供電工程與變電站節能

一、前言
    供配電系統是高速公路機電工程四大系統之一，為收費、監控通訊、通風照明三大系統設施提供電源。供電系統規模與前期投資、后期能源消費密切關聯。本公司對多種供電模式做調查研究，在六潛高速公路大量的隧道得到應用。

二、隧道供電設計施工存在的問題
    1.從多地取電接電協調難度大
    山區高速公路通常有多座隧道，通常是一座隧道設計一座變電站，稍長的隧道設計兩座變電站，在一條路段上就有幾個到十幾個變電站要從不同的鄉、村接用電力，由于接電線路數量多、分布廣，建設單位協調工作量大。某些情況下，主體工程完工，臨時線路供電被中止，后續施工就沒有電源可用。

    2.供電線路故障率較高
    由于山區架空線路穿林越嶺，迂回曲折，因而由雷電風雨自然現象引起的故障難以預測；農村用電大都集中與同一時間段，因而電壓波動大；農村架空線路用戶多，一條線路往往接有幾個變壓器，其中多條線路往往都源于同一鄉站主變，有的就是農村公共線路的延伸。這些線路的管理都給路段營運管理增加了負擔。由用戶的人為因素引發的故障也屬常見現象。

    3.隧道變電站利用率低
    實際運行中，多數時間里很多變電站都是低負荷，甚至空載，這種現象引起功率因數低下，最終導致每月功率因數罰款，盡管用電量甚少也要支付高額基本電費。從調研情況看，對于節能問題，關注重點往往集中在變壓器質量、隧道照明方面，而變電站利用率低引起的后果未能引起注意。

    4.隧道備用電源投資大
    實際上隧道只能得到一路市電，備用電只能依靠柴油發電，如果按標準設計，備用電源投資較大。一般為了減少投資，通常不設柴油發電，或以昂貴的UPS、EPS替代，有的EPS都不用，完全沒有備用電。

三、供電與變電站節能技術研究
    1.調整供電工程設計程序
    為了避免前期供電設計與地方電網的不協調問題，減少重復建設返工浪費問題，本公司研究歸納供電設計與施工的優化程序如下：

 

采用優化程序，提前將供電線路一次建設到位，解決了歷史線路的申報與拆除等問題，有利于建設方和施工方。

    2. 擴展中壓供電范圍，實現一處接電多點用電
    （1）采用中壓電纜供電，中壓電纜自身具有高性能絕緣保護和防機械損傷保護，且敷設在相對安全的隧道電纜溝下層，遭受雷擊過電壓、機械力損害幾率低；而架空線路長距離暴露在高山大氣環境中，易發生事故。

    （2）集中建一個變電站，為相鄰變電站供電。在適宜位置建一座接受地方電力的變電站，利用隧道電纜溝作為電力通道，為幾個相鄰隧道變電站供電。如架空線路與中壓電纜方式相配合，可以更多地擴展中壓供電范圍，大幅減少地方電網的供電線路數量和長度。即可減少建設投資，又減少供電協調。

    （3）采用發電升壓技術為鄰近隧道提供備用電源，發電機一機多用
    通常長大隧道柴油發電機輸出電壓是400/230V，如果輸出電壓經升壓變壓器，升至10 KV電壓，就可以把備用電源一中壓方式送人鄰近隧道，構成一臺發電機為幾個隧道供電的備用電源模式。其經濟效益和安全保障得到改善。

    （4）直流供電LED燈與直流電源配套應用
    隨著大功率LED技術的快速發展，LED燈用于隧道基本照明越來越多。LED燈光源是由直流供電的，由于隧道只有交流電源，廠家設計交流與直流變換裝置，變換裝置增加了功耗和成本。本公司研究認為：對于中短隧道可以利用太陽能輸出的直流，直接給直流LED燈供電，免去了太陽能直流轉換交流環節以及LED交流轉換直流的環節的技術復雜性。如果再配以市電供電的直流電源補充，將構建一套小型不間斷供電系統，使太陽能在隧道照明中得到充分利用。這一方案已在六潛高速獅子尖隧道應用。