隧道供电方案及隧道变压器设置方案

阎俊文 中铁十二局集团第二工程有限公司 山西太原 030032

【文章摘要】

高速公路隧道工程大多处在山区， 且山区的电源情况不够丰富，对中、特长隧道进行供电存在一定的困难。文中根据某高速公路隧道工程实例为研究对象，介绍了该隧道的施工供电方案及相应的变压器设置方案，从而确保用电的安全性，保证电压处在平稳状态，线路维护更加方便。

【关键词】

隧道供电；变压器；设置方案

隧道内部空间比较狭窄，不适宜设计变压器等比较大的供配电设施。通常使用低压配电型式由隧道口对隧道内部实施照明和供电。如果隧道的长度>1000m, 因隧道工程整体供电距离较长，电压损失极大，为确保供电质量和可靠性，要不加粗低压电缆或增设回路，如此不单单投资更大，对整个工程的施工及日后维护带来相应的难度。如何有效解决特长隧道供电系统存在的问题，成为多数设计者重点关注的问题。文中以某高速公路的隧道为研究依据，合理设计隧道的供电方案及变压器方案，提升隧道供电的安全性。

1 隧道工程概况

某高速公路作为南京公路外环的主要组成部分，是该省高速公路规划布局的重要内容，成为连接南京与苏北等城市的交通枢纽，其隧道设计使用上下行分离的设计方法，1 号和2 号隧道的总长度为3612m，其跨度为15m，设计的上下航道隧道一同呈现双向六车道的效果。该隧道群左线和右线的长度分别为3276 米、3676 米，两条隧道中间设计分离式路基，路基的左线和右线长度分别为65m、80m，隧道的高度为5m，宽度为14m，其它各项指标根据交通部颁布的《公路工程技术标准》标准值进行设计。

2 隧道的用电负荷

隧道所有的用电设施如下：隧道照明设施、通风设施、监控设施、消防设施。管理及变电所等用电设备。依照隧道不同用电设备的供电要求，把隧道的消防设施、照明设施、监控设施和变电所用电划分为一级负荷，隧道的通风设施分为二级负荷，其余各项管理及生活用电分为三级负荷。必须注意，一级负荷设计两个电源进行供电，如果一个电源出现故障，另一个电源不会同时受损。该隧道主要用电的负荷如表1 所示。

3 设计隧道供电的方案

更正

《电子制作》2015 年第3 期第225 页作者姓名：燓友兵 ，更改为 樊友兵 作者单位 中国能源建设集团广东火电工程总公司，更改为 中国能源建设集团广东火电工程有限公司 。

特此更正

《 电子制作》杂志社

2015 年3 月26 日224

应用技术

Application Technology

电子制作

隧道供电方案与其长度、外部电源、负荷等因素有必然联系。对长度不同的隧道工程，因低压对供电距离有所限制，供电的方案也各不相同。若隧道的长度<1.3km，可以通过隧道的一端进行供电； 若隧道长度在1.3—3km，一般同隧道的两端进行供电，中间可以不设置高压供电点。如果隧道的长度>3km，除了从隧道两端进行供电之外，也可以在中间设计变配电所，从而引入合理的高压电源。在短隧道中，因隧道处在偏远的地区，通常无人看守。电气偷盗情况非常严重，因隧道比较短，基本照明设施使用的功率极小，同时箱变内部设计不间断电源作为整个隧道的应急照明灯具进行供电。即使断电也能达到应急照明时间在6min 内，因此设计通常使用箱变单电源进行供电。特长隧道除了采用隧道两端进行供电，中间必须设置变配电所，通过高压电源引入。但考虑在公路隧道内设计柴油发电机组，无法缓解其柴油机发电机出现的噪声、排烟等问题，特长隧道一般采用由地方接引其他电源的模式。为了选择最佳的供电方案，必须根据该隧道的特点进行设计：本隧道群左线和右线长度分别为3276m、3676m，左线的起终点桩号是ZK3+225-ZK6+500，右线的起终点桩号为YK3+225—YK6+900。1 号和2 号隧道之间设计路基段，路基的左、右线长度分别为65m 和80m。隧道工程的照明设施是分散性负荷，通风设施主要设置在距离隧道洞口的200-500m 范围之内。因隧道内部空间比较狭窄，隧道内设计变电所似乎不够合理，如果需要使用低压供电方案，必须在隧道的南北出口设计3 座10/0.4kV 的变电所，依次对隧道进行供电，低压供电长度约为1800m, 在一定程度上明显超出低压供电合理半径标准，终端用电设施的电压无法达到相应要求。如果使用中压供电方案，必须在隧道垭口设计1 座10kV 开闭所，借助开闭所的电缆输电值隧道的变压器内。

4 设计最佳的变压器方案

根据隧道实际情况，其变电所变压器设计遵循以下方案：方案1 ：隧道内部设计箱变式变压器，这一方案能全面保护高压，低压出线回路比较多，操作更加简单。缺点：占地面积达、投资更高、土建使用费用更多。方案2 ：近些年，地埋式变压器成为国内广泛使用的新产品，大量用在高速公路的照明、桥梁照明中。在隧道内设计地埋式变压器，这种变压器使用耐腐蚀优良的钢板进行制作，防止进水，可以直接安装到地下。相应时间内，能全部或部分浸没在水内运行。地下便高压设置有限熔断器达到保护电源的目的，高低压均由电缆进出，使用的接口都设计良好的密封。全部采用绝缘结构，保证人身的安全。因地埋式变压器自身的特点更适宜用在隧道，本文根据方案2 进行设计。在隧道区段4km 位置范围中设计1 座开闭所，这一开闭所是本工程电源的重要设备。隧道内所有中压电缆2R-YJV-3*25 长度控制在12.4km，隧道外两侧照明设施电缆长度是5.2km。依照电力部《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》相关标准设计，如果单相接地故障电流不应大于30A 的时候， 可使用不接地方式。在该工程变电站使用中性点不接地系统实施配电，电缆的出线端点增加零序互感器，用来检测单相基地电流的情况。

4.1 设计隧道开闭所10kV 系统

10kV 通过双回路进线，接线使用单母线进线分段，相互备用。设计的进线断路器与联络断路器采用机械连锁和电气连锁模式，达到安全供电的目的。2 路进线依次设置高压计量柜。一共设置12 路出线，分别设计4 路通风变压器和照明变压器和2 路主线照明，分泵处在该隧道的南北两侧。高压进线柜设计过流保护装置，馈电柜配备速断、零序等保护装置。所有开关柜的开关都通过弹簧操作机构，断路器则采用综合电力监控系统实现远程操作的效果。开闭所因无人看守，必须设定下列参数实施检测和控制：10kV 开关柜内的全部高压开关信号、非正常报警信号、高压进线三相电压、电流、公里测量等远程控制。

4.2 中压电缆的设计

隧道内所用的负荷主要用在照明设施和通风设施内，两者分别使用中压电缆引去，各洞设置两根中压电缆，一根用来照明设施中，另一根应用在通风设施内。1 号和2 号隧道一共有4 个洞8 根中压电缆。通风和照明设施分别使用不同的变压器，风机的开启不会影响照明效果。同时， 用户能依照整个系统的运行情况展开频繁操作，确保内部用电设施的安全性和可靠性。隧道北侧设计已深井泵，从而为山顶的消防水池提供最佳相应的水源。深井水泵其电源由2 号隧道左洞变电器引出来。

4.3 设计隧道内部供电设施

为有效减轻隧道内变配电洞室，尽可能把隧道内部的配电设施进行归并，在满足供电要求基础上，把变压器及配电设施安装在照明和通风负荷比较集中地区域。各洞依次设计2 台照明和通风变压器。把照明变压器供电半径合理控制到500m 范围之内。通风变压器设计在风机比较集中地位置。同时，依照《公路隧道通风照明设计规范》相关指标进行设计，隧道必须设计不间断的供电系统。本照明系统使用2 路10kV 电源进线，确保整个系统供电的安全性和可靠性，并在隧道开闭所安装柴油发电机组，便于出现紧急情况应急照明的目的。

5 结束语

总之，隧道内部各用电设施总负荷较大，如果隧道的距离不长，可以通过低压配电型式直接引入隧道口，若距离过长的隧道配电要依照实际情况选择中压供电模式，在隧道内部设计合理的变压器，通过变压器对不同用电设备进行供电，提升隧道供电的安全性和可靠性。

【参考文献】

[1] 蒋勇燕. 特长隧道供配电系统方案设计[J]. 北方交通,2012,(3):116-119.

[2] 马康贵. 高压进洞方案对比[J]. 建筑工程技术与设计,2014,(10):842-843.

[3] 杨剑. 铁路隧道防灾救援系统电气设计[J]. 铁道标准设计,2013,(2):110-114.

[4] 薛兴伟. 甘塔斯隧道的施工供电方案[J]. 城市建设理论研究（电子版）,2012,(35).

[5] 傅程华. 泉州晋石高速公路隧道双回路供电系统[J]. 中国交通信息化,2014,(1):101-102.

[6] 张育红. 大相岭泥巴山隧道作业供电高压进洞技术[J]. 铁道建筑技术,2013,(2):45-47,54.

[7] 高宏. 车载移动变电站在吉图珲客运专线项目施工供电中的应用[J]. 隧道建设,2014,(8):802-806.

表1 隧道使用的主要负荷225

科学论坛

Science Forum

226

电子制作