1、埋地变地下式变压器方案埋地变在特长隧道中的优点及方案由于高速公路隧道的自身特点，使其对供电的要求有别于一般的丄业和民用供配电系 统，其用电设备多，且呈线性分布，电压质量要求高，同时随着多个长隧道的相对集中控 制，其用电负荷以及供配电设备的数量增加较大。采用何种供配电方式以及如何对其相对 集中控制和节约电能的研究具有一定的意义。国外对于隧道及其所处的高速公路等长距离、 分散性负荷已经逐渐开始采用中压电能传输技术，依鼎配电设备及继电保护进行配电网络 运行自动化的方法9这样结合隧道的特点可以更好的为其提供一个良好的运营环境。对于隧道这种比较特殊的负荷，将其作为一个配电整体进行考虑，统一为其进行 电能
2、传输及分配，在整个负荷区域内采用中压电能传输技术，在负荷相对集中点釆用小容 量、能耗较低的埋地式变压器代替能耗较大的低压供配电方武。为隧道供配电工程提供一 种节省能源，节省投资，便于运营管理的供电方案将是一个发展趋势。1隧道供配电系统 1.1公路隧道供配电系统概述公路隧道内设置有通风、照明、监控、消防报警等设施，要求供电系统无故障运 行以保证隧道运营的高度安全。公路隧道供电一般要求有外电源和一套自备电源，在外电 源发生故障的悄况下，自备电源能够接替主电源的供电功能。1.2公路隧道供配电系统要求隧道供配电系统应满足以下要求:（1）安全性，是指电能在隧道各系统的供应、分配和使用过程中，不应发生任何
3、 人身伤亡事故、设备损坏事故和山电能引起的其它事故。（2）可幕性，是指电能的供应与分配满足隧道各机电系统对不中断供电的要求。 隧道供配电系统一般按一级负荷配置，对重要系统采取不停电的供电措施，如采用自备发 电机组或UPS等。（3）优质性，是指应满足机电系统设备对供电电压、频率.波形、电流等参数的 质量要求，其电压偏差应在5%以内。（4）经济性，是指在满足隧道负荷用电要求的前提下，系统的建设成本和运行费 用低，利用效率高，尽可能地节约电能和减少用于输送电能的传输线路中有色金属的消耗 量。13公路隧道的电力负荷根据公路隧道设计规范中的规定及要求，隧道通风、照明、监控、消防等重 要电力负荷为一级负荷
4、，应由两路电源供电，同时还应设置独立的备用电源和应急电源， 隧道内主要电力负荷有：（1）通风系统（2）照明系统（3）监控系统（4）消防系统（5） 生活用电1.4公路隧道供配电系统构成公路隧道供配电系统一般山变电站、供电系统、低压配电线路、不间断电源系统 （UPS）、防雷和接地系统、无功补偿装置组成。2中压电能传输技术 2.1各种配电网络损耗分析长期以来，对于配电网降损采取的常用措施有：采用节能型变压器，提高负荷功 率因数，增大导线截面等。通过比较，发现尽管采取以上措施短期内对降低配电网损耗、 提高电压质量有一定好处，但在现有配电模式下满足负荷发展的能力差。其原因在于现有 配电模式中配电变压器供
5、电范圉过大，低压线路供电半径过长。采取变压器小容量、多布 点、缩短低压线供电距离的供电模式比釆取上述降损描施更具优越性，且能较好的满足负 荷发展的需求。现以如图2.1所示的简单典型配电网络，变压器、线路参数为例进行降损措施计算 比较，汁算结果如表2.1所示。IJ-05 50m lOOkVA (cojiO 0用)S7 型 400kVAI CID I W mLJ9550mIftOkVA (g$J 护CT I 宅华侃护CT234中压配电系统的保护与接地中压配电系统具有较完善的保护措施，具体如下所示:（1）采用负荷开关加熔断器环网柜，是把控制和保护两个功能分开，既发挥了设 备的能力，乂达到了经济、合理
6、的目的。（2）设计断电保护、过电流保护与接地故障保护。接地故障保护主要是为了防止 电网发生接地故障引起火灾或人身安全事故。（3）配电系统的过载保护山设在变压器绕组内部的热敬元件实现，保护可鼎有效。 埋地式变压器一次侧熔断器熔体电流取变压器IN的216倍，视具体尖峰电流悄况而定。（4）对于连续长隧道及其配套系列工程供电要求更高，因而，在中压输电系统中 为了系统的可鼎性和安全性，系统设置以下各级保护共有7级保护。2.4中压网络接线方式2.4.1电缆单环网电缆单环网是通过末端线路之间的直接连接，实现环网接线，如图2.5所示。电缆 单环网接线简单、运行灵活，有利于配电网络扩展和配网自动化建设。适用于供
7、电可鼎性 要求高、负荷密度较低的配电网络。242电缆双环网电缆双环网是电缆单环网的组合，利用二回电缆线路，通过同一开闭所的不同母 线，形成手拉手供电网络，实行双环网接线，如图2.6所示。电缆双环网具有接线完善、 运行灵活、供电可鼎性奇、但投资比单环网增加一倍，一般适用双电源供电的重要用户或 供电可靠性要求较高的配电网络。ISVMTN；0fcV7 IJ II图2.5电缆单环网埋地式变常规配电箱式变电站丿土器室形式特点小容量、分容量大、集容量较大散供电中供电设备免维免维护性修、维护工作量设备维修、设备维修、维护小维护工作量大工作量大占地面积0140胪30 m2运行条件地下运行室内运行户外运行与周边
8、环境协协调性很较难与周较不协调调性好ffl环境协调232中压电缆选择1 ip 4 4IIIT3图2.6电缆双环网243双电源双T形接线双电源双T形接线方式lOkV系统运行灵活，操作简单，如图2.7所示。lOkV系统 因是两个电源，有备用线路，能够保证不间断供电。但变圧器及低压系统无备用电源，不 能保障供电的可鼎性。此种接线方或尽量地减少了电缆的使用量，减少了投资。244双电源双T形两变压器接线双电源双T形两变压器接线方式，这种接线方式既有T形接线的优点，节省电力 电缆的用量，运行方式灵活，乂可使变压器和低压配电系统有备用，是一种高可靠性的接 线方式如图2.8所示4。ll)kV711y(Ia &
9、rrnWV T ITNT rrn图2.7T图2.8双电源双T形两变压器接线3中压电能传输技术在工程实例中的应用3.1秦岭特长隧道原供配电系统概况以秦岭特长隧道为例进行分析，秦岭特长隧道包括I号，c号，m号特长隧道, 是西汉速公路的关键丄程。为了保证秦岭隧道的供电，秦岭隧道架设两路llOkV独立电源供电，秦岭隧道负 荷为一级负荷，在I号和II号隧道之间的七亩坪建一个终端型变电站，总变电站负责I号, n号，ni号三座特长隧道及道路沿线所有设施的供电，并负责隧道管理所及生活设施的供 电。总变电站共负责15座变电所的lOkV供电，变压器总容量18690kVA。山于电力变压器不宜轻载运行，电力变压器一次
10、侧功率因数不仅与负荷的功率因 数有关，而且与负荷率有关。所以电力变压器在负荷率为60%以上运行时才较经济，一般 在75%80%比较合适。隧道用电负荷主要为照明系统和通风系统，且其并不是一直满负荷 运行，致使变压器经常处于轻负荷运行，即所谓的大马拉小车，同时考虑到原方案为了降 低电压损失，而增大电缆截面，使得系统损耗和投资费用增大,考虑中压电能传输技术较传 统低压供配电方式的优越性，ra此应用中压技术进行设计。3.2中压供电方案设计新方案使用原方案的输变电系统，应用原总变电站，对秦岭I号，c号，ni号统 一考虑，统一划分供电区域，进一步简化了中压连接电路，釆用可靠稳定的环网供电结构, 中压电缆在
11、隧道全线敷设，将低压回路的供电半径控制在200m以内。结合实际工程悄况, 做出具体供电方案如下，其配电系统图如图3.1所示。（1）该方案将全线用电负荷分为两个区域，沿用原输变电系统，在I号，II号隧 道之间的建一个终端型变电站，经llOkV/lOkV降压变电所降压后，引dllOkV线路，lOkV 配电母线采用单母线分段连接，中间设联络开关，联络开关考虑手动操作，具有自动投入 功能，自动投入功能也考虑在计算机监控范圉内，系统保护元件采用真空断路器。（2）在两区域中间设环网柜，环网柜具有电动/自动操作机构，配上RTU后即可 实现远动及配电自动化，使得去I号和C号两个方向的电源互为备用，平常运行过程
12、中， 环网柜是开环运行，作为联络开关，这样当某路电源故障时，通过智能开关设备将故障段 隔开，山另一路lOkV电源作为备用电源为故障电源所辖区域用电设备供电，用电设备的可 鼎性也较高。（3）取消隧道车行横洞内的变电所洞室，将大容量变压器分割为多个小容量的埋 地式变压器，将埋地式变压器放置在隧道侧壁的预留配电洞室内，引出lOkV电缆并与埋地 式变压器连接，埋地式变压器间通过手拉手方式形成单环网供电方式，该方案中的两个区 域供电是相对独立的，所外引的各自用电负荷容量仅仅考虑各本区域用电负荷及另一区域 一级用电负荷的容量，而不是分别为另一个负荷区域内所有用电负荷做一对一的完全备份。（4）电缆线路接线方
13、式采用电缆单环网，简化系统接线，对于相邻环网线路中任 一段电缆线路或环网单元故障时，可通过短时间的分段开关切换，很快恢复环网单元供电, 提高了配电网络供电可鼎性。在两个供电区域中只是对一级负荷作备份，并不是对全部负 荷做备份，lOkV电力电缆传输容量将大大减少，电缆截面可以适当减小，节省电缆初期投 资，两个供电区域有一定程度的互相备份。1号隧道订.去11号.III号隧道 巫环亦lOkV】OkV1号电源2号电源图31中压配电干线系统图3.3中压供电与传统低压比较分析采用中压供配电系统，并配以供配电监控管理系统后，取消整个隧道全线隧道内 变电所，取消变电所内的值班人员，通过监控管理系统对电力负荷实
14、现统一调度。对于低 压供电与中压供电的比较，不管是从前期投资情况，还是后期的运营费用，中压供电技术 都有其优势，对于采用中压技术后，秦岭隧道内变电所上建费用则可以节省，从变电所到 配电点的部分低压电缆等也可以节省，表3.1为低压和中压供电的后期运行费用的比较。表34低压和中压供电的后期运行费用比较比较项U低压供电中压供电线路损耗较高较低变压器损耗.A -咼约小20%维护管理人员需要较多的人员需要较少的人员年维护费用咼低用电悄况电能质量供电可靠，安全，埋地差，安全性差变免维护4结语本文对中压电能传输技术进行详细分析，并结合秦岭特长隧道实际工程案例进行 中压电能传输供配电方式设计。通过对比分析，与
15、传统供配电方式相比，中压传输技术有 以下优势：（1）技术设计理念先进，整个工程的供配电为一个完整的系统，中压系统具有很 高的可鼎性和很好的扩展性，并具备较长的免维护周期，中压系统的设备故障率也小于低 压设备的故障率，且便于今后的运行、维护、管理。（2）应用中压供电，电能损耗小，同时电能质量高，完全满足隧道内照明系统对 电压的要求，中压电能传输系统接线简单明了，运行灵活，最大程度减少了地面设施，其 符合我国电网改造的“小容量、短半径、密布点的发展方向。（3）虽增加了中压电缆和埋地武变压器的投资，但节约了低压电缆及变电所土建 和相关的设备投资，并减少系统损耗,可降低部分工程造价。节省工程投资约在10%30%, 同时可大大减少变电所和值班人员数量，降低运营管理费用。（4）供电电源取自地方的高压供电主干网，避免了与地方在用电问题上的矛盾， 减少了停电和供配电故障，保证了用电负荷内部设备的用电质量，也有利于整体降低电价, 减少电费开支。（5）配合电力监控系统的使用，整体的自动化水平高，便于挖制管理和维护。
