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摘要：经济的发展，城镇化进程的加快，汽车保有量的不断增长，促进高速公路建设项目的增多。当前为了选线最优化很多地形复杂的山区高速公路都通过修建隧道来解决路线问题，随着公路建筑技术不断提升，我们以桥隧为主的高速公路路段还将不断增加，公路隧道供配电系统就是为隧道内监控通信、照明、通风、消防及火灾报警等设施提供可靠电源。本文就高速公路隧道供配电系统设计中存在的问题展开探讨。
关键词：高速公路；隧道；供配电系统
引言
目前，随着高速公路工程建设范围不断扩大，在山岭重丘地区需要修建长隧道乃至特长隧道的情况越发普遍，隧道内的监控通信、照明、通风、消防、火灾报警设备均为二级及其以上负荷等级，这对公路隧道供配电系统的可靠性提出了较高要求。所以，供配电系统设计时需对隧道内的不同设备电源需求进行详细分析，制定可靠的供配电方案，确保隧道内各机电设备完好运行，保证高速概述的行车安全。
1隧道内用电设备的分类
1.1监控通信系统
隧道内的车道指示器、监控摄像机、事件检测器、紧急电话、标志灯箱等对隧道内行车安全具有重要意义，尤其是在出线交通异常和事故的情况下，对于交通流的疏导、现场救援等具有指导性作用，必须保证隧道监控通信设备的用电可靠性。
1.2照明系统
照明系统作为保障隧道行车安全最基础也是最重要的一个部分，由于其需要在隧道内通长设置，应急照明灯具正常情况下24小时全开，且隧道内亮度需求与洞外亮度密切相关，在保证行车安全的情况下，节能环保也是设计工作中需要重点考虑的。因此，设置合理可靠的照明供配电系统是很有必要的。
1.3通风系统
通风系统的主要作用是根据隧道内设置的一氧化碳浓度检测器和风速风向检测器采集的数据进行分析，当隧道的一氧化碳含量超标的时候，控制风机运行降低一氧化碳浓度，降低隧道空气中的有害气体含量，为司机提供一个健康的隧道环境；且当隧道内发生火灾时，风机启动排烟，降低隧道内的烟尘浓度。不同工况下，隧道内开启的风机数量差别较大，因此设计合理的隧道风机供配电回路及控制方式，对于供配电系统节能具有重大意义。
1.4消防系统
消防系统是机电系统的重要构成要素，特别是长隧道更应该设计完备的消防系统，与隧道监控、火灾报警系统等配合，保障隧道的安全防护。当隧道内发生火灾时，消防设施用于进行灭火，减少火灾造成的损失，保护人身和财产安全。
1.5火灾报警系统
火灾报警子系统用于隧道内发生火灾时，自动或人工发出紧急信号，迅速通告监控分中心，请求灭火、救援等活动。火灾报警子系统应能及时、准确的反映出隧道内火灾发生的地点，报警信号经火灾报警控制器传至监控分中心工作站，并在工作站上显示相应位置的报警信息，同时可自动切换事故地点附近的摄像机图像进行确认，由监控分中心计算机系统制定出相应的控制交通的方案，包括启动照明、通风、灭火系统、调整各外场设备的信息等，以便快速、有序的疏导隧道内的车辆和人员，保证隧道的安全运营。
2现存隧道供配电系统设计的问题
2.1变压器容量选择不合理
在公路隧道供配电设计中如何选择变压器是一个非常重要的问题，通常在设计过程中都是根据计算负荷，结合不同设备运行需求，来选择变压器的。通常情况下隧道里面设置两个变电器，当一个变电器发生故障之后，由另一个承担全部负荷运行，这种方法应用广泛，但是在使用中还是有些不足之处，需要我们引起重视。
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（1）日常隧道用电主要是应用在监控、照明和通风上面，通风设备在使用中，其频率往往具有阶段性的特点，所以我们应该根据实际的运行数据分析以阶段性设计为主，比如，在交通流量较低的时候通风设备的电力运行负荷较低，随着交通流量的不断增加，其负荷也会逐渐增加，由于运行负荷的差异，就极可能出现上千瓦的差值，所以，我门在交通流量低的时候使用交通流量高的变压器必然会造成资源的浪费，为国家经济发展带来不利的影响。
（2）由于变压器的载荷率是出于波动中的，实际使用中变压器的负荷占其额定容量的60%左右时效率最高，当负荷小于其容量的30%时，出现“大马拉小车”的现象，变压器的铁损和无功损耗过大，负荷接近其容量的100%时，其铜损就会明显增加。因此，变压器的常用负荷应占其容量的40%～70%比较经济，最好在60%左右，才能使变压器工作在高效率的区域内，做到变压器的经济运行。上面说了变压器的常用负荷应占其容量的60%左右，那么在排灌线路如何根据电动机的负荷确定变压器的容量呢？在实际运行中负荷率不可能是一个固定值，另外还需考虑变压器的基本电价（变压器容量越大，契约电力越大，则用户要交的基本电费也越多），因此，选择的变压器容量应略高于变压器的最高负荷率，一般以75%～90%为宜，选择80%较为符合实际运行情况。
2.2变压器保护装置选择不合理
高速公路供配电设计进行之初，最常使用断路器对变压器开展保护，使用负荷开关加熔断器的时候则偏少。部分设计人员始终认为断路器的保护效果要好于负荷开关加熔断器。但是国外的配电设置中，出现负荷开关切换短路电流设计的情况十分常见，而不是优先采用断路器，原因是断路器的内部结构极为复杂、造价也极高，且负荷开关加熔断器的运行模式通过分离控制的方式能让其保护功能增大。相较于传统的继电保护，加上燃弧和启动时间，能判定一次开断时间基本是在60豪秒以上，而限流熔断器能具有更好的速断性功能，所以能在更短的时间内将短路电流切断，从而能让变压器得到更好的保护。
2.3失压脱扣装置的选取不实际
在高速公路隧道供配电设计中失压脱扣装置的选取也是十分重要的，一些设计人员由于常规习惯选择低压断路器失压脱扣装置，其主要目的是为了在市电停电的情况下，关闭不重要的电力负荷，确保主线路的正常电路供应，但是这种方法的弊端是，如果电力恢复之后，设备不能自行启动需要人工合闸，为电力的输送工作带来了极大的不便。另一方面，由于失压脱扣装置长时间通电还将造成资源浪费，在一些地理气候比较潮湿的隧道中，失压脱扣出现损坏的概率还将不断提高。基于此，我们可以采用分段母线分别配置主要电力线路和非主要电力线路。这样，即使在失去市电供应的情况下，我们通过切断非主要电力线路的断路器就可以实现对于主要电力线路的集中持续供电。
2.4高速公路隧道应急电源配置
从当前高速公路隧道工程基本建设现状来看，需要根据负荷等级要求设置应急电源系统，以保证隧道内机电设备的安全有效运行，从而保障行车安全，并能可靠应对事故、火灾等各类紧急工况。高速公路隧道内，应急照明设施、电光标志、交通监控设施、通风及照明控制设施、紧急呼叫设施、火灾监测与报警设施、中央控制设施等均为一级负荷中特别重要负荷，应设置不间断电源装置或应急电源装置作为应急电源。设计中，应根据上述不同负荷允许中断供电时间，合理选择应急电源类型，在保证供电可靠性的前提下，进一步降低建设投资成本。应急照明、电光标志宜选用EPS作为应急电源，监控、通信及火灾报警、控制系统等应选用UPS作为应急电源。
结语
总而言之，高速公路隧道供配电系统在整个隧道的建设和运营中，承担着至关重要的作用。因此，在对高速公路隧道供配电系统进行设计时，需要根据实际情况，仔细考量，才能建设出高效运转的系统，保障高速公路隧道行车安全。
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论文作者:卢聪
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第6期
论文发表时间:2019/5/6
标签：隧道论文; 负荷论文; 变压器论文; 高速公路论文; 供配电论文; 火灾论文; 系统论文; 《建筑模拟》2019年第6期论文;