郑立峰
摘 要：随着我国经济与科技地迅猛发展，我国的公路长度是世界之最，公路的质量也得到了很大地提升，隧道的发展缩短了出行距离，进一步提高了人们出行的便利性，与此同时，公路及公路隧道的工程量也大大增加，这样对公路隧道的质量也有了严格的要求。公路隧道带来便利的同时，也比露天公路增加了些许危险性，因此在进行施工建设时要保证隧道使用的安全性，供配电系统是公路隧道工程极其重要的一部分，因此怎样进一步完善供配电系统的电气设计，是公路隧道工程的重要课题之一。本文主要探讨了公路隧道中供配电系统的特点和如何利用现有的科学技术进行系统地对其进行电气设计。
关键词：公路隧道;供配电系统;特点;电气设计
公路隧道是针对汽车进行人力或者物力运输的通道，以前在条件不允许的情况下，会绕过障碍物盘山绕行，为了缩短运行距离，以现在的科技水平大都采用开凿隧道的方式。在我国隧道工程史上有一项接一项的隧道工程冲破了各种阻碍完成了建设目标，例如位于青海花久高速上的雪山一号隧道，施工人员克服了高海拔、温度极低、高度缺氧的困难，在千年冻土上开凿出单程长达四千多米的公路隧道，这是值得骄傲的，相对应的恶劣的环境下对供配电系统也有着严格要求。开凿隧道的难度较大，相配备的电气设计是必须的，比如说照明、消防等，公路隧道的机电工程应运而生。合理完善的电气设计为供配电系统安全、平稳地运行提供了切实地保障。
1公路隧道工程中供配电系统存在的特点
针对公路隧道进行具体地电气设计时，电缆的选择、变压器的选择、保护装置等的选择都是根据每个隧道工程的外部环境以及隧道本身工程量的大小来判断的，因地制宜。优化隧道供配电系统是有必要性的，长远来说，对减少交通事故的发生以及对人民生命财产安全都有相当重要的保障。
虽然在隧道建成时已经配备足量需求的变电站，由于多种因素的影响，电压不稳的情况时常发生，一般分成两种情况：电压低和电压高，出现电压低的是在白天，是因为用电量大，负荷过多，这种时候就容易发生触发器失误操作的情况;出现电压高的情况自然是晚上，这时又会造成一定的能源损耗。照明器具在这种电压忽高忽低的状态下容易造成一定的损坏，缩短使用寿命。公路隧道的复杂性决定了对供配电系统优化的必要性，要求缜密地设计，过硬的质量[1]。公路隧道供配电系统必须保证安全性，因为隧道在其他情况正常，供配电系统出现了问题，轻则影响正常的交通，重则可能导致交通安全事故的发生，对人民财产生命安全有着严重的威胁。公路隧道中最怕火灾发生，因为隧道顶部是密封的，只有两侧通风口，一旦发生火灾，浓烟不能及时散发出去，对整个隧道车辆上的人员生命都会产生威胁，容易造成特大安全事故，因为供配电系统对火灾的预防起到相当大的作用，实行条件是达到一级负荷，所以隧道施工技术人员一定要按照建造供配电系统的标准严格执行，为了以防万一还需要准备备用电源，预防突发事故[2]。在供配电的具体施工过程中，不能为了节省成本偷工减料，不注意电力设备的质量，特别是距离长、工程量大、难度高的隧道工程中，不仅要配备足够的电气设备，还要严格筛选设备的质量、型号、规格，确保符合本次工程的使用标准。除了公路隧道主体的供配电要求，相应的辅助供配电和其他设施的用电也要完善，两者要相互协调，还有要对通风、消防、监控等辅助设施设备进行完善。隧道内需要随时确保良好的照明条件。综上所述，公路隧道的供配电系统有着多样化、复杂化的特点，根据这些特点，对其进行优化，确保隧道工程的安全性。
2公路隧道供配电系统的电气设计
2.1合理设计消防负荷双电源末端切换
公路隧道工程的防火设计是必不可少也是至关重要的，隧道中有了防火设计能够快速地发现火灾隐患，小的火灾事故发生时也能及时扑灭。火灾设计包括两种类型：一是火灾报警系统;二是消防设施设备，为了使防火系统地有效运行，可以使用双电源末端切换的技术，即使这种技术的设计规范没有明文规定，但是在实际操作中可以根据实际情况进行合理地设计。双电源末端切换技术地使用有一定的局限性：增加一定的材料成本，电缆使用数量增多，供电的面积也会变大;隧道内部的环境相对于露天公路来说，有它的特殊性，这种特殊性会使末端切换箱容易被损坏与腐蚀，进而会影响其切换功能的使用。但是双电源末端切换也有它的好处：因为是双电源，在其中一路电源出现问题时，另外一路电源就会顶上，继续供电，可以有效防止出现断电的情况。公路隧道内部的电缆是并排铺设的，距离较近，如果其中一条电缆被破坏，其他电缆随之被影响，为了避免过流损坏，每一条电缆都安装了短路保护装置。有的隧道为了防止鼠蚁噬咬，还会使用铠装电缆。另外，在设计隧道供配电系统的时候，负责输送电源的变电所回会准备两路电源，模式是单母线分段联络，合理设计了消防负荷的双电源末端切换，是一种放射性供电的方式，如此一来，公路隧道供电的稳定性有了保障[3]。
2.2选取合适的变压器容量
顾名思义，变压器是控制电压，保证电压的稳定性。在公路隧道工程中会用到形形色色的电力设备，变压器是其中一种，也是很重要的一种。在选取变压器的容量时，要根据隧道供配电系统的大小进行科学选取，确保供电安全。对隧道变电所总的用电量进行准确计算，根据计算结果选取容量合适的变压器，然后再电源上安装相同容量的变压器，一台变压器就会承担1/2的负荷，如果其中一台变压器发生故障，另外一台便会暂时承担此路电源的负荷，出现超负荷的情况，这种办法对变压器损耗比较大。照明用电和通风用电是隧道内部主要的两种用电负荷。根据隧道长短及其他方面的不同，进行电气设计是可以分为长期和短期，两者之间在规划设计量上有着很大的差距，变压器容量选取不当会造成浪费[4]。因此在设计变压器容量时首先依据短期的用电负荷，如果日后发生变化，可以使用更大容量的变压器代替来满足隧道的用电需求。一台变压器容量就要完全承担一级负荷，负载率是在0.6和0.8之间。除此之外，选取变压器容量时要考虑到温度对变压器地影响，温度升高会降低输出功率，增加损耗。
2.3变压器保护装置的选取
设计合理的变压保护装置是保证公路隧道供配电系统安全运行的有力保障，最多使用的是断路器，也有少部分使用负荷开关加熔断器的情况，但是通过比较，断路器的缺点较为明显，所以在后面会详细讲述负荷开关加熔断器的特点以及在实际运用中的情况。后者在实际使用情况中，短路保护的现象出现的没有开关负荷切换的情况多，负荷开关加熔断器工作时是分离开的，各有各的使用作用，负荷开关可以进行负荷切换，熔断器的作用是短路保护，有一种限流熔断器可以在极短的时间内进行短路保护，应急能力比较强，所以具有广阔的市场前景。负荷开关加熔断器的使用标准一些城市有在用电使用规范当中进行说明：单台变压器容量低于1600kVA时，采取的保护措施是负荷开关加熔断器;当数值大于1600kVA时，才会使用断路器这种保护装置。而在隧道工程中选取哪种保护装置与上述数值是不一样的，是以500kVA为中间数值，大于这个数值的，就会使用高压断路器，小于这个数值的，就会使用高压熔断器，在实际施工当中，根据规范选取适用的保护装置[5]。
2.4应急电源的设计
应急电源的作用体现在突发事件发生时，依然能够保证照明、排风、消防等工作顺利进行，所以公路隧道在设计供配电系统时，就要对应急电源重视起来，增强事故发生时的安全保障。设计应急电源应当注意以下问题：隧道的工作时间和电源转换时间的长短;应急电源的电源负荷类型。“鸡蛋不能放在一个篮子里”，应急电源也不能只选择一种，所以在电气设计时，一般会使用多种应急电源，以应对突发情况，比如说在长度很长的隧道里，利用柴油进行发电不会受到时间地干扰，但是这种发电方式的转换周期过长，这时候，蓄电池直接发电的优势就展现出来了。一般来说，应急电源可以分为四种：第一种是蓄电池电源;第二种是利用柴油机发电的电源;第三种是组合类电源;第四种是电网自身和电回路分离出来的电源。一个隧道会有两个及以上的应急电源存在，将各种应急电源的优势相结合，尽可能发挥出应急电源的作用[6]。
2.5低压断路器的选择
低压断路器的失压脱扣器附件在实际工作中一定程度上能够保证隧道供电的稳定性和安全性，一旦电源电路出现故障，低压断路器会去除多余的用电负荷，进而才能确保供电的安全性，这是低压断路器的优点。它的不足之处是：没有达到完全自动化，操作起来很麻烦;失压脱扣器没有办法不带电，所以会产生相当大的、持续的噪音，增加电能损耗;对外部条件要求较高，隧道内潮湿或者出现电压突然升高的情况，就会被烧毁。针对上述等情况，在最初设计电路时，就应该把重要的负荷与不重要的负荷区别开来，安装在不同的线路上，如果出现意外情况，可以直接跳过不重要的负荷，对主要负荷进行供电。
3结语
伴随着科技的腾飞，我国的公路隧道工程也实现了质的飞跃，施工技术也越来越成熟，供配电系统是保证隧道正常运行的基础，对其不断优化和完善使得隧道的安全性、稳定性和使用效率大大增加，在源头上减少甚至避免公路隧道中交通事故的发生，在事故发生过程中使用应急电源或者其他的电气设计降低事故的损失，对挽回人民群众的经济损失保证其生命安全有着重要作用。在实际工作当中，科学合理地进行电气设计，在发展中也存在着一些问题，阻碍了供配电系统的进一步发展，要学会正视问题并解决问题，为公路隧道的发展做贡献。
参考文献
[1] 王佳良.低压供配电系统在高层建筑电气设计中的安全性分析[J].建筑工程技术与设计，2017（7）：2030.
[2] 张菁，章文俊，单鸿涛.高层民用建筑中的供配电系统设计[J].上海工程技术大学教育研究，2016（2）：36-38.
[3] 翟新帅.高层建筑电气设计中低压供配电系统安全性的考虑[J].工程技术（文摘版）·建筑，2016（2）：85.
[4] 丁彩红，陈兵.市政工程低压配电设计常见问题及策略[J].低碳世界，2017（2）：101-102.
[5] 黄凤玲.市政隧道工程中供配电系统特点及电气设计探讨[J].科技经济导刊，2017（17）：112.
[6] 梁武举.高层建筑电气工程供配电系统设计分析[J].城市建筑，2017（2）：133.
