特长公路隧道供电特点

1、1中交第二公路勘察设计研究院中交第二公路勘察设计研究院黄小明黄小明20062006年年3 3月月2 随着西部开发的不断深入，山区高速公路建设项目越来越多，随着西部开发的不断深入，山区高速公路建设项目越来越多，公路隧道的数量和隧道长度在不断增加，特长隧道越来越多。公路隧道的数量和隧道长度在不断增加，特长隧道越来越多。 为满足安全运营的要求，特长隧道运营设施的规模一般都很大，为满足安全运营的要求，特长隧道运营设施的规模一般都很大，使得隧道可靠供电成为特长公路隧道安全运营的关键，越来越受到使得隧道可靠供电成为特长公路隧道安全运营的关键，越来越受到设计者和建设者的关注。设计者和建设者的关注。 特长公路

2、隧道在隧道土建结构、隧道运营条件等方面均有别于特长公路隧道在隧道土建结构、隧道运营条件等方面均有别于一般隧道，因此在供电设计时需对诸多方面加以关注。一般隧道，因此在供电设计时需对诸多方面加以关注。 31 1、主体工程、主体工程 雪峰山隧道位于邵阳市与怀化市交界区域的雪峰山脉，是上海至瑞雪峰山隧道位于邵阳市与怀化市交界区域的雪峰山脉，是上海至瑞丽国道主干线湖南省邵阳至怀化高速公路的控制性工程。丽国道主干线湖南省邵阳至怀化高速公路的控制性工程。 雪峰山隧道为上下行分离的双洞双车道特长隧道，雪峰山隧道为上下行分离的双洞双车道特长隧道，左线隧道长左线隧道长6946米米，设，设1座座通风斜井（通风斜井（

3、1#斜井）和斜井）和1座竖井（座竖井（3#竖井）。竖井）。右线隧道长右线隧道长6956米米，设，设1座座通风斜井（通风斜井（2#斜井）斜井） 。42 2、附属运营设施、附属运营设施雪峰山隧道设有完善的雪峰山隧道设有完善的通风通风、照明照明、消防消防、监控监控、供配电供配电设施设施5通风系统通风系统隧道的通风系统采用全隧道分段纵向隧道的通风系统采用全隧道分段纵向送排式通风方式送排式通风方式。隧道左线分隧道左线分3段通风段通风在分段设在分段设4座轴流风机房，设座轴流风机房，设1座通风斜井和座通风斜井和1座通风竖井；座通风竖井；隧道右线分隧道右线分2段通风段通风设设2座轴流风机房，设座轴流风机房，设

4、1座通风斜井。座通风斜井。轴流风机轴流风机射流风机射流风机6通风系统通风系统7照明系统照明系统隧道的照明系统采用隧道的照明系统采用高压钠灯照明高压钠灯照明 洞口不设遮光棚洞口不设遮光棚入口段和出口段分别设置入口段和出口段分别设置加强照明加强照明灯具安装方式为两侧交错式灯具安装方式为两侧交错式左侧部分基本照明灯具兼作左侧部分基本照明灯具兼作应急照明应急照明，由，由UPS在线供电。在线供电。 隧道专用灯具隧道专用灯具入口加强照明入口加强照明出口加强照明出口加强照明8消防系统消防系统隧道的消防系统采用隧道的消防系统采用水消防水消防洞内设洞内设消火栓消火栓（水成膜装置）（水成膜装置） 、给水栓给水栓、

5、灭火器灭火器（干粉灭火器）（干粉灭火器）洞口设洞口设滚水坝滚水坝、集水池集水池、泵房泵房、高位蓄水池高位蓄水池。消防管道消防管道滚水坝滚水坝蓄水池蓄水池消火栓消火栓9监控系统监控系统 隧道的监控系统设有：隧道的监控系统设有：1、监控所控制系统、监控所控制系统2、现场控制系统、现场控制系统3、交通监控系统、交通监控系统4、通风监控系统、通风监控系统5、照明监控系统、照明监控系统隧道监控所控制室隧道监控所控制室车道控制标志车道控制标志摄像机摄像机视频监测器视频监测器6、电力监控系统、电力监控系统7、火灾检测报警系统、火灾检测报警系统8、紧急电话、紧急电话9、有线广播系统。、有线广播系统。101 1

6、、负荷情况、负荷情况通风、消防等负荷：通风、消防等负荷： 集中分布在隧道进出口及隧道中部轴流风机房附近，共计集中分布在隧道进出口及隧道中部轴流风机房附近，共计8245kVA隧道照明、监控等负荷：隧道照明、监控等负荷： 分散分布在隧道全长范围内，共计分散分布在隧道全长范围内，共计1100kVA一级负荷：一级负荷： 隧道照明、监控、消防、排烟风机等设备隧道照明、监控、消防、排烟风机等设备一级负荷中特别重要的负荷：一级负荷中特别重要的负荷： 应急照明、紧急出口灯箱标志、监控设施、紧急电话设施、火灾应急照明、紧急出口灯箱标志、监控设施、紧急电话设施、火灾检测报警控制设施、中央控制设施等检测报警控制设施

7、、中央控制设施等112 2、外供电、外供电 为满足隧道负荷对供电的要求，保证各系统设备安全、可靠地运行，经为满足隧道负荷对供电的要求，保证各系统设备安全、可靠地运行，经与当地供电部门协商，对雪峰山隧道的外供电系统作了专项设计：与当地供电部门协商，对雪峰山隧道的外供电系统作了专项设计： 1、由、由安江安江110kV变电站变电站提供两路独立的提供两路独立的35kV分别为雪峰山隧道邵阳端分别为雪峰山隧道邵阳端洞口洞口塘湾塘湾 35 kV变电站变电站（新建）和怀化端洞口（新建）和怀化端洞口铁山铁山 35 kV变电站变电站（新建）供电（新建）供电。两变电站利用隧道实施电缆联络，使两站均为双电源。两变电站

8、利用隧道实施电缆联络，使两站均为双电源。 2、塘湾、铁山两变电站均采用双变压器、单母线分段系统。每个变电、塘湾、铁山两变电站均采用双变压器、单母线分段系统。每个变电站为隧道提供站为隧道提供2回回10kV电源，使隧道每个洞口均有电源，使隧道每个洞口均有2回回10kV电源。电源。 3、塘湾变电站和铁山变电站均为双电源进线，两变电站的、塘湾变电站和铁山变电站均为双电源进线，两变电站的4回电源均为回电源均为专柜专线，并且来自专柜专线，并且来自35kV变电站的不同变电站的不同10kV母线段，供电可靠性相当高，母线段，供电可靠性相当高，故故不设柴油发电机不设柴油发电机。12雪峰山隧道雪峰山隧道邵怀高速公路

9、邵怀高速公路2 2、外供电、外供电雪峰山隧道110kV安江变35kV铁山变35kV塘湾变133 3、变电所设置、变电所设置变电所设置原则：变电所设置原则： 1、 对集中负荷，应靠近负荷中心：对集中负荷，应靠近负荷中心： 轴流风机房附近设变电所；轴流风机房附近设变电所； 洞口加强照明附近设洞口变电所。洞口加强照明附近设洞口变电所。 2、对分散负荷，应分散布置：、对分散负荷，应分散布置： 在行车横洞设埋地变压器。在行车横洞设埋地变压器。全隧道共设置全隧道共设置4座座10kV变电所（变电所（1#4#变电所），变电所），16套埋地变压器。套埋地变压器。 负荷分布情况：负荷分布情况： 1、 照明负荷（分

10、散负荷）：照明负荷（分散负荷）： 基本照明均匀分布全隧道；基本照明均匀分布全隧道； 加强照明集中在洞口。加强照明集中在洞口。 2、风机负荷：、风机负荷： 轴流风机集中在轴流风机房；轴流风机集中在轴流风机房； 射流风机集中在洞口附近和轴流风机房附近。射流风机集中在洞口附近和轴流风机房附近。143 3、变电所设置、变电所设置154 4、隧道、隧道10kV10kV系统系统 变电所的变电所的10kV系统均为单母线负荷开关分段的接线形式，系统均为单母线负荷开关分段的接线形式，负荷均衡地分配在母线负荷均衡地分配在母线段和母线段和母线段上。段上。10kV系统设计采用可靠性较高的环网结构：系统设计采用可靠性较

11、高的环网结构： 由塘湾由塘湾1#进线、铁山进线、铁山1#进线和各变电所的母线进线和各变电所的母线段构成隧段构成隧道道10kV系统系统 1#环网环网，开环点设在，开环点设在2#变电所；变电所； 由塘湾由塘湾2#进线、铁山进线、铁山2#进线和各变电所的母线进线和各变电所的母线段构成隧段构成隧道道10kV系统系统 2#环网环网，开环点设在，开环点设在3#变电所。变电所。164 4、隧道、隧道10kV10kV系统系统175 5、隧道配电系统、隧道配电系统 隧道照明、监控等负荷分散分布在隧道全长范围内，由高隧道照明、监控等负荷分散分布在隧道全长范围内，由高密封等级的埋地变压器供电，埋地变压器亦分散分布在

12、隧道全密封等级的埋地变压器供电，埋地变压器亦分散分布在隧道全长范围内，以提高系统运营的经济性。长范围内，以提高系统运营的经济性。 隧道通风、消防等负荷集中分布在隧道进出口及隧道中部隧道通风、消防等负荷集中分布在隧道进出口及隧道中部（轴流风机房），故在此类负荷附近的变电所内集中设置大容（轴流风机房），故在此类负荷附近的变电所内集中设置大容量的变配电设备。量的变配电设备。 隧道内的一级负荷中特别重要的负荷由设在变电所内的不隧道内的一级负荷中特别重要的负荷由设在变电所内的不间断电源间断电源UPS在线供电，以保证故障隔离阶段重要负荷的供电在线供电，以保证故障隔离阶段重要负荷的供电不中断。不中断。186

13、 6、电力监控设计、电力监控设计 变电所及风机控制室均位于隧道内，设计为变电所及风机控制室均位于隧道内，设计为无人值守无人值守的管的管理模式，故系统设有电力监控装置。理模式，故系统设有电力监控装置。 电力监控装置收集各变电所内的必要信息，同时接收雪峰电力监控装置收集各变电所内的必要信息，同时接收雪峰山隧道监控所的命令，输出开关控制信号，调节设备的整定值，山隧道监控所的命令，输出开关控制信号，调节设备的整定值，并返回已完成操作的信息。并返回已完成操作的信息。 电力监控系统与隧道交通监控系统进行衔接，利用隧道交电力监控系统与隧道交通监控系统进行衔接，利用隧道交通监控系统的传输网络（通监控系统的传输

14、网络（工业以太网工业以太网）与雪峰山隧道监控所之）与雪峰山隧道监控所之间实现通信。间实现通信。 191 1、应作隧道外供电设计提高供电可靠性、应作隧道外供电设计提高供电可靠性 （1）负荷容量大）负荷容量大 设有轴流风机，负荷接近一万设有轴流风机，负荷接近一万kVA，从经济性考虑，供电的，从经济性考虑，供电的电压应采用较高等级，需要电压应采用较高等级，需要10kV甚至甚至35kV供电。供电。（2）一级负荷比重较大）一级负荷比重较大 隧道照明、监控、消防、排烟风机等设备为一级负荷，隧道照明、监控、消防、排烟风机等设备为一级负荷，必须采用双电源，甚至多电源；受隧道长度限制不适宜采用发必须采用双电源，

15、甚至多电源；受隧道长度限制不适宜采用发电机。电机。（3）运营状况的变化对负荷影响较大）运营状况的变化对负荷影响较大 轴流风机的启动，对电源的影响较大，影响供电质量。轴流风机的启动，对电源的影响较大，影响供电质量。202 2、应用环网供电提高供电可靠性、应用环网供电提高供电可靠性 环网供电与传统树干式供电相比具有显著的特点和优点：环网供电与传统树干式供电相比具有显著的特点和优点：（1）树干式供电方式中，断路器的大量应用使得继电保护的整定、）树干式供电方式中，断路器的大量应用使得继电保护的整定、配合较为复杂，给系统的供电可靠性带来了安全隐患。而环网供电配合较为复杂，给系统的供电可靠性带来了安全隐患

16、。而环网供电的系统结构较为清晰，配网自动化的运行代替了传统的人工切换操的系统结构较为清晰，配网自动化的运行代替了传统的人工切换操作，使系统的供电可靠性得到保证。作，使系统的供电可靠性得到保证。 （2）洞内变电所和地下风机控制室对变配电设备的防护等级要求较）洞内变电所和地下风机控制室对变配电设备的防护等级要求较高，在树干式供电方式中，高防护等级断路器柜的大量应用必然大高，在树干式供电方式中，高防护等级断路器柜的大量应用必然大幅度的提高工程造价，使得系统的经济性不高。而环网供电方式可幅度的提高工程造价，使得系统的经济性不高。而环网供电方式可在特定的环网结点采用结构紧凑防护等级高的负荷开关柜，使系统

17、在特定的环网结点采用结构紧凑防护等级高的负荷开关柜，使系统整体造价较为经济，并能满足隧道土建条件及运营条件的要求。整体造价较为经济，并能满足隧道土建条件及运营条件的要求。 负荷分布情况较为复杂洞内，设有轴流风机房，变电所负荷分布情况较为复杂洞内，设有轴流风机房，变电所不得不设在洞内，对此通常设计采用树干式供电。不得不设在洞内，对此通常设计采用树干式供电。212 2、应用环网供电提高供电可靠性、应用环网供电提高供电可靠性 （3）环网供电设备结构紧凑、防护等级高且工程造价经济的特点使）环网供电设备结构紧凑、防护等级高且工程造价经济的特点使得地下风机房的通风设计方案更为合理、可靠，结合环网供电及配得

18、地下风机房的通风设计方案更为合理、可靠，结合环网供电及配网自动化的发展趋势，使得隧道机电系统的技术先进性较高。网自动化的发展趋势，使得隧道机电系统的技术先进性较高。 （4）隧道内的空间较为狭窄，而且运营环境较为恶劣。因此，设置）隧道内的空间较为狭窄，而且运营环境较为恶劣。因此，设置在隧道内的环网供电设备必须结构紧凑、防护等级高且防腐能力强。在隧道内的环网供电设备必须结构紧凑、防护等级高且防腐能力强。 雪峰山隧道内设置的环网供电设备其整个雪峰山隧道内设置的环网供电设备其整个10kV系统包括所有开关系统包括所有开关装置均密封于一个高绝缘性能的装置均密封于一个高绝缘性能的SF6气体箱体气体箱体中，并

19、使整个中，并使整个10kV系统系统防护等级达到防护等级达到IP67，设备柜体均由具有良好防腐能力的不锈钢材料和，设备柜体均由具有良好防腐能力的不锈钢材料和优质覆铝锌板制作。优质覆铝锌板制作。SF6气体箱体高压柜气体箱体高压柜气体保护高压出线气体保护高压出线气体保护高压母线气体保护高压母线高压柜保护箱高压柜保护箱保护柜中的气体保护开关柜保护柜中的气体保护开关柜223 3、应用埋地变压器提高供电的经济性、应用埋地变压器提高供电的经济性（1）埋地变压器分散分布在负荷中心，低压供电半径可控制在数百米以）埋地变压器分散分布在负荷中心，低压供电半径可控制在数百米以内，有效地降低了电能损耗及有色金属的消耗。

20、内，有效地降低了电能损耗及有色金属的消耗。 （2）埋地变压器采用一进一出（或一进两出、一进三出等）的电缆连接）埋地变压器采用一进一出（或一进两出、一进三出等）的电缆连接器组合，保证了电缆线路的延伸。器组合，保证了电缆线路的延伸。 （3）隧道内的空间限制以及运营条件的限制决定了变配电设备必须结构）隧道内的空间限制以及运营条件的限制决定了变配电设备必须结构紧凑、防护等级高，而体积小、高密封等级的埋地变压器恰好满足这条件紧凑、防护等级高，而体积小、高密封等级的埋地变压器恰好满足这条件，因此不失为一种很好的解决方案。，因此不失为一种很好的解决方案。（4）这种供电方式对埋地变压器有如下要求：高压采用一进

21、一出三相一）这种供电方式对埋地变压器有如下要求：高压采用一进一出三相一体化插拔式连接器，防护等级应达到体化插拔式连接器，防护等级应达到IP68。高压电缆插头高压电缆插头低压电缆插头低压电缆插头6kV电缆连接器电缆连接器10kV电缆连接器电缆连接器10kV埋地变压器埋地变压器6kV埋地变压器埋地变压器234 4、应用电力监控系统提高供电系统管理自动化水平、应用电力监控系统提高供电系统管理自动化水平 特长公路隧道的变电所、风机控制室分布在隧道洞口和特长公路隧道的变电所、风机控制室分布在隧道洞口和隧道深处，环境不利于管理人员长期在内工作，必须按照无人隧道深处，环境不利于管理人员长期在内工作，必须按照

22、无人值守的管理模式进行设计，这就要求系统应设置完善的电力监值守的管理模式进行设计，这就要求系统应设置完善的电力监控装置。控装置。 环网供电要求具备配网自动化功能，电力监控系统能可靠环网供电要求具备配网自动化功能，电力监控系统能可靠完成配网自动化。完成配网自动化。 电力监控装置应与隧道交通监控系统进行衔接，利用交通电力监控装置应与隧道交通监控系统进行衔接，利用交通监控系统所敷设的传输介质与隧道监控所之间进行通信，达到监控系统所敷设的传输介质与隧道监控所之间进行通信，达到多网合一多网合一的目的。目前应采用的目的。目前应采用100M工业以太网工业以太网244 4、应用电力监控系统提高供电系统管理自动

23、化水平、应用电力监控系统提高供电系统管理自动化水平系统应具备系统应具备 以下功能：以下功能：（1）监测各种电气设备运行参数，即）监测各种电气设备运行参数，即“遥测遥测”功能。功能。（2）与智能电子设备联接，远方（也可就地）控制系统开关、实行环）与智能电子设备联接，远方（也可就地）控制系统开关、实行环网控制，即网控制，即“遥控遥控”功能。功能。（3）接受继电保护、开关及其它设备的状态信号，即）接受继电保护、开关及其它设备的状态信号，即“遥信遥信”功能。功能。（4）监控所控制室远方调整电力设备的整定值，即）监控所控制室远方调整电力设备的整定值，即“遥调遥调”功能。功能。 （5）与隧道交通监控系统衔

24、接，利用隧道交通监控系统的传输网络与）与隧道交通监控系统衔接，利用隧道交通监控系统的传输网络与上一级控制系统实现通信。上一级控制系统实现通信。255 5、隧道内高压电力电缆的敷设、隧道内高压电力电缆的敷设 因受到山区地形条件的限制，为保证供电安全性、可因受到山区地形条件的限制，为保证供电安全性、可靠性，在电缆线路供电距离、绝缘等运行条件允许的情况靠性，在电缆线路供电距离、绝缘等运行条件允许的情况下，特长公路隧道在隧道内一般采用电缆线路供电。下，特长公路隧道在隧道内一般采用电缆线路供电。 隧道内相对狭窄的空间以及各类管道的复杂分布给高隧道内相对狭窄的空间以及各类管道的复杂分布给高压电力电缆的敷设带来了困难。一般情况下，高压电力电压电力电缆的敷设带来了困难。一般情况下，高压电力电缆敷设在隧道强电电缆沟内，过路时须穿镀锌钢管保护，缆敷设在隧道强电电缆沟内，过路时须穿镀锌钢管保护，预埋镀锌钢管的工作应在隧道路面铺设施工前完成。强、预埋镀锌钢管