1、浅析高速公路供配电和照明系统节能措施摘 要：下文主要结合笔者多年的工作实践经验，针对高速公路供配电、照明系统节能措施进行了分析，希望通过以下阐述，能与各位同仁相互交流，同时今后也能够为类似的节能提供一些借鉴与参考。 关键词：供配电；照明；节能 中图分类号： TE08 文献标识码： A 1供配电系统节能设计 高速公路的供配电系统主要是为机电系统中的通信、监控、收费、照明系统及沿线收费站、服务区等房建设施供电服务的。保证供电的稳定、可靠、安全,对于整个机电系统的运行起着非常重要的作用。供电系统的设备主要包括变压器、高低压开关柜、柴油发电机组以及 UPS 等。高速公路供电系统主要根据当地电力系统电源
2、分布情况以及高速公路供电负荷的性质、分布和容量等进行设计。供配电系统的节能设计主要体现在设备选用和优化设计方面。 1.1 变压器选择 由于三相环氧树脂浇注干式变压器具有很多优点,在高速公路供电系统设计中得到广泛应用,目前干式变压器的铁芯主要采用硅钢片叠制而成。随着非晶合金技术的日渐成熟,出现了一种新型导磁材料制作而成的非晶合金铁芯变压器,它比硅钢片铁芯变压器的空载损耗下降 70%左右,空载电流下降约 20%左右,大大降低了变压器的损耗,是目前节能效果最好的变压器。 笔者查阅资料以某高速公路为例，其位于偏远山区,山区供电电压有时不大稳定,夜间的供电电压往往高于白天的正常值。而且高速公路的桥隧比较
3、高,有不少长及特长隧道,对于隧道照明来说,电源电压的波动必将引起高压钠灯电参数的变化,随着夜间电源电压的上升,钠灯工作电流增大,电弧管冷端温度提高,汞、钠蒸气气压增高,工作电压、功率随着增高,造成夜间灯具的耗电量远远高于白天。针对山区供电质量不高、电压不稳的特点,有方案提出使用有载调压变压器来进行电压调整,但由于有载调压变压器不仅成本较高,而且存在着体积大、较重、安全性及检修维护不好等缺点,所以并不是一个很好的选择。为了解决电压不稳定的问题,节省电能损耗,提高隧道照明质量,可在隧道变电所低压系统中增加照明节能控制柜(节电率可达 20%以上),将系统电压稳定在一定范围内,从而达到节能效果。 1.
4、2 应急电源的选择 在隧道照明的应急供电过程中,在保证 EPS 产品质量的前提下,我们可以采用 EPS 取代 UPS。EPS 与 UPS 的区别是:EPS 别又具有持续供电功能,对于逆变切换时间要求不高,可有多路输出且对各路输出及蓄电池具有监控检测功能,日常着重旁路供电,市电停电时才转为逆变供电,电能利用率高;UPS(在线式)仅有一路总输出,一般强调其稳压稳频、切换时间极短、净化市电三大功能,日常着重整流/逆变的双变换电路供电,只有在逆变器发生故障或超载时才转为旁路供电,电能利用率不高(80%-90%)。 采用隧道照明节能控制柜后,供电电压质量得到了一定保障,可以采用 EPS 取代 UPS 对
5、应急照明等负荷进行供电,不仅可以降低成本,而且对于节能也有好处。在欧美等电网及供电质量比较完善的国家,为了节能,部分 UPS 已被逆变切换时间极短(小于 10 毫秒)的 EPS 取代。当然,由于EPS 是离线式,是最后一道屏障,而且隧道内环境较为恶劣,所以必须满足可靠性的要求。 1.3 电缆的选择 在高速公路供配电设计中,尤其是隧道供配电设计中要注重电缆的选择,隧道照明大多采用回路分级控制,回路数较多,供配电电缆的量很大,尤其对于长及特长隧道,电缆截面的选择不仅对于投资成本,而且对于后期运营费用都将产生较大影响。电缆截面选择过大不仅会增加建造成本,而且线缆上的电能损耗也将增大,浪费电能,增加运
6、营成本;电缆截面选择过小,则容易出现供电故障,对人员和设备的安全性造成威胁。在设计中,我们要尽量准确计算负荷与电流,核实电缆压降,正确选择电缆截面,在保证供电可靠的基础上提高经济性。 2照明系统节能设计 2.1 照明光源的选择 目前高速公路绝大部分照明光源采用的是高压钠灯,因为高压钠灯具有光效高、显色性好、透雾性强等优点。但随着 LED 灯、无极灯等新一代大功率高效光源的出现,这些光源也都逐渐应用到了高速公路工程当中,尤其是 LED 大功率照明灯具更是得到了国家的大力支持和倡导,很多地方都进行了隧道 LED 照明的试点或改造工程。 为了推广 LED 照明在高速公路中的应用,笔者在担任福建平潭综
7、合实验区万宝路市政改造工程项目技术负责人时，对隧道照明进行了 LED 照明的改造试验。由于该隧道用于照明的高压钠灯严重老化,光衰严重,照明效果遭到严重影响,改造中将全部高压钠灯换成 LED 灯。 根据该路段的运营特点及工程实际情况,加强照明平均运行时间为 10小时,基本(含应急)照明运行时间 18 小时。高压钠灯附件消耗功率按光源功率的 20%计,LED 灯具附件功率按光源功率的 5%计,电费按工业用电1.00 元/kwh 计算。使用 5 年,照明能耗量下表所示。 3优化隧道照明灯具布置 在我国隧道照明设计中,大多采用灯具两侧交错或对称布置方式。有些隧道因灯具间距布置不合理,产生隧道照明光斑或
8、者让驾驶员在行驶过程中产生灯光频闪效应,使驾驶员产生视觉疲劳,对行驶的安全性构成威胁。灯光频闪效应与行车速度和灯具布置间距有关,规范要求闪烁频率应大于 15Hz 或小于 25Hz,CIE088 同时建议对于行驶时间超过 20s 的隧道,应避免闪烁频率位于 4Hz11Hz 之间。当灯具发光面长度大于相邻灯具首尾间距时可看成连续光带,可忽略闪烁频率限制。 目前,国际上不少发达国家在隧道照明中采用了先进的逆光照明技术。所谓隧道逆光照明,就是通过一个特殊的斜倾式反光器将光束集中朝汽车前进方向投向路面,从而提高目标背景亮度,使前方车辆或目标更容易辨认。隧道逆光照明灯具可实现隧道中排布灯,较传统的隧道双侧
9、布灯可减少灯具量 30%左右,节省投资,同时节省运营电力费 30%。逆光照明灯具节能省电,是隧道照明的发展方向之一。 图 1 隧道逆光照明灯具布 由于路面反射特性的影响,同样的光强,入射角度越大,观察方向的反射光强越大,人眼看到的路面亮度越高;同样光通量的灯具,投射角度越大,路面平均亮度越高,所以在同样的亮度标准应用中,投射角度大的灯具更节能。如果在隧道照明中使用长投射的 LED 灯,不仅灯具数量使用少,电缆截面也会减小,电能损耗也也较少,而且更能满足隧道闪烁频率的限制。 4隧道照明调光控制方式 目前国内大多数隧道照明控制中,不论是手动控制还是自动控制,都采用回路分级调光控制,这种控制方式会因
10、关掉某个或某几个照明回路后,引起照度分布的不均匀.产生光斑效应,甚至使照度达不到要求。而 LED 灯或无极灯都能实现灯具的无极调光控制。无极调光通过控制灯具电流来调整光源光通量,无需间隔开关灯具,可以进一步提高亮度的均匀性、夜间隧道内行车的舒适感和安全系数,同时更精确地控制亮度,避免灯具的反复开关,延长灯具使用寿命,节约能源,降低养护支出。 5笔者在泰州大桥接线常州段 J22 标供配电、照明工程中担任项目总工期间，针对工程具体要求，对原有工程方案进行优化设计，采取有效措施，取得了良好的效果。 5.1 泰州大桥上游距润扬长江大桥约 66km，下游距江阴长江大桥约57km，北接泰州市，南联镇江市和
11、常州市。路线起于大桥北接线与宁通高速公路交叉的宣堡枢纽，终点止于大桥南接线与沪宁高速公路交叉的汤庄枢纽。 5.2 工程范围 泰州大桥接线常州段 J22 标供配电、照明工程包括：跨江大桥道路照明及供配电系统。 5.3 设计原则 5.3.1 供配电系统应满足监控、通信、收费三大系统设备以及照明系统等其他设备的供电可靠性和电能质量要求；设备先进，操作安全、方便，维修简单；系统具有可扩性。 5.3.2 每相用电设备配置科学合理，力求达到三相负荷平衡。 5.3.3 根据高速公路的实际情况，兼顾监控、通信、收费、照明、管理中心、广告照明等用电的不同特点，采取技术先进、经济合理的方案。5.4 供电线路及接地
12、 5.4.1 高压供电线路采用铠装高压交联电缆，除过桥路段采取桥栏外侧挂装钢管敷设外，其余均在绿化带内直埋。 5.4.2 低压供电线路采用铠装电缆直埋或聚氯乙烯绝缘电缆穿 PVC 保护管在土路肩下敷设；电缆过桥时，穿过桥梁护栏内预埋钢管敷设；横穿路面时，穿过预埋路面下的钢管敷设；主线收费站区，采用从收费站地下人行道敷设的电缆桥架上穿过。 5.4.3 变电所进出电缆均在电缆沟内敷设。 5.4.4 变电所接地网接地电阻不大于 4。 5.4.5 重复接地电阻不大于 10。 5.4.6 所有电气设备外露金属部分均可靠接地。 5.5 通过现场科学管理，文明施工，整个工程项目以高品质荣获扬州市城乡建设局、扬州市建筑业协会颁发的扬州市市外优质工程奖。 6结束语 综上所述，高速公路供配电、照明系统设计的节能具有重要意义,不仅应依靠新材料、新设备、新技术的应用,还应进行合理设计,细化各个环节,优化设计方案,提高设备的利用率和系统的可靠性,此外,后期的运营管理也将是一个重要方面。只有完善好各个环节,才能最大限度地实现节能的目的。
