淺析大橋高速供電系統(tǒng)改造升級模式

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【關(guān)鍵詞】高速公路；供電；改造

引言

作為機電系統(tǒng)的“主動脈”，高速公路供電系統(tǒng)是監(jiān)控、通信、收費業(yè)務(wù)能夠穩(wěn)定運行的保障，保證了所有設(shè)備的供電和正常運轉(zhuǎn)。因此，針對老舊供電系統(tǒng)的改造升級，應(yīng)該兼顧“設(shè)計可靠性、技術(shù)安全性、技術(shù)先進性、經(jīng)濟合理性”四大原則，綜合考慮地理位置及沿線電網(wǎng)分布特點，統(tǒng)籌全面地進行規(guī)劃和設(shè)計。

1虎門大橋高速及其供電系統(tǒng)現(xiàn)狀

虎門大橋高速全長11.16km，全線大中橋梁共長6011.5m，有單向隧道3座，互通立交兩處。作為高速公路，設(shè)計標(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，是粵港澳大灣區(qū)的交通咽喉。虎門大橋自建成以來，東莞、深圳及粵東地區(qū)到珠海、中山粵西地區(qū)無須像以前一樣繞道，行車?yán)锍炭s短120km，它的存在對大灣區(qū)的騰飛和全省經(jīng)濟的全面發(fā)展有十分重要的戰(zhàn)略意義。自1997年通車以來，虎門大橋高速已經(jīng)經(jīng)過了20余年的運行，從供電設(shè)備的角度來看，已經(jīng)大幅超過了產(chǎn)品的設(shè)計壽命。另一方面，隨著供電產(chǎn)品的更新?lián)Q代與逐步升級，原有供電系統(tǒng)的設(shè)計理念和設(shè)備功能等已經(jīng)不能滿足項目的實際使用需要，所以對虎門大橋高速的供電系統(tǒng)進行整體的改造升級勢在必行。

2供電系統(tǒng)改造升級模式研究

2.1痛點分析及問題解決

改造升級工程的首要任務(wù)是對高速公路供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀進行深度摸查，整體分析，發(fā)現(xiàn)痛點并合理規(guī)劃，統(tǒng)籌解決。痛點一：現(xiàn)狀供電系統(tǒng)的可靠性過低。本項目為高速公路，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設(shè)施，但全線用電點僅從同一單回路10kV引入，而非目前主流的“逢點設(shè)站，各點獨立”供電模式。本項目單線10kV供電方式中各用電點為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，供電可靠性非常低，一旦上級或者上游市電部分出現(xiàn)故障或者開關(guān)元件動作，則下級或下游所有用電點均無法實現(xiàn)正常供電，在實際運營中，經(jīng)常出現(xiàn)虎門大橋公用電纜分接箱處開關(guān)元件動作導(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虎門大橋公用電纜分接箱這一重要節(jié)點處引入另一路10kV回路以增加全線供電可靠性。與此同時，在各供電點再分別單獨引入10kV回路，各點單獨進線，不再相互串聯(lián)。此方案可完全解決虎門大橋供電系統(tǒng)“牽一發(fā)而動全身，上級斷電，下級全斷電”的現(xiàn)狀，但該方案投資很大，停電施工時間很長，經(jīng)濟性較差。此外，周邊10kV線路大概率可能引自同一上級配電站，很容易出現(xiàn)“假雙回路”情況，即兩路10kV同時停電的故障。解決思路二：全線沿用目前的供電結(jié)構(gòu)保持不變，將項目經(jīng)費用在增強目前老舊設(shè)備的可靠性上，通過完善上下級設(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大橋供電系統(tǒng)故障多，故障點不易排查的問題，且方案經(jīng)濟性較好，施工停電的時間很短。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雙回路方案的實施可行性，即便遠期引入第二條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的宏觀層面，最優(yōu)解為對各供電節(jié)點進行可靠性提升[2]，即解決思路二，同時預(yù)留遠期雙電源10kV線路接入的可能性和條件[3]。痛點二：現(xiàn)狀虎門大橋供電系統(tǒng)的開關(guān)設(shè)備配合效果不佳。目前，項目高壓10kV供電模式是由上級斷路器柜，下級電纜分支箱加互成環(huán)網(wǎng)的負荷開關(guān)柜組成，下端出現(xiàn)的故障易上傳，引起上端10kV虎門大橋分界斷路器柜保護動作，造成全線停電。目前新建項目對較大用電點普遍使用10kV斷路器柜以提高用電可靠性，這主要是因為從故障保護角度，負荷開關(guān)與斷路器有很大的區(qū)別。開斷關(guān)合負荷電流是負荷開關(guān)的主要功能，制造成本不高，滅弧功能相對較弱是其主要特點，所以負荷開關(guān)常與高壓熔斷器一同使用來替代成本較高的斷路器以切斷短路電流，且大多數(shù)負荷開關(guān)是手動操作，無法電動操作。而斷路器不但能處理負荷電流，還具備切斷故障后短路電流的能力，配備保護裝置及自動裝置連接，具備手動和電動的合、分閘功能。所以本項目的負荷開關(guān)柜系統(tǒng)在下端產(chǎn)生故障電流后，無法在本級處理，只能直接通過負荷開關(guān)柜上傳故障，造成上端動作，引起全線故障。解決思路：將本項目的負荷開關(guān)柜從上游節(jié)點至下游節(jié)點逐步調(diào)整、更換為斷路器柜，利用斷路器柜的故障電流濾除能力，將本級故障本級解決和固定，避免故障上傳到上一級設(shè)備，增強整個供電系統(tǒng)的可靠性。痛點三：供電線路運營狀況不良，本項目的東岸隧道支線高壓進線是架空敷設(shè)，由于本項目所處地區(qū)位于沿海，海風(fēng)大，空氣中的鹽霧對架空線纜的腐蝕較強，導(dǎo)致架空線纜的可靠性大大降低，成為全線運營安全的隱患。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。痛點四：部分供電設(shè)備老化、超負荷、超設(shè)計年限運轉(zhuǎn)。解決思路：更換設(shè)備，更換常年運轉(zhuǎn)的變壓器和低壓柜，確保供電可靠性。針對柴油發(fā)電機等設(shè)備，加強保養(yǎng)。痛點五：供電設(shè)備無法在管理中心遠程監(jiān)控[4]。解決思路：增設(shè)電力監(jiān)控系統(tǒng)，配合本項目的其他提升措施，對改造后的故障分析，故障解決具有提高時效性、提高管理養(yǎng)護水平具有重要作用。具體方式是在本工程各用電點設(shè)置電力監(jiān)控系統(tǒng)工作站，實現(xiàn)在管理中心對變電所電力設(shè)備進行監(jiān)視、測量、報警、通信、記錄等多種功能。電力監(jiān)控系統(tǒng)是一種開放式、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、可擴展的監(jiān)控管理系統(tǒng)，由管理工作站、軟件管理平臺、傳輸用光端機、通信管理機、終端儀表等組成，各場區(qū)終端儀表經(jīng)通信管理機接入就近交換機，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)測終端儀表負責(zé)采集各種數(shù)據(jù)，包括U、I、P、Q、KWH、KVARH、KVAH及各開關(guān)狀態(tài)等。此部分信號和變壓器溫度控制器數(shù)據(jù)、UPS狀態(tài)數(shù)據(jù)、ATS開關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)、電容器自動投切裝置數(shù)據(jù)、發(fā)電機智能管理裝置數(shù)據(jù)等第三方智能設(shè)備通過通信處理機匯總后由通信系統(tǒng)傳至中心。改造升級完成后，高速公路養(yǎng)護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

虎門大橋供電系統(tǒng)的改造升級共分為四個主要部分：將重要節(jié)點高壓負荷開關(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。改造過程中需要斷電施工，故需要考慮臨時施工方案，保證施工期間有充足的備用電源為收費系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等負荷供電，保證高速公路各主要業(yè)務(wù)的正常開展。改造升級施工開始前，在變電所附近設(shè)置1臺臨時低壓配電柜為施工時的重要負荷供電，其電源來自2臺移動式柴油發(fā)電機車，敷設(shè)好臨時配電箱供電電纜及配電電纜，臨時配電箱和臨時電纜的作用是在施工斷電過程中，利用備用電源為重要負荷進行供電，保證高速公路收費及監(jiān)控通信系統(tǒng)的正常運行。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行簡單調(diào)試。施工期間斷開變電所總進線，切換至“發(fā)電機—臨時配電柜”臨時系統(tǒng)供電，對舊設(shè)備進行拆除并對新設(shè)備進行系統(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，拆除臨時供電設(shè)備，完善改造升級所需的驗收準(zhǔn)備工作（含相應(yīng)的驗收、附件準(zhǔn)備、全新的掛圖、防靜電油漆修復(fù)等所有供電部門要求的附件設(shè)施），本項目供電系統(tǒng)的改造升級基本完成。

3結(jié)語

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，很多運行多年的高速公路都面臨著原有設(shè)計思路老舊，設(shè)備可靠性差，故障多且不易排查的實際情況，大大增加了高速公路養(yǎng)護人員的工作難度。本文從實際出發(fā)，結(jié)合虎門大橋高速的實際情況，總結(jié)出一套針對單回路串聯(lián)供電模式的改造升級方法，即“故障本級處理不上傳，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)控實施掌握運行狀態(tài)”，從供電系統(tǒng)的宏觀層面和設(shè)備層面分別解決實際問題，注重系統(tǒng)各級之間的配合，用較少的投資成本獲得了較高的改造升級收益，可用于相同類型的改造升級項目。另一方面，本文也從施工角度，對臨時供電方案進行了簡要闡述，便于需要確保一部分一二類負荷正常用電的改造升級工程參考借鑒。

參考文獻

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作者：楊楓 單位：廣東省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司