顧汶泰

（甘肅路橋飛宇交通設(shè)施有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730020）

高速公路智慧供電是指在高速公路上建立雙向集成化通訊網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過各項(xiàng)現(xiàn)代化的信息技術(shù)和控制方案來(lái)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)傳輸安全、高效和經(jīng)濟(jì)的目的，同時(shí)也允許各種能夠滿足高速公路使用需求的不同發(fā)電形式接入，以提高高速公路用電的穩(wěn)定性。

1 智慧供電的特點(diǎn)

高速公路具有與外界城市中各個(gè)區(qū)域緊密相連的交通和信息網(wǎng)絡(luò)，能夠快速、高效地到達(dá)城市其它區(qū)域，實(shí)現(xiàn)各區(qū)域間經(jīng)濟(jì)發(fā)展的緊密結(jié)合和相互補(bǔ)充從而形成一個(gè)完整的經(jīng)濟(jì)體系。智慧供電是一種全新的高速公路供電模式，其主要作用是隧道監(jiān)控和隧道照明供電的控制，該供電方式是通過上下端電源來(lái)實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的智能監(jiān)控和控制，在現(xiàn)場(chǎng)部分設(shè)備不需要運(yùn)行或降低光照度時(shí)，可以通過關(guān)閉部分回路或調(diào)節(jié)電壓的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，達(dá)到改善設(shè)備功率因數(shù)及降低無(wú)用功損耗的目的。該供電系統(tǒng)是通過在隧道口設(shè)置智慧供電上端電源柜輸出3300V和1000V電壓至隧道內(nèi)各下端電源柜，下端電源柜再將3300V和1000V的輸入電壓進(jìn)行減壓處理，使其轉(zhuǎn)變?yōu)閱雾?xiàng)220V電壓從而為監(jiān)控設(shè)備、照明設(shè)備、動(dòng)力設(shè)備系統(tǒng)供電，分布式智慧供電比起傳統(tǒng)供電能夠通過穩(wěn)定電壓和按需供電的方式來(lái)達(dá)到減少設(shè)備損耗、降低維護(hù)費(fèi)用和提高設(shè)備使用壽命的目的。

2 智慧供電與高速公路相結(jié)合的方式

2.1 建立智慧供電方案

高速公路傳統(tǒng)供電方案是從變電所將380V供電線路直接引至高速公路隧道內(nèi)的低壓配電柜中，并通過低壓配電柜中的開關(guān)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)照明燈具的使用需求配置多條供電回路來(lái)進(jìn)行控制，該供電方案需要在施工現(xiàn)場(chǎng)重復(fù)鋪設(shè)大量4芯電纜，在造成電纜浪費(fèi)的同時(shí)還需要考慮380V相間電壓平衡問題。

高速公路智慧供電方案是在傳統(tǒng)供電方案的基礎(chǔ)上從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)：（1）在變電所380V供電線路到高速公路隧道內(nèi)低壓配電柜進(jìn)線端前方，增加了智慧供電上端電源柜將380V供電電壓進(jìn)行升壓處理，有效降低遠(yuǎn)距離供電傳輸線路中線損。（2）從智慧供電上端電源柜采用單洞輸出兩條供電回路的方式至下端電源柜，該供電方式有效改善傳統(tǒng)供電方式中大量、重復(fù)鋪設(shè)4芯電纜的施工方式，一方面有效減少電纜的使用量、避免電纜的浪費(fèi)、降低工程造價(jià)；另一方面有效解決了380V供電線路相間電壓平衡問題。（3）在上下端電源柜之間的電源線路中帶有通信功能，能夠通過智能監(jiān)控終端設(shè)備和下端電源柜對(duì)每一條輸出回路的開關(guān)和電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足現(xiàn)場(chǎng)不同的使用需求。

2.2 智慧供電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

智慧供電系統(tǒng)與傳統(tǒng)供電系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）減少了電纜的使用量，智慧供電系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程通信功能控制下端電源柜開關(guān)，從而對(duì)輸出回路進(jìn)行控制，有效減少了前期電纜鋪設(shè)的數(shù)量，因此能夠有效降低工程的造價(jià)。（2）遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)供電方式是通過對(duì)低壓柜進(jìn)行開關(guān)操作的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出回路的有效控制。智慧供電系統(tǒng)則是通過上下端供電設(shè)備的智能通信功能，從智能監(jiān)控終端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)下端電源柜輸出回路進(jìn)行開關(guān)和電壓調(diào)節(jié)的功能，同時(shí)隨著網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)分析功能的逐漸完善和市場(chǎng)化應(yīng)用程度的加深，可以在高速公路上配備車輛監(jiān)測(cè)裝置，通過對(duì)高速公路車流量的數(shù)據(jù)分析，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的實(shí)際需求，在不影響監(jiān)控設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，對(duì)各輸出回路進(jìn)行開關(guān)和電壓調(diào)節(jié)。（3）按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求進(jìn)行供電，在現(xiàn)場(chǎng)減少照明燈具后，可以同時(shí)關(guān)閉上下端電源柜的相應(yīng)供電回路，以減少供電設(shè)備自身所帶來(lái)的電能損耗。（4）配備電力和能耗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，智慧供電系統(tǒng)能夠通過給上下端電源柜安裝電力數(shù)據(jù)采集模塊，對(duì)各輸出回路的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行環(huán)境、電力數(shù)據(jù)傳輸回監(jiān)控中心，達(dá)到對(duì)電力和能耗的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。（5）實(shí)現(xiàn)對(duì)供電回路和輸出回路的穩(wěn)壓功能，智慧供電系統(tǒng)在確保上下端電源柜輸出回路電壓穩(wěn)定的情況下，將電壓的波動(dòng)范圍降低至±2.5V的范圍內(nèi)，從而達(dá)到延長(zhǎng)設(shè)備設(shè)施使用壽命、降低日常保養(yǎng)費(fèi)用的目的。（6）備用供電系統(tǒng)，智慧供電系統(tǒng)能夠在上端電源柜輸入回路配置發(fā)電機(jī)、蓄電池、雙回路供電等多種供電方式來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)用電設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備的不間斷供電，從而將上端輸入供電斷電時(shí)帶來(lái)的影響降到最低。（7）為了有效防止高速公路傳統(tǒng)供電系統(tǒng)的高壓供電線路對(duì)電網(wǎng)造成影響，就需要增加隔離變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)，但在高速公路智慧供電系統(tǒng)中，通過供電系統(tǒng)的核心處理功能將兩者分隔開來(lái)，從而達(dá)到隔離變壓器的功能，同時(shí)有效防止市電的浪涌電流對(duì)整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備設(shè)施造成的影響。（8）智慧供電系統(tǒng)能夠通過上端配電柜對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償，有效降低系統(tǒng)無(wú)用功的損耗，功率因數(shù)補(bǔ)償效果不應(yīng)該低于0.95。

3 智慧供電與高速公路相結(jié)合的案例

3.1 案例介紹

本次案例分析以某高速公路當(dāng)中4km隧道為例，對(duì)傳統(tǒng)供電和智慧供電方案的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對(duì)比。

3.2 電纜鋪設(shè)方案對(duì)比

（1）傳統(tǒng)供電方案中，4km隧道兩側(cè)均需要設(shè)置變電所，對(duì)整個(gè)隧道的照明設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備采用380V直供電，從隧道口380V電源的供電柜作為輸出回路電源，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)照明設(shè)備、應(yīng)急照明設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備采用多回路供電的方式進(jìn)行電纜的鋪設(shè)，并將其匯總至隧道內(nèi)照明配電柜采用開關(guān)控制的形式進(jìn)行開關(guān)。

（2）智慧供電方案中，只需要在4km隧道單側(cè)變電所中設(shè)置智慧供電上端電源柜，將380V輸出電源升壓至3300V或1000V，再通過采用單洞輸出兩條供電回路的方式至下端電源柜，智慧供電下端電源柜將輸入電源電壓降至220V輸出回路電源，來(lái)為隧道內(nèi)所有照明設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行供電，由于該供電方式具備遠(yuǎn)距離供電優(yōu)勢(shì)，因此只需要采用單側(cè)供電方式進(jìn)行電纜的鋪設(shè)，有效降低電纜的鋪設(shè)的工程量。

3.3 工程造價(jià)對(duì)比

（1）傳統(tǒng)供電方案工程量數(shù)據(jù)分析情況如表1。

表1 傳統(tǒng)供電方案工程量數(shù)據(jù)分析

（2）智慧供電方案工程量數(shù)據(jù)分析情況如表2。

表2 智慧供電方案工程量數(shù)據(jù)分析

通過以上兩種供電系統(tǒng)工程量核算出的工程造價(jià)進(jìn)行對(duì)比分析，智慧供電方案比傳統(tǒng)供電方案工程造價(jià)降低約140萬(wàn)元，節(jié)省金額比例為20.3%。

4 結(jié)語(yǔ)

智慧供電在高速公路中的應(yīng)用具有重大影響，在項(xiàng)目實(shí)施的過程中，智慧供電系統(tǒng)可以通過基于傳統(tǒng)供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過將供電電壓提升至3300V和1000V和單側(cè)干線供電的方式來(lái)達(dá)到延長(zhǎng)供電距離，降低供配電電纜鋪設(shè)的長(zhǎng)度、電纜線徑、減少電纜芯的數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)降低工程造價(jià)的目的。

智慧供電對(duì)高速公路產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，在提升高速公路設(shè)備設(shè)施使用年限和降低維修費(fèi)用，對(duì)高速公路傳統(tǒng)供電系統(tǒng)也起到了優(yōu)化的作用，使供電方案在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用過程中起到有效的節(jié)能降耗作用。智慧供電與高速公路的協(xié)調(diào)發(fā)展不可分割，高速公路的照明設(shè)備、應(yīng)急照明設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備應(yīng)充分利用智慧供電提供的技術(shù)資源和操作平臺(tái)，從中找出可以充分優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，提升高速公路的建設(shè)質(zhì)量，達(dá)到有效降低施工成本和日常用電能耗的作用。