智慧供電在高速公路中的應用探討

顧汶泰

（甘肅路橋飛宇交通設施有限責任公司，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絡為基礎，通過各項現(xiàn)代化的信息技術和控制方案來實現(xiàn)電網傳輸安全、高效和經濟的目的，同時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

高速公路具有與外界城市中各個區(qū)域緊密相連的交通和信息網絡，能夠快速、高效地到達城市其它區(qū)域，實現(xiàn)各區(qū)域間經濟發(fā)展的緊密結合和相互補充從而形成一個完整的經濟體系。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實現(xiàn)供電系統(tǒng)的智能監(jiān)控和控制，在現(xiàn)場部分設備不需要運行或降低光照度時，可以通過關閉部分回路或調節(jié)電壓的方式來實現(xiàn)，達到改善設備功率因數(shù)及降低無用功損耗的目的。該供電系統(tǒng)是通過在隧道口設置智慧供電上端電源柜輸出3300V和1000V電壓至隧道內各下端電源柜，下端電源柜再將3300V和1000V的輸入電壓進行減壓處理，使其轉變?yōu)閱雾?20V電壓從而為監(jiān)控設備、照明設備、動力設備系統(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達到減少設備損耗、降低維護費用和提高設備使用壽命的目的。

2 智慧供電與高速公路相結合的方式

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的低壓配電柜中，并通過低壓配電柜中的開關根據(jù)現(xiàn)場照明燈具的使用需求配置多條供電回路來進行控制，該供電方案需要在施工現(xiàn)場重復鋪設大量4芯電纜，在造成電纜浪費的同時還需要考慮380V相間電壓平衡問題。

高速公路智慧供電方案是在傳統(tǒng)供電方案的基礎上從以下幾個方面進行了改進：（1）在變電所380V供電線路到高速公路隧道內低壓配電柜進線端前方，增加了智慧供電上端電源柜將380V供電電壓進行升壓處理，有效降低遠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、重復鋪設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、降低工程造價；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)控終端設備和下端電源柜對每一條輸出回路的開關和電壓進行調節(jié)，滿足現(xiàn)場不同的使用需求。

2.2 智慧供電系統(tǒng)的優(yōu)點

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：（1）減少了電纜的使用量，智慧供電系統(tǒng)通過遠程通信功能控制下端電源柜開關，從而對輸出回路進行控制，有效減少了前期電纜鋪設的數(shù)量，因此能夠有效降低工程的造價。（2）遠程控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)供電方式是通過對低壓柜進行開關操作的方式實現(xiàn)對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備的智能通信功能，從智能監(jiān)控終端實現(xiàn)遠程對下端電源柜輸出回路進行開關和電壓調節(jié)的功能，同時隨著網絡大數(shù)據(jù)分析功能的逐漸完善和市場化應用程度的加深，可以在高速公路上配備車輛監(jiān)測裝置，通過對高速公路車流量的數(shù)據(jù)分析，并根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境的實際需求，在不影響監(jiān)控設備正常運行的情況下，對各輸出回路進行開關和電壓調節(jié)。（3）按照現(xiàn)場實際需求進行供電，在現(xiàn)場減少照明燈具后，可以同時關閉上下端電源柜的相應供電回路，以減少供電設備自身所帶來的電能損耗。（4）配備電力和能耗實時監(jiān)測系統(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，對各輸出回路的運行狀態(tài)、運行環(huán)境、電力數(shù)據(jù)傳輸回監(jiān)控中心，達到對電力和能耗的實時監(jiān)測。（5）實現(xiàn)對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，將電壓的波動范圍降低至±2.5V的范圍內，從而達到延長設備設施使用壽命、降低日常保養(yǎng)費用的目的。（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、蓄電池、雙回路供電等多種供電方式來實現(xiàn)現(xiàn)場用電設備和監(jiān)控設備的不間斷供電，從而將上端輸入供電斷電時帶來的影響降到最低。（7）為了有效防止高速公路傳統(tǒng)供電系統(tǒng)的高壓供電線路對電網造成影響，就需要增加隔離變壓器來實現(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，從而達到隔離變壓器的功能，同時有效防止市電的浪涌電流對整個現(xiàn)場設備設施造成的影響。（8）智慧供電系統(tǒng)能夠通過上端配電柜對整個供電系統(tǒng)進行功率因數(shù)補償，有效降低系統(tǒng)無用功的損耗，功率因數(shù)補償效果不應該低于0.95。

3 智慧供電與高速公路相結合的案例

3.1 案例介紹

本次案例分析以某高速公路當中4km隧道為例，對傳統(tǒng)供電和智慧供電方案的經濟性進行對比。

3.2 電纜鋪設方案對比

（1）傳統(tǒng)供電方案中，4km隧道兩側均需要設置變電所，對整個隧道的照明設備和監(jiān)控設備采用380V直供電，從隧道口380V電源的供電柜作為輸出回路電源，對現(xiàn)場照明設備、應急照明設備、監(jiān)控設備采用多回路供電的方式進行電纜的鋪設，并將其匯總至隧道內照明配電柜采用開關控制的形式進行開關。

（2）智慧供電方案中，只需要在4km隧道單側變電所中設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，來為隧道內所有照明設備和監(jiān)控設備進行供電，由于該供電方式具備遠距離供電優(yōu)勢，因此只需要采用單側供電方式進行電纜的鋪設，有效降低電纜的鋪設的工程量。

3.3 工程造價對比

（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進行對比分析，智慧供電方案比傳統(tǒng)供電方案工程造價降低約140萬元，節(jié)省金額比例為20.3%。

4 結語

智慧供電在高速公路中的應用具有重大影響，在項目實施的過程中，智慧供電系統(tǒng)可以通過基于傳統(tǒng)供電系統(tǒng)的基礎上，通過將供電電壓提升至3300V和1000V和單側干線供電的方式來達到延長供電距離，降低供配電電纜鋪設的長度、電纜線徑、減少電纜芯的數(shù)量，從而實現(xiàn)降低工程造價的目的。

智慧供電對高速公路產生了深遠的影響，在提升高速公路設備設施使用年限和降低維修費用，對高速公路傳統(tǒng)供電系統(tǒng)也起到了優(yōu)化的作用，使供電方案在現(xiàn)場實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)調發(fā)展不可分割，高速公路的照明設備、應急照明設備和監(jiān)控設備應充分利用智慧供電提供的技術資源和操作平臺，從中找出可以充分優(yōu)化的設計方案，提升高速公路的建設質量，達到有效降低施工成本和日常用電能耗的作用。