淺析大橋高速供電系統(tǒng)改造升級(jí)模式
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【關(guān)鍵詞】高速公路；供電；改造
引言
作為機(jī)電系統(tǒng)的“主動(dòng)脈”，高速公路供電系統(tǒng)是監(jiān)控、通信、收費(fèi)業(yè)務(wù)能夠穩(wěn)定運(yùn)行的保障，保證了所有設(shè)備的供電和正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，針對(duì)老舊供電系統(tǒng)的改造升級(jí)，應(yīng)該兼顧“設(shè)計(jì)可靠性、技術(shù)安全性、技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)合理性”四大原則，綜合考慮地理位置及沿線電網(wǎng)分布特點(diǎn)，統(tǒng)籌全面地進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)。
1虎門(mén)大橋高速及其供電系統(tǒng)現(xiàn)狀
虎門(mén)大橋高速全長(zhǎng)11.16km，全線大中橋梁共長(zhǎng)6011.5m，有單向隧道3座，互通立交兩處。作為高速公路，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為雙向六車道，車速120km/h，最大日通車能力為120000輛。項(xiàng)目連接了珠江東岸和珠江西岸，作為廣東省東、西翼的重要交通樞紐，它貫穿了深圳、珠海、香港、澳門(mén)，是粵港澳大灣區(qū)的交通咽喉?；㈤T(mén)大橋自建成以來(lái)，東莞、深圳及粵東地區(qū)到珠海、中山粵西地區(qū)無(wú)須像以前一樣繞道，行車?yán)锍炭s短120km，它的存在對(duì)大灣區(qū)的騰飛和全省經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展有十分重要的戰(zhàn)略意義。自1997年通車以來(lái)，虎門(mén)大橋高速已經(jīng)經(jīng)過(guò)了20余年的運(yùn)行，從供電設(shè)備的角度來(lái)看，已經(jīng)大幅超過(guò)了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)壽命。另一方面，隨著供電產(chǎn)品的更新?lián)Q代與逐步升級(jí)，原有供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和設(shè)備功能等已經(jīng)不能滿足項(xiàng)目的實(shí)際使用需要，所以對(duì)虎門(mén)大橋高速的供電系統(tǒng)進(jìn)行整體的改造升級(jí)勢(shì)在必行。
2供電系統(tǒng)改造升級(jí)模式研究
2.1痛點(diǎn)分析及問(wèn)題解決
改造升級(jí)工程的首要任務(wù)是對(duì)高速公路供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行深度摸查，整體分析，發(fā)現(xiàn)痛點(diǎn)并合理規(guī)劃，統(tǒng)籌解決。痛點(diǎn)一：現(xiàn)狀供電系統(tǒng)的可靠性過(guò)低。本項(xiàng)目為高速公路，各類設(shè)施非常復(fù)雜，不但有特大橋，還有隧道及各類沿線外場(chǎng)設(shè)施，但全線用電點(diǎn)僅從同一單回路10kV引入，而非目前主流的“逢點(diǎn)設(shè)站，各點(diǎn)獨(dú)立”供電模式。本項(xiàng)目單線10kV供電方式中各用電點(diǎn)為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，供電可靠性非常低，一旦上級(jí)或者上游市電部分出現(xiàn)故障或者開(kāi)關(guān)元件動(dòng)作，則下級(jí)或下游所有用電點(diǎn)均無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常供電，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，經(jīng)常出現(xiàn)虎門(mén)大橋公用電纜分接箱處開(kāi)關(guān)元件動(dòng)作導(dǎo)致全線停電的情況，造成業(yè)務(wù)停擺，大規(guī)模堵車。解決思路一：全線從供電源頭處引入第二路10kV回路，即從10kV虎門(mén)大橋公用電纜分接箱這一重要節(jié)點(diǎn)處引入另一路10kV回路以增加全線供電可靠性。與此同時(shí)，在各供電點(diǎn)再分別單獨(dú)引入10kV回路，各點(diǎn)單獨(dú)進(jìn)線，不再相互串聯(lián)。此方案可完全解決虎門(mén)大橋供電系統(tǒng)“牽一發(fā)而動(dòng)全身，上級(jí)斷電，下級(jí)全斷電”的現(xiàn)狀，但該方案投資很大，停電施工時(shí)間很長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)性較差。此外，周邊10kV線路大概率可能引自同一上級(jí)配電站，很容易出現(xiàn)“假雙回路”情況，即兩路10kV同時(shí)停電的故障。解決思路二：全線沿用目前的供電結(jié)構(gòu)保持不變，將項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)用在增強(qiáng)目前老舊設(shè)備的可靠性上，通過(guò)完善上下級(jí)設(shè)備之間的供電、故障配合，提高供電系統(tǒng)的整體供電可靠性。此方案可基本上解決虎門(mén)大橋供電系統(tǒng)故障多，故障點(diǎn)不易排查的問(wèn)題，且方案經(jīng)濟(jì)性較好，施工停電的時(shí)間很短。另一方面，相比其他如全線中壓供電[1]改造等，該方案也可完美兼容日后10kV雙回路方案的實(shí)施可行性，即便遠(yuǎn)期引入第二條10kV回路，也可以避免重復(fù)投資。綜上所述，在供電模式改造升級(jí)的宏觀層面，最優(yōu)解為對(duì)各供電節(jié)點(diǎn)進(jìn)行可靠性提升[2]，即解決思路二，同時(shí)預(yù)留遠(yuǎn)期雙電源10kV線路接入的可能性和條件[3]。痛點(diǎn)二：現(xiàn)狀虎門(mén)大橋供電系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)設(shè)備配合效果不佳。目前，項(xiàng)目高壓10kV供電模式是由上級(jí)斷路器柜，下級(jí)電纜分支箱加互成環(huán)網(wǎng)的負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜組成，下端出現(xiàn)的故障易上傳，引起上端10kV虎門(mén)大橋分界斷路器柜保護(hù)動(dòng)作，造成全線停電。目前新建項(xiàng)目對(duì)較大用電點(diǎn)普遍使用10kV斷路器柜以提高用電可靠性，這主要是因?yàn)閺墓收媳Ｗo(hù)角度，負(fù)荷開(kāi)關(guān)與斷路器有很大的區(qū)別。開(kāi)斷關(guān)合負(fù)荷電流是負(fù)荷開(kāi)關(guān)的主要功能，制造成本不高，滅弧功能相對(duì)較弱是其主要特點(diǎn)，所以負(fù)荷開(kāi)關(guān)常與高壓熔斷器一同使用來(lái)替代成本較高的斷路器以切斷短路電流，且大多數(shù)負(fù)荷開(kāi)關(guān)是手動(dòng)操作，無(wú)法電動(dòng)操作。而斷路器不但能處理負(fù)荷電流，還具備切斷故障后短路電流的能力，配備保護(hù)裝置及自動(dòng)裝置連接，具備手動(dòng)和電動(dòng)的合、分閘功能。所以本項(xiàng)目的負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜系統(tǒng)在下端產(chǎn)生故障電流后，無(wú)法在本級(jí)處理，只能直接通過(guò)負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜上傳故障，造成上端動(dòng)作，引起全線故障。解決思路：將本項(xiàng)目的負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜從上游節(jié)點(diǎn)至下游節(jié)點(diǎn)逐步調(diào)整、更換為斷路器柜，利用斷路器柜的故障電流濾除能力，將本級(jí)故障本級(jí)解決和固定，避免故障上傳到上一級(jí)設(shè)備，增強(qiáng)整個(gè)供電系統(tǒng)的可靠性。痛點(diǎn)三：供電線路運(yùn)營(yíng)狀況不良，本項(xiàng)目的東岸隧道支線高壓進(jìn)線是架空敷設(shè)，由于本項(xiàng)目所處地區(qū)位于沿海，海風(fēng)大，空氣中的鹽霧對(duì)架空線纜的腐蝕較強(qiáng)，導(dǎo)致架空線纜的可靠性大大降低，成為全線運(yùn)營(yíng)安全的隱患。解決思路：將不適宜在沿海使用的架空電纜更換為鎧裝電纜埋地敷設(shè)，確保供電可靠性。痛點(diǎn)四：部分供電設(shè)備老化、超負(fù)荷、超設(shè)計(jì)年限運(yùn)轉(zhuǎn)。解決思路：更換設(shè)備，更換常年運(yùn)轉(zhuǎn)的變壓器和低壓柜，確保供電可靠性。針對(duì)柴油發(fā)電機(jī)等設(shè)備，加強(qiáng)保養(yǎng)。痛點(diǎn)五：供電設(shè)備無(wú)法在管理中心遠(yuǎn)程監(jiān)控[4]。解決思路：增設(shè)電力監(jiān)控系統(tǒng)，配合本項(xiàng)目的其他提升措施，對(duì)改造后的故障分析，故障解決具有提高時(shí)效性、提高管理養(yǎng)護(hù)水平具有重要作用。具體方式是在本工程各用電點(diǎn)設(shè)置電力監(jiān)控系統(tǒng)工作站，實(shí)現(xiàn)在管理中心對(duì)變電所電力設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量、報(bào)警、通信、記錄等多種功能。電力監(jiān)控系統(tǒng)是一種開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、可擴(kuò)展的監(jiān)控管理系統(tǒng)，由管理工作站、軟件管理平臺(tái)、傳輸用光端機(jī)、通信管理機(jī)、終端儀表等組成，各場(chǎng)區(qū)終端儀表經(jīng)通信管理機(jī)接入就近交換機(jī)，經(jīng)通信系統(tǒng)接入管理中心電力監(jiān)控工作站。在設(shè)備端，電力監(jiān)測(cè)終端儀表負(fù)責(zé)采集各種數(shù)據(jù)，包括U、I、P、Q、KWH、KVARH、KVAH及各開(kāi)關(guān)狀態(tài)等。此部分信號(hào)和變壓器溫度控制器數(shù)據(jù)、UPS狀態(tài)數(shù)據(jù)、ATS開(kāi)關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)、電容器自動(dòng)投切裝置數(shù)據(jù)、發(fā)電機(jī)智能管理裝置數(shù)據(jù)等第三方智能設(shè)備通過(guò)通信處理機(jī)匯總后由通信系統(tǒng)傳至中心。改造升級(jí)完成后，高速公路養(yǎng)護(hù)工作人員可以在管理中心直接查看全線變電所各設(shè)備和各饋電回路的工作狀態(tài)，能夠大大提高各類故障的發(fā)現(xiàn)和處理能力。
2.2具體改造方案
虎門(mén)大橋供電系統(tǒng)的改造升級(jí)共分為四個(gè)主要部分：將重要節(jié)點(diǎn)高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜改造為斷路器柜；全線重要設(shè)備更換，主要為變壓器及部分低壓柜；架空電纜線路改為鎧裝電纜埋地敷設(shè)；全線增設(shè)電力監(jiān)控設(shè)施。改造過(guò)程中需要斷電施工，故需要考慮臨時(shí)施工方案，保證施工期間有充足的備用電源為收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等負(fù)荷供電，保證高速公路各主要業(yè)務(wù)的正常開(kāi)展。改造升級(jí)施工開(kāi)始前，在變電所附近設(shè)置1臺(tái)臨時(shí)低壓配電柜為施工時(shí)的重要負(fù)荷供電，其電源來(lái)自2臺(tái)移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)車，敷設(shè)好臨時(shí)配電箱供電電纜及配電電纜，臨時(shí)配電箱和臨時(shí)電纜的作用是在施工斷電過(guò)程中，利用備用電源為重要負(fù)荷進(jìn)行供電，保證高速公路收費(fèi)及監(jiān)控通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行。準(zhǔn)備工作基本完成后，將擬更換設(shè)備及其附件安裝到位并進(jìn)行簡(jiǎn)單調(diào)試。施工期間斷開(kāi)變電所總進(jìn)線，切換至“發(fā)電機(jī)—臨時(shí)配電柜”臨時(shí)系統(tǒng)供電，對(duì)舊設(shè)備進(jìn)行拆除并對(duì)新設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。調(diào)試完畢后方可切換至永久供電系統(tǒng)供電。以上工作完成后，拆除臨時(shí)供電設(shè)備，完善改造升級(jí)所需的驗(yàn)收準(zhǔn)備工作（含相應(yīng)的驗(yàn)收、附件準(zhǔn)備、全新的掛圖、防靜電油漆修復(fù)等所有供電部門(mén)要求的附件設(shè)施），本項(xiàng)目供電系統(tǒng)的改造升級(jí)基本完成。
3結(jié)語(yǔ)
供電系統(tǒng)在高速公路沿線設(shè)施中起到的重要作用不言而喻。目前，很多運(yùn)行多年的高速公路都面臨著原有設(shè)計(jì)思路老舊，設(shè)備可靠性差，故障多且不易排查的實(shí)際情況，大大增加了高速公路養(yǎng)護(hù)人員的工作難度。本文從實(shí)際出發(fā)，結(jié)合虎門(mén)大橋高速的實(shí)際情況，總結(jié)出一套針對(duì)單回路串聯(lián)供電模式的改造升級(jí)方法，即“故障本級(jí)處理不上傳，沿海架空電纜改埋地，重要設(shè)備按需換新，增設(shè)電力監(jiān)控實(shí)施掌握運(yùn)行狀態(tài)”，從供電系統(tǒng)的宏觀層面和設(shè)備層面分別解決實(shí)際問(wèn)題，注重系統(tǒng)各級(jí)之間的配合，用較少的投資成本獲得了較高的改造升級(jí)收益，可用于相同類型的改造升級(jí)項(xiàng)目。另一方面，本文也從施工角度，對(duì)臨時(shí)供電方案進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述，便于需要確保一部分一二類負(fù)荷正常用電的改造升級(jí)工程參考借鑒。
參考文獻(xiàn)
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作者：楊楓 單位：廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司