论文部分内容阅读
作者简介：陈 戈：陕西交通职业技术学院，职称，讲师/工程师。研究方向，交通智能控制，传感器应用。
董明明：陕西交通职业技术学院，职称，助教。研究方向，电子技术，供配电技术。
摘要：高速公路供配电系统是为高速公路沿线设施如：监控、通信、收费系统设备及道路照明服务等。通过对多个省份高速公路管理部门的调查表明，道路照明及供配电费已成为公路运营中的主要开支。道路照明的安全性和节能型存在着此消彼长的矛盾。在行车安全的前提下，如何降低能源消耗是建设和运营单位急需解决的问题。本文主要介绍高速公路供、配电系统设计方面对节能技术的作用。
关键词：高速公路；供配电；节能技术
1.高速公路供配电的概况
1.1 高速公路供配电系统的设计原则
（1）供电系统能富裕的供给负荷对电能质量和供电可能性的要求，并且应该清楚接线简易，操作简单安全，具有一定的随机性。
（2）根据我国的现实国情，有目的有选择地采用国外先进技术制定符合现在国情的具体方案。不仅要做到用户满意，而且要杜绝安全隐患问题。
（3）与当地供电局和其它有关系统意见统一。
（4）单项用电设备应酌情调解配置，并求三相协调一致。
（5）应详细的做出设备检修方案能供给远期设备维修。
1.2 供电方案及负荷分类
为明确高速公路的绝对优势，充分合理的使用高速公路，需要根据工程的现实情况合理的做出安全、可靠、安装维护方便的方案。供电系统应万无一失的做到可靠供电、保障质量和满足生产的需求。制定供电系统方案时，还应如实的考虑到以减少电力资源的消耗，减少有色金属的消耗，减少运输运费，节约建设投资。
根据常见的供配电系统特提出此方案：在整个供电系统中共有两路孑立的主电源提供，每路主电源都是有邻近的供电局变电站提供。为了确保整个系统的安全可靠性，倡导采用柴油发电机组作坚强的后盾电源，当两路主电源同时发生故障时，所有一级和二级负荷均由柴油发电机组供电。此方案限于邻近有两个以上变电站时便可施行。
2.隧道供配电的论述
为了使隧道足够安全并且能够正常运营，所以要在隧道内装置有通风、消防、照明、监控等设备，要求供电系统无故障正常运行并确保极度的安全可靠性。隧道的供电方式一般情况下应该是有二路外电源和一套自备电源，为了保证隧道的供电安全和可靠。在外电源发生故障的情况下，自备柴油发电组将运转发电，确保隧道能正常安全运营。为确保隧道照明有相对稳定的电源电压，有助于延长灯具的使用寿命和保证灯具光亮度稳定性，对全隧道照明采用独立电源供电，可以杜绝因较大容量电动启动时造成的母线电压波动而影响照明情况。隧道变电设置在隧道口处的行车道旁，关于中、短隧道设在隧道口随意一侧设置变电所，长隧道要在隧道口两侧都设置变电所。这样才能强有力的保证隧道供配电的安全。
2.1隧道供配电系统设计原则
隧道供配电系统的施工方案要做到施工人员安全、配电安全合理、设计思路先进、技术成熟和经济实惠。还要严格遵守我国相应法律法规规定。要统揽全局，按照用电情况、施工性质，并根据当地实际供电合理布置施工方案。供配电系统的方案思路应根据工程性质、工程周期和工程计划，做到长远考虑，以现有情况为主。
供配电系统在设计中要遵循以下特点：
（1）先进性和成熟性：电脑技术、信息技术的飞速发展，供配电系统设计要以先进的理念、技术以达到实际需要，在运用先进理念的同时也要提高系统的安全稳定性。最终达到既能反映当今先进技术，又比较成熟稳定。
（2）扩展性：软件设计既要做到当前的实际需要，又要做到将来发展的需要，使设备达到良好的扩展性。
（3）友好性：系统维护要简便、用户界面要直观、架框要清晰，以便满足不同管理人员的不同操作需求。
（4）可靠性和安全性：在前端设备出现问题时，设计软件能以最短的时间监控问题所在，同时给出必要的解决方案，同时不同的人给予不同的管理权限。
（5）实用性：供配电系统设计要面向应用，着重以实际应用为主，以客户需求为主线，运用先进、合理的管理模式，做到功能面广，并有较好的实用性。
2.2 隧道供配电系统设计内容
（1） 变配电所设置：因为高速公路隧道配电所内各种设备常受到来自高速公路上的水溅、尘埃、酸雾以及汽车尾气等污染、腐蚀，所以常采用室内变配电所。变配电所的建筑风格要与整个建筑风格相一致。
（2） 为使变压器在三相不平衡负荷下得以充分利用，并有利于一直三次青坡电流时，选用绕组接线为D，yn11的环氧树脂浇注干式变压器，其容量按负荷量定，10KV母线受电开关及配电线路开关采用熔断器，10/0.4KV变压器高压侧开关，室内变电所采用带熔断器的负荷开关，10/0.4KV变压器低压侧总开关采用自动开关。
（3） 为保证环境美化，高速公路10/0.4KV变电所多采用高压电缆进线。
2.3高速公路隧道供配电方式
对一级负荷供配电应由两路电源，但从以往高速公路隧道项目实施情况看，高速公路沿线地区对双回路电源供配电较为困难且费用过高，因而多采用从10KV及以上变电站引用架空输电线路给高速公路隧道供配电。即使该10KV线路的供配电可靠性极高，但也存在这断电的可能性，因此对一级负荷还应设自备应急电源—柴油发电组。柴油发电组的额定输出功率按一级负荷大小和投人顺序以及应急拖动电机的起动容量等参与数决定。
3.监控单元设备的连接
3.1监控单元的功能
（1）时时跟踪并能快速响应监控中心的各类指令，并指示对应操作。
（2）阶段性的对各个变电所的各类监控设备的参数和检测参数及运行情况进行采集、分析、存储，主动向上级监控中心传送状态改变、报警信息等数据。 （3）周期性统计，一定时间收集各变电所的相应数据，并按时上报给上级监控中心。
（4）采集受控制设备的数据，能接收受控制设备的报警数据，通过接口把相应数据传送到上级监控中心。
（5）用此接口接收上级监控中心发送的下行数据和命令，将这些数据和命令传送至受控设备，以便进行监控操作。
（6）采集模块运用先进的全接口隔离技术，具有独特的通道校准技术，达到设备自检和功能恢复技术，在实际中可以起到稳定、安全、可靠，并抗电磁干扰的作用。
3.2隧道供配电监控通信系统
PLC和监控单元之间的互通：PLC和外围设备互通，较为简便的自主联机方式就是串行通信，此通信方式有两类：无协议通信和协议宏通信。对于无协议通信方式而言，要想获得外围设备的数据，就必须发送（TXD）和接收（RXD）指令；对于协议宏通信方式而言，先将 CX-protoco1 支持工具和外围设备的通信格式定义成通信序列，用PLC的PMCR协议宏指令执行相应的通信序列并实现与具有RS-232C或RS422/485端口的各类外围设备读/写数据。
4.电子节能技术
4.1新型照明技术
以LED灯，电磁感应灯为代表的景观照明，兼顾节能和环保两个方面，因而在当前照明技术迅速发展，各种新型照明光源层出不穷的情况下，具有巨大优势。主动发光的LED诱导灯能够标示出明确的隧道线形，通过视线诱导和警示增加了隧道内车辆行驶的安全和舒适，非常适合在隧道内使用。
（1）白天，随着洞外亮度变化，隧道中间段和洞口段的照明系统也有所不同。洞口段部分主要开启安全的加强照明灯具，中间段低谷期时开启应急灯和LED诱导灯系统，高峰期时关闭诱导灯系统并开启基本照明灯即可。
（2）LED诱导灯系统的亮度是基本照明的10%并大于0.2cd/m2，符合防灾照明标准，当发生事故时，也能根据照明系统及时开启应急照明系统，安全问题自不必说。而它的的照明总功率仅仅17.7KW，比减半开启基本照明节能23%。（2） night only on LED induction light system，the net test，the brightness of up to 10% of basic lighting and larger than 0.2cd/m2，meet disaster lighting requirements，combined with the control system，when the tunnel when it occurs，it can be open in emergency lighting systems，lighting total power 17.7KW. Than halved on basic lighting
4.2 电磁感应灯（无极灯）照明技术研究与应用
电磁感应灯具有光效高，寿命长，显色好，既节能环保又安全稳定的特点，在对被照物颜色显示要求较高的场合，如室内照明、景观照明灯，普遍使用。除此之外，电磁感应灯不会使人感到刺眼或产生眩光，也无各种光污染，工作范围也较广，只要不低于额定率的40%都能正常工作。作为一种新型光源，电磁感应灯在隧道照明节能方面意义深远。
关于电磁感应灯节能原理，这是利用传统光源所采用的电感镇流器，使输入电压变化一10%时输出功率减少20%。这时的照度可以减少超过20%，为了确保电源电压在准许的范围内波动时，其照度还能达到最初设计值，设计师必须考虑增加20%灯泡功率来弥补此时光源的照度，而对于无极灯，其输出功率并不随电源电压变化而变化，故无需考虑电源电压变化对照度的影响，从而达到节能目的。
4.3供配电的分布式
可以在高速公路管理中心设立供配电监控中心，使其成为分层设计的最高层，也能作为全网数据汇流中心，负责全段高速公路供配电系统的电网监视、远程控制和设备维护管理，然后在各中心变电所设立监控分中心，负责本所辖区各配电所的电网运行状态监视、远程控制和设备维护管理，在各收费站、隧道、高速公路服务区等配电所设立第三层监控站，负责相应配电所的电网数据采集和当地设备维护。随着网络技术和计算机技术的发展，设备层的数据采集和远程传送成为现实，因此我们所有的数据采集装置均随着一次系统的布置就地安装。
在实际的建设中，京珠高速粤境北段供配电监控系统中就采用了光纤局域网通信模式，为了节省主干光缆，我们在网络组建时可以大量使用网络交换机级联技术，由图上可以看出，整个系统组网可最多占用两对主干光纤完成。系统功能综合当今电力自动化研究新成果和高速公路供配电管理运营实际，经多次设计，高速公路供配电监控系统包含了以下功能：（1）电网运行状态的远程监视与控制，即SCADA功能。（2）GPS天文卫星时钟对时，这个系统使得整个监控系统包括各数据采集装置具有统一的时钟，便于运行数据的管理和事件分析。（3）智能设备的远程监视与维护管理，我们将诸如变压器温度控制器、消弧线圈控制器、自备柴油发电机控制器等设备通过其数据通信口进行了规约接入，不仅实现了其远程维护与监视，而且也对微机继电保护装置进行了监视运行。
5.总结
随着科技的快速发展，对公路配电系统也提出了较高的要求，在供配电系统的设计中，要对一些重要环节的注意事项加以重视，避免问题的发生。
对于高速公路运营节能，国内业界还是任重而道远的，无论是相关政府机构、高速公路建设业主、管理部门、还是相关科研设计从结构与从业人员，都需要从人力、物力、财力各方面加大投入，在保证交通安全的前提下，为建设节约型社会作出应有的贡献。（作者单位：陕西交通职业技术学院）
参考文献：
[1]何挺，. 高速公路隧道节能实践与探讨[J]. 中国交通信息化，2011，（1）.
[2]屈志豪，汤小明，. 隧道通风照明节能技术应用探讨[J]. 中国交通信息产业，2010，（5）.
[3]任福学，. 中压供配电在道路照明中的应用[J]. 中国新技术新产品，2009，（3）.
[4]曾盛，. 高速公路太阳能供电和风力供电技术应用[J]. 交通科技与经济，2008，（4）.
[5]高远望，冯杰，. 隧道供配电及照明系统中节能技术综合应用探索[J]. 公路交通科技（应用技术版），2006，（8）.
董明明：陕西交通职业技术学院，职称，助教。研究方向，电子技术，供配电技术。
摘要：高速公路供配电系统是为高速公路沿线设施如：监控、通信、收费系统设备及道路照明服务等。通过对多个省份高速公路管理部门的调查表明，道路照明及供配电费已成为公路运营中的主要开支。道路照明的安全性和节能型存在着此消彼长的矛盾。在行车安全的前提下，如何降低能源消耗是建设和运营单位急需解决的问题。本文主要介绍高速公路供、配电系统设计方面对节能技术的作用。
关键词：高速公路；供配电；节能技术
1.高速公路供配电的概况
1.1 高速公路供配电系统的设计原则
（1）供电系统能富裕的供给负荷对电能质量和供电可能性的要求，并且应该清楚接线简易，操作简单安全，具有一定的随机性。
（2）根据我国的现实国情，有目的有选择地采用国外先进技术制定符合现在国情的具体方案。不仅要做到用户满意，而且要杜绝安全隐患问题。
（3）与当地供电局和其它有关系统意见统一。
（4）单项用电设备应酌情调解配置，并求三相协调一致。
（5）应详细的做出设备检修方案能供给远期设备维修。
1.2 供电方案及负荷分类
为明确高速公路的绝对优势，充分合理的使用高速公路，需要根据工程的现实情况合理的做出安全、可靠、安装维护方便的方案。供电系统应万无一失的做到可靠供电、保障质量和满足生产的需求。制定供电系统方案时，还应如实的考虑到以减少电力资源的消耗，减少有色金属的消耗，减少运输运费，节约建设投资。
根据常见的供配电系统特提出此方案：在整个供电系统中共有两路孑立的主电源提供，每路主电源都是有邻近的供电局变电站提供。为了确保整个系统的安全可靠性，倡导采用柴油发电机组作坚强的后盾电源，当两路主电源同时发生故障时，所有一级和二级负荷均由柴油发电机组供电。此方案限于邻近有两个以上变电站时便可施行。
2.隧道供配电的论述
为了使隧道足够安全并且能够正常运营，所以要在隧道内装置有通风、消防、照明、监控等设备，要求供电系统无故障正常运行并确保极度的安全可靠性。隧道的供电方式一般情况下应该是有二路外电源和一套自备电源，为了保证隧道的供电安全和可靠。在外电源发生故障的情况下，自备柴油发电组将运转发电，确保隧道能正常安全运营。为确保隧道照明有相对稳定的电源电压，有助于延长灯具的使用寿命和保证灯具光亮度稳定性，对全隧道照明采用独立电源供电，可以杜绝因较大容量电动启动时造成的母线电压波动而影响照明情况。隧道变电设置在隧道口处的行车道旁，关于中、短隧道设在隧道口随意一侧设置变电所，长隧道要在隧道口两侧都设置变电所。这样才能强有力的保证隧道供配电的安全。
2.1隧道供配电系统设计原则
隧道供配电系统的施工方案要做到施工人员安全、配电安全合理、设计思路先进、技术成熟和经济实惠。还要严格遵守我国相应法律法规规定。要统揽全局，按照用电情况、施工性质，并根据当地实际供电合理布置施工方案。供配电系统的方案思路应根据工程性质、工程周期和工程计划，做到长远考虑，以现有情况为主。
供配电系统在设计中要遵循以下特点：
（1）先进性和成熟性：电脑技术、信息技术的飞速发展，供配电系统设计要以先进的理念、技术以达到实际需要，在运用先进理念的同时也要提高系统的安全稳定性。最终达到既能反映当今先进技术，又比较成熟稳定。
（2）扩展性：软件设计既要做到当前的实际需要，又要做到将来发展的需要，使设备达到良好的扩展性。
（3）友好性：系统维护要简便、用户界面要直观、架框要清晰，以便满足不同管理人员的不同操作需求。
（4）可靠性和安全性：在前端设备出现问题时，设计软件能以最短的时间监控问题所在，同时给出必要的解决方案，同时不同的人给予不同的管理权限。
（5）实用性：供配电系统设计要面向应用，着重以实际应用为主，以客户需求为主线，运用先进、合理的管理模式，做到功能面广，并有较好的实用性。
2.2 隧道供配电系统设计内容
（1） 变配电所设置：因为高速公路隧道配电所内各种设备常受到来自高速公路上的水溅、尘埃、酸雾以及汽车尾气等污染、腐蚀，所以常采用室内变配电所。变配电所的建筑风格要与整个建筑风格相一致。
（2） 为使变压器在三相不平衡负荷下得以充分利用，并有利于一直三次青坡电流时，选用绕组接线为D，yn11的环氧树脂浇注干式变压器，其容量按负荷量定，10KV母线受电开关及配电线路开关采用熔断器，10/0.4KV变压器高压侧开关，室内变电所采用带熔断器的负荷开关，10/0.4KV变压器低压侧总开关采用自动开关。
（3） 为保证环境美化，高速公路10/0.4KV变电所多采用高压电缆进线。
2.3高速公路隧道供配电方式
对一级负荷供配电应由两路电源，但从以往高速公路隧道项目实施情况看，高速公路沿线地区对双回路电源供配电较为困难且费用过高，因而多采用从10KV及以上变电站引用架空输电线路给高速公路隧道供配电。即使该10KV线路的供配电可靠性极高，但也存在这断电的可能性，因此对一级负荷还应设自备应急电源—柴油发电组。柴油发电组的额定输出功率按一级负荷大小和投人顺序以及应急拖动电机的起动容量等参与数决定。
3.监控单元设备的连接
3.1监控单元的功能
（1）时时跟踪并能快速响应监控中心的各类指令，并指示对应操作。
（2）阶段性的对各个变电所的各类监控设备的参数和检测参数及运行情况进行采集、分析、存储，主动向上级监控中心传送状态改变、报警信息等数据。 （3）周期性统计，一定时间收集各变电所的相应数据，并按时上报给上级监控中心。
（4）采集受控制设备的数据，能接收受控制设备的报警数据，通过接口把相应数据传送到上级监控中心。
（5）用此接口接收上级监控中心发送的下行数据和命令，将这些数据和命令传送至受控设备，以便进行监控操作。
（6）采集模块运用先进的全接口隔离技术，具有独特的通道校准技术，达到设备自检和功能恢复技术，在实际中可以起到稳定、安全、可靠，并抗电磁干扰的作用。
3.2隧道供配电监控通信系统
PLC和监控单元之间的互通：PLC和外围设备互通，较为简便的自主联机方式就是串行通信，此通信方式有两类：无协议通信和协议宏通信。对于无协议通信方式而言，要想获得外围设备的数据，就必须发送（TXD）和接收（RXD）指令；对于协议宏通信方式而言，先将 CX-protoco1 支持工具和外围设备的通信格式定义成通信序列，用PLC的PMCR协议宏指令执行相应的通信序列并实现与具有RS-232C或RS422/485端口的各类外围设备读/写数据。
4.电子节能技术
4.1新型照明技术
以LED灯，电磁感应灯为代表的景观照明，兼顾节能和环保两个方面，因而在当前照明技术迅速发展，各种新型照明光源层出不穷的情况下，具有巨大优势。主动发光的LED诱导灯能够标示出明确的隧道线形，通过视线诱导和警示增加了隧道内车辆行驶的安全和舒适，非常适合在隧道内使用。
（1）白天，随着洞外亮度变化，隧道中间段和洞口段的照明系统也有所不同。洞口段部分主要开启安全的加强照明灯具，中间段低谷期时开启应急灯和LED诱导灯系统，高峰期时关闭诱导灯系统并开启基本照明灯即可。
（2）LED诱导灯系统的亮度是基本照明的10%并大于0.2cd/m2，符合防灾照明标准，当发生事故时，也能根据照明系统及时开启应急照明系统，安全问题自不必说。而它的的照明总功率仅仅17.7KW，比减半开启基本照明节能23%。（2） night only on LED induction light system，the net test，the brightness of up to 10% of basic lighting and larger than 0.2cd/m2，meet disaster lighting requirements，combined with the control system，when the tunnel when it occurs，it can be open in emergency lighting systems，lighting total power 17.7KW. Than halved on basic lighting
4.2 电磁感应灯（无极灯）照明技术研究与应用
电磁感应灯具有光效高，寿命长，显色好，既节能环保又安全稳定的特点，在对被照物颜色显示要求较高的场合，如室内照明、景观照明灯，普遍使用。除此之外，电磁感应灯不会使人感到刺眼或产生眩光，也无各种光污染，工作范围也较广，只要不低于额定率的40%都能正常工作。作为一种新型光源，电磁感应灯在隧道照明节能方面意义深远。
关于电磁感应灯节能原理，这是利用传统光源所采用的电感镇流器，使输入电压变化一10%时输出功率减少20%。这时的照度可以减少超过20%，为了确保电源电压在准许的范围内波动时，其照度还能达到最初设计值，设计师必须考虑增加20%灯泡功率来弥补此时光源的照度，而对于无极灯，其输出功率并不随电源电压变化而变化，故无需考虑电源电压变化对照度的影响，从而达到节能目的。
4.3供配电的分布式
可以在高速公路管理中心设立供配电监控中心，使其成为分层设计的最高层，也能作为全网数据汇流中心，负责全段高速公路供配电系统的电网监视、远程控制和设备维护管理，然后在各中心变电所设立监控分中心，负责本所辖区各配电所的电网运行状态监视、远程控制和设备维护管理，在各收费站、隧道、高速公路服务区等配电所设立第三层监控站，负责相应配电所的电网数据采集和当地设备维护。随着网络技术和计算机技术的发展，设备层的数据采集和远程传送成为现实，因此我们所有的数据采集装置均随着一次系统的布置就地安装。
在实际的建设中，京珠高速粤境北段供配电监控系统中就采用了光纤局域网通信模式，为了节省主干光缆，我们在网络组建时可以大量使用网络交换机级联技术，由图上可以看出，整个系统组网可最多占用两对主干光纤完成。系统功能综合当今电力自动化研究新成果和高速公路供配电管理运营实际，经多次设计，高速公路供配电监控系统包含了以下功能：（1）电网运行状态的远程监视与控制，即SCADA功能。（2）GPS天文卫星时钟对时，这个系统使得整个监控系统包括各数据采集装置具有统一的时钟，便于运行数据的管理和事件分析。（3）智能设备的远程监视与维护管理，我们将诸如变压器温度控制器、消弧线圈控制器、自备柴油发电机控制器等设备通过其数据通信口进行了规约接入，不仅实现了其远程维护与监视，而且也对微机继电保护装置进行了监视运行。
5.总结
随着科技的快速发展，对公路配电系统也提出了较高的要求，在供配电系统的设计中，要对一些重要环节的注意事项加以重视，避免问题的发生。
对于高速公路运营节能，国内业界还是任重而道远的，无论是相关政府机构、高速公路建设业主、管理部门、还是相关科研设计从结构与从业人员，都需要从人力、物力、财力各方面加大投入，在保证交通安全的前提下，为建设节约型社会作出应有的贡献。（作者单位：陕西交通职业技术学院）
参考文献：
[1]何挺，. 高速公路隧道节能实践与探讨[J]. 中国交通信息化，2011，（1）.
[2]屈志豪，汤小明，. 隧道通风照明节能技术应用探讨[J]. 中国交通信息产业，2010，（5）.
[3]任福学，. 中压供配电在道路照明中的应用[J]. 中国新技术新产品，2009，（3）.
[4]曾盛，. 高速公路太阳能供电和风力供电技术应用[J]. 交通科技与经济，2008，（4）.
[5]高远望，冯杰，. 隧道供配电及照明系统中节能技术综合应用探索[J]. 公路交通科技（应用技术版），2006，（8）.