远距离供电技术在工程项目中的应用研究

1、远距离供电技术在公路工程项目中的应用研究秦庆飞（中交一公局集团第七工程有限公司 ）摘要：交通行业一定要克服传统供配电系统技术体系面临的建设成本高、能耗高、电能质量差、智能化水平低等一 系列技术难题。通过远距离供电系统在公路工程中的应用，从而实现供配电系统的高质量、低能耗和智能控制，它 不仅解决了现阶段供电系统面临的技术难题，而且适应未来交通行业发展需求。关键词：供配电系统 远程供电 低能耗 智能控制.引言根据国家统计局的统计，从1971年到2001年，我国交通部门的能源消费以每年9.3%的速度增长，2001年到2015年，增长速度激增为 23.1%, 能源使用量大幅增加。与此同时，我国交通行业

2、 的能源供给系统仍延续着九十年代的技术体系， 其最初基本目标是满足有限负载的电力供给需求， 然后面对现阶段管理与服务需求，却存在着一系 列行业关键技术难题，如： （1）能源设施信息化 智能化水平低；（2）能源供给设施建设与运营成 本高；（3）能耗高，能源利用率低；（4）电能质量差，易损坏用电设备；（5）能源故障导致关键 设备损坏会造成重大交通安全隐患；（6）能源管理的手段单一，且技术水平低等。能源问题将限制新时代“互联网+交通运输”体系的发展。如何解决交通行业的能源供给与消 费问题，成了行业内管理、研究及技术人员共同 承担的重任。基于此，引出一种带载能力强、传输距离远、 供电质量稳定、供电电压

3、可调、且自身能耗小、 节省能耗的远程智慧节能供配电系统，通过对供 配电系统进行按需调节、智能控制，最终达到降 低能耗，节约运营费用的目的。.远距离供电技术远距离供电产生的背景我国早期公路工程配置的用电负载有限，主 要集中在收费设施和互通区附近简单的监控设施， 因此从收费站采用电缆直供方案较为方便。随着 我国道路网建设的快速发展、出行以及管理需求 的不断提高，公路用电负载逐渐增多，且精度越 来越高，这对供电系统的供电能力及电能质量提 出了更高的要求。传统380V电缆直供技术体系一般供电距离 在2km以内时较为经济合理。随着全程监控、重 点路段监测、智能路侧设施、车路协同等设施的 建设，供电距离少

4、则45km,多则超过20km,特 别是在西北、东北等偏远地区，互通间距可达到30km以上。为了保证远距离供电远端设备的供电电压， 通常采用增大电缆截面积的办法来提高供电能力， 而此方法在提高供电能力的同时，也会快速增加 建设成本和线损，且末端电能质量差，易损坏用 电设备。基于以上情况，传统的供电技术体系已经无 法适应交通行业的发展需求。远距离供电系统即 是在这种背景下产生的，并因其自身的安全、节 能、智能、经济等技术优势而快速在工程中得以 推广应用。现有供电方案简介目前，在公路工程供电方案中，除380V电缆直供方案外，常用的供电应用的供电技术主要有 660V小升压供电方案、10KV供电方案、风

5、光互 补供电方案及远程供电方案，每种供电方案适用 环境略有不同。660V升降压供电方案660V升降压供电方案即在变电所设置升压变压器，将380V升压至660V,传送至负载较集 中的位置，然后通过降压变压器降压至 380V向附 近的负载供电，如图1所示。1 660V1 660V升降压供电方案图此供配电系统相当于对低压380V供电系统做了一定程度的升级，在传输距离和供电能力方 面有所提高，但供电能力仍有限，且仍延续着传 统的供电技术体系。10KV供电方案高压10kv间接供电方案是从变电所高压柜引出10kv电压传输至负载较集中的位置， 通过变 电箱变压至380V向附近的负载供电，如图2所示。10KV

6、10KV10KV图2高压10kV间接供电方案系统图此供配电系统虽能够满足长距离供电需求，供电能力较强，但10kV供配电系统所需供电电缆和设备耐压等级要求高，造价成本较高，且由于10kV电压通过变压器降压为 380V后，还需要通过电缆传输至附近用电点，因此需要敷设10kV等 级和1kV等级两条电缆，造成电缆重复敷设。图3风能和太阳能互补供电方案系统图电压向负载供电，如图 4图3风能和太阳能互补供电方案系统图电压向负载供电，如图 4所示。（3）风光互补供电方案风光互补供电方案是在近年来新能源开发利 用的形势下产生的一种供电方案，也就是说，使 用风能、太阳能或两者互补方式进行发电，给用 电负载供电，

7、如图3所示。采用三相380V输入，通过上位机输出单相（660V10kV可选）电压。通过电缆将电力输送到各用电点。在用电点（一个、多个或串型用电点）再通过下位机将传输电压转变为380V/220V风光互补供电系统的最大优势在于能够充分 利用清洁能源，使用中无污染，能源丰富，但其 受天气环境条件的影响及后期运维也成为了制约 其发展的主要因素。目前外场监控设备传输主要采用工业以太光 环网，不稳定的风光互补供电如果造成个别设备 点因电源缺失而掉线，将会对整个环网造成非常 大的影响，其余正常供电的设备信号也极有可能 无法正常传输至监控中心。（4）远程供电方案远程供电方案是近些年来随着公路工程供电 距离和负

8、载容量的不断增加借势而生，由先进的 物联、感知技术为基础，以智能电网为控制手段 的新一代能源供给技术。图4远距离供电系统远程供电方案因其自身的供电能力、安全性、节能性和智能化等特点被交通行业快速认可，并 得以推广应用。多种供电方案之间的对比无论是传统的低压供电、高压供电还是新兴 的风光互补及远程供电方案，都承载着交通行业 供电重任，但每种供电方案从经济、节能、使用 效率等方面存在着较大的差异（具体见表1）表1不同供电方案对比表序号对比项660V升降压10KVA供电风光互补远程供电1供电距离4km10km10km15km不受距离限制可达25km2带载能力为大功率负载供电时， 供电距离受限强适用于

9、小功率负载强3安全性无监测、保护功能，安 全性较低需配置高压监测、保 护功能安全性高，但受外界 环境影响较大安全性高，主控单元包含 绝缘监测设备4建设成本适中高适中适中5施工难易设计施工难度低设计施工难度高设计施工难度低设计施工难度低6供电质量供电质量差，受电网波 动影响较大，且需三相 平衡供电质量差，需要配 置昂贵的隔离变压 器，且需三相平衡受环境影响较大，供 电稳定性受限输出纯净、稳定的单相 电，与电网相互隔离，无需三相平衡7系统能耗高高低低8设备运行状态 监测无无无智能监测设备运行状态9远程监控无无无远程三级控制10可扩展性扩容能力有限可扩展扩容能力有限系统扩容方便11后期运维无智能管控

10、功能，一旦 出现故障需人工逐一排 查无智能管控功能，一 旦出现故障需人工逐 一排查无智能管控功能，一 旦出现故障需人工逐 一排查管理系统可进行实时监 控，一旦出现故障可精准 定位故障点.远距离供电系统介绍目前，公路工程远距离供电主要有交流远供 系统和直流远供系统两种方式。其中，交流供电 系统因其自身的技术优势，在远距离供电系统中 所占份额较大。现将不同交流供电方案及直流供 电方案分析如下。交流远距离供电系统交流供电系统是以能源互联网为基础的新一 代能源供给技术，由上位机组、下位机群、供电 与通信网络、管控平台组成，形成了分布式的智 能电源管控系统。交流供电系统供电核心技术主要是在上位机处，其供

11、电原理是将 380V市电整流逆变成单相交流电传输，在下位机处将传输电压降至 220V为用电负载供电，供电原理图如图5所示。图5交流供电系统原理图交流供电系统近年来在公路工程中应用较为 广泛，主要应用于外场监控、照明、桥梁照明、 隧道照明、隧道监控及隧道通风等场景。（a）单面柜 （b）双面柜（c）多面柜（d）外场监控下位机（e）大桥照明下位机（f）隧道照明监控司售扎号图7直流供电系统原理图下位机下位机图6交流供电系统工程应用3.3交、直流远距离供电方案对比由于交流电与直流电存在着本质的区别，同时考虑交通行业应用的特定环境，导致交流远距3.2直流远距离供电系统与交流供电系统相比，直流供电系统同样存

12、离供电系统和直流远距离供电系统在使用性能、经济性等方面存在着较大的差异，具体对比如下。在整流、逆变过程，直流供电系统的整流模块在 上位机，即经上位机将380V市电整流成直流传输, 而逆变模块在下位机，即在下位机处再经逆变模 块将直流逆变成交流电为用电负载供电，其原理 图如下图所示。表1交、直流供电方案对比序号对比项直流供电方案交流供电方案1安全性触电分断时易因拉弧而引起窜电，从而造成误动作 或电气控制设备损害。若采用高压直流，发生故障 时，直流线路间距可能会拉弧燃烧，比较危险发生故障时，交流供电设备自身可以比 较安全的做到过压过流保护，使用的元 器件市场通用，便于维护2后期维护核心部件在设备端

13、，对环境适应性要求比较高，经 日晒、潮湿、高低温循环后，设备端损坏率较高， 后期维护量大，成本高核心部件在电源端，设备端环境适应性 强，损坏率低，后期维护量小，成本低3带载能力带载能力有限，负载量较小时可以远距离供电支持各种负载量远距离供电4可扩展性扩展性受限可靠性高，扩展性好5系统能耗能耗低能耗低.远距离供电的应用亮点远距离供电系统与传统供配电系统相比，除 满足用电负载供电需求外，还可以大幅度提高安 全性、稳定性、节能性、智能化等，技术优势较 为明显，具体可表现在以下几个方面：(1)远距离供电能力远距离供电系统采用逆变模块并联、无主均 流工作方式，实现远距离、大功率带载能力，单 机容量可达

14、1000kW,单方向供电距离可达到 25km,适用于公路工程的多种用电场景。(2)安全可靠高效电能质量优化技术提供优质纯净电能, 减少恶劣的电能质量对机电设施性能的影响，保 障设备安全运行。精细化智能感知、互联，实时监控设备运电网与用电设备相互隔离，主控单元实时 监控系统绝缘状况，确保用电设备和人身的安全。(3)节能环保系统在额定工作状态下，功率因数大于 0.95,大大降低无功损耗。系统采用单相远距离供电技术，减少电缆 芯数和线径，降低线损。系统自身能耗较小，且可降低空载能耗。(4)远程监控，系统集成监控模块与通讯模块，通过供电 网络与通信网络实现系统内各个设备见的能源与 信息的互联互通。智能

15、感知、调压及三级远程调控，管控灵 活。资产数字化管理，实现智能化运维养护。(5)降低成本行状况，降低用电设备故障带来的安全隐患。一次配电，减少无功损耗，节能线路成本 和用电成本。电缆采用2芯缆，且电缆线径较细，大大 节省建设成本。.应用前景应用领域远距离供电系统是时代发展的产物，实现了 信息化与实体的深度融合，可大大提高能源的利 用率，提高供给质量和效率，不但满足公路行业 的发展需求，也能更好地满足多个行业能源消耗 的日益增长、不断升级和个性化的需求。对于用电负载成带状分布的领域，如铁路、 地下管廊、基站、油田等多个领域均可适用。技术发展趋势随着“互联网+”的蓬勃发展，智慧化成为交 通运输系统的显著特征，交通智能化、信息化技 术的广泛应用，交通运输系统已物理成网、信息 成网、服务成网，交通用能供给系统必将成网， 能源成网势在必行。与此同时，国家发展改革委、国家能源局、工业和信息化部发布的关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见指出了 “建设能源生产 消费智能化基础设施、多能协同综合能源网络设 施、与能源深度融