寿命，减少设备损耗和维护费用;可减少电缆用量，降低前期投资;可通过抑制浪涌冲击来提高系统安全性。

2　隧道传统供电方案

高速公路隧道照明传统供电方案是从变电所低压柜引380 V电压至隧道内照明配电箱位置，由于需要在低压柜位置进行开关操作，因此需要根据灯具的不同分组配置多条供电回路。因此隧道传统供电方案需要配置大量干线电缆，重复敷设，并且由于采用380 V电压供电，考虑三相平衡，电缆也需要配置较粗的四芯电缆，以满足压降要求。

3　隧道智慧供电方案

隧道智慧供电方案是在变电所设置上位机，代替低压配电柜，单洞输出两条供电回路至隧道内下位机，下位机配置在原照明配电箱位置，代替照明配电箱。照明控制方面由于上下位机间带有通信功能，下位机可对每一条输出回路进行单独开关和调压，从而实现灯具按不同要求进行分组开关的功能。

与传统供电方案相比，智慧供电系统具有以下几点优势:

1)减少电缆用量。

智慧供电方案采用远程控制下位机输出回路进行开关，可减少干线电缆数量，并且可大幅度减少电缆造价。

2)远程开关调压控制。

智慧供电上下端供电设备带有智能通信功能，可实现远程对下位机输出回路进行单独开关、调压控制，也可根据预先设定好的时间规则进行开关和调压。另外，在配备车辆监测装置后，可实现根据车流量自动进行开关和调压。下端设备开关和调压操作均不会影响监控设备正常运行。

3)按需供电。

在夜间关闭加强照明灯具后，为加强照明供电的上下端模块亦可以随灯具关闭，减少供电设备自身损耗。

4)电力监测和能耗监测功能。

上、下位机输入输出端均带有电力参数采集模块，下位机可对任意单独输出回路进行电力参数采集，并可采集自身运行状态和运行环境(温度、湿度)，通过上下端智能通信回路将数据传输至监控中心服务器，实现电力监控和能耗监测功能。

5)稳压功能。

上、下位机保证输出电压为稳定电压，下位机输出电压波动范围小于±2．5 V，输出电压稳定，延长了用电设备的使用寿命，降低了设备的维护费用。

6)不间断供电。

上端供电设备可配置蓄电池组，实现不间断供电，保证上端输入断电时用电设备的正常运转。

7)浪涌抑制。

上位机可隔离市电侧电网与用户侧电网，保证市电波动不对用户侧电网产生影响，同时，保证用户侧浪涌冲击不对市电产生影响，提高系统安全性。

8)系统功率因数补偿。

上位机可对供电系统进行功率因数补偿，降低系统无功损耗，功率因数补偿效果应不低于0．95。

4　智慧供电在高速公路的应用

4．1应用情况简介

进行智慧供电设计的内容主要针对隧道照明和监控的供配电。

隧道照明与监控设施供电，是在隧道洞口变电所配置智慧供电上端电源柜，加强基本照明回路输出单相3 300 V电压、应急照明回路和监控回路输出单相1 000 V电压至隧道内各下端电源箱，降压处理后为灯具及监控设备供电。

4．2应用案例分析

下面以某3 000 m的隧道为例，从经济性角度进行传统供电方案和智慧供电方案的对比。

1)传统供电方案。

3 000 m的隧道，供电方案为两端均设置变电所。传统供电方案采用低压380 V直供方式，由隧道洞口箱式变电站引380 V电，分为加强、基本、应急照明等多条回路，至隧道内照明配电箱，控制方式为低压开关柜统一开关回路。朝阳隧道传统供电回路图见图1。

2)智慧供电方案。

图1　朝阳隧道传统供电回路图

智慧供电具有远距离供电的优势，可仅在单侧变电所设置智慧供电上位机，处理后升压至3 300 V或1 000 V为隧道内所有灯具和监控设施供电。上位机分为加强基本照明上位机与应急照明、监控上位机，应急照明、监控上位机前端配置不间断供电柜。加强基本照明上位机经滤波、补偿、稳压等处理后输出3．3 kV单相电至隧道下位机，应急照明、隧道监控上位机经滤波、补偿、稳压等处理后输出1 kV单相电至隧道下位机，由下位机降压为220 V后再为灯具和监控设备供电。因为应急照明和监控下位机需配置应急电源，因此需单独作为一路接入应急照明或隧道监控的供电上位机。

下位机经降压后，输出单相交流220 V电压为灯具供电，各灯具分组情况与原方案相同，符合原方案控制方式。

图2　朝阳隧道智慧供电回路图

由图2可以看出，虽然隧道洞口两侧均设置有变电站，但分布式智慧供电有远距离供电的优势，可以只通过单侧供电来为隧道照明、监控系统提供电源。但因为分布式智慧供电下位机输出的是单相220 V的电源，不能为射流风机及车行横洞防火卷帘门提供电源，所以在隧道出口位置还需要保留隧道出口变电站，但规模有所降低。

3)造价对比分析见表1，表2。

通过以上工程量结合工程造价对比分析，隧道智慧供电方案比传统供电方案造价可节省约100万元，节省比例18．2%。

通过上述分析可知，智慧供电与传统供电方式相比，主要变化如下:

1)干线式供电，使供配电电缆长度大大降低;

2)3 300 V与1 000 V供电，延长可供电距离，降低电缆线径;

3)单相供配电，减少电缆芯数，降低工程造价;

4)自带数据集控功能，节省了电力监控费用;

5)低压柜直接出线至上位机，低压柜照明回路大大减少，减少低压柜数量;

6)用下位机替换了配电箱;

7)新增加一整套上位机柜。

表1　传统供电方案相关工程规模

表2　智慧供电方案相关工程规模

5　结语

分布式智慧供电比传统的供电方案在经济性方面有很大的优势。通过以上经济性比较可以得出结论，隧道越长，节能效果越明显。因为长大隧道采用两端供电，在同等供电距离的前提下，智慧供电采用单侧远距离供电，节省了一个变电站的上位机工程量，节约投资效果显而易见。

其实不仅仅在经济性方面，在其他方面也有一定的优势。例如:较380 V低压更容易实现的较远距离供电;单相电无需考虑三相负载平衡问题，降低设计和施工难度;可通过稳定电压和按需供电来提高设备寿命，减少设备损耗和维护费用;可通过抑制浪涌冲击来提高系统安全性等等。

在国家“建设节约型社会，实现可持续发展”战略的指导下，降低建设成本、提高运行质量、实现可持续发展是未来技术发展的必然要求。分布式智慧供电的产生正是这一理念发展的产物。如果这一技术能得到更多的推广，将为国家建设节约大量的建设成本，整体营运水平将得到大大提高。

中图分类号:TU852

文献标识码:A

文章编号:1009-6825(2016)17-0116-02

收稿日期:2016-04-06

作者简介:袁慧(1983-)，男，工程师

Application of wisdom power in highway

Yuan Hui
(TECH Traffic Engineering Group Co．，Ltd，Beijing 100083，China)

Abstract:According to the distribution features of tunnel electronic equipment，the paper compares and analyzes the advantages and disadvantages of the wisdom power-supply and regular power-supply scheme，and points out the wisdom power-supply system is more economical，so it has the realistic significance for the energy-saving and emission-reduction on roads and the application of the wisdom power-supply．

Key words:highway，wisdom power-supply，lighting，economical feature