成乐高速公路扩建工程供配电照明系统设计研究

互推小编 2023-10-13

孙营徐天成

中交基础设施养护集团有限公司

摘要：通过调查分析原成乐高速公路供配电照明系统的技术状况,结合扩建后机电、房建等设施的用电需求及负荷特性,确定了供配电照明系统改造方案及临时设施方案,提供了一些改扩建机电工程中供配电照明系统的设计思路。

关键词：高速公路;改扩建;供配电;照明;

1 工程背景

成乐高速公路扩容建设工程全长约138km。其中,起点三环路互通至青龙场段约 41km,采用新建复线方案扩容(双向八车道);青龙场至乐山辜李坝段约86km,采用原成乐高速公路加宽方式扩容(双向八车道);新建乐山城区过境复线约11km(双向六车道)。

原成乐高速公路(青龙场至乐山辜李坝段)于1996年开工建设,1999年建成通车,双向四车道,设计速度100km/h。目前该路段服务水平低,尤其是节假日拥堵现象尤为严重,工可资料显示预计在2025年左右交通量将达到50000pcu/d,超过四车道高速公路所能适应的最大年平均日交通量,已不能满足高速公路网的发展需求。故有必要对原成乐高速公路进行四改八扩建。本文针对改扩建路段的供配电系统、收费广场照明系统(以下简称照明系统)设计进行了初步研究。

2 改造原则

供配电系统是公路机电三大系统及房建用电设备正常运行的基础设施,照明系统是保障正常收费作业的重要设施。在进行供配电、照明系统改扩建设计时应注重高可靠性、自动化、先进性、节能环保等设计理念,并遵循以下原则:

(1)根据机电、房建等设施的改造需求及负荷特性,提供安全可靠的供电方案,做到技术先进、经济合理,并有利于保护环境。

(2)对原有设施进行详细调查,并分析、评价其技术状况,做到尽量利用原有设施,减少浪费。

(3)密切结合施工期的运行需求,提供切实可行的临时供电照明方案。

(4)选用的设备或经改造升级的设备均应满足公路现代化、智能化运营管理需求。

3 系统现状

原成乐高速公路(青龙场至乐山辜李坝段)共设置了2个管理处(眉山、乐山管理处)、2处服务区和7处收费站,配置了完善的监控、收费、通信、供配电、照明及房建等设施。设计前期对原有供配电、照明系统进行了详细调查,具体情况如下。

表1 原成乐高速公路供配电照明系统方案导出到EXCEL

序号	原站点名称	原有车道数	原供配电系统方案	原照明系统方案
1	青龙匝道收费站	3/3	箱式变电站(50kVA)+柴油发电机组(64kW)	4基4×400W高压钠灯/14m灯杆
2	彭山匝道收费站	2/2、2/2	箱式变电站(50kVA)+柴油发电机组(64kW)	8基2×400W高压钠灯/12m灯杆
3	眉山服务区		已于2011年改造,本次不再调整
4	眉山匝道收费站	3/3、3/3、3/4、3/4	已于2014年改造,本次不再调整	已于2014年改造,本次不再调整
5	青神匝道收费站	2/2	箱式变电站(125kVA)+柴油发电机组(150kW)	4基2×400W高压钠灯/12m灯杆
6	夹江天福服务区		近期已改造,本次不再调整
7	夹江匝道收费站	3/3	箱式变电站(125kVA)+柴油发电机组(150kW)	4基4×400W高压钠灯/14m灯杆
8	观音滩匝道收费站	1/1	箱式变电站(125kVA)+柴油发电机组(150kW)	2基2×400W高压钠灯/12m灯杆
9	乐山北匝道收费站	2/4	箱式变电站(125kVA)+柴油发电机组(150kW)	4基4×400W高压钠灯/14m灯杆

结合调查情况及相关文件资料,原有站点的箱式变电站均采用NALF型负荷开关柜、SC型干式变压器、固定式低压配电柜,柴油发电机组采用YGS型。箱式变电站尺寸较小,低压出线回路较少,开关型号老旧;供电系统自动化程度低;发电机房污秽严重,且发电机组只能手动投入,供电连续性较差;大部分灯杆锌层表面变暗、脱落,线缆连接不规范,存在安全隐患;照明灯光源衰减较大,路面照度较低。

4 改造方案

根据调查情况,除眉山服务区、眉山匝道收费站、夹江天福服务区这三个站点已于近期改造完毕可直接利用以外,其余站点内大部分电气设备的使用时间已达15年以上,即将达到供电系统主要电气设备的平均寿命。根据“浴盆曲线(Bathtub Curve)”,达到寿命末期的设备,其故障率呈指数快速增加,同时,随着设备寿命期的临近,元器件的老化状况日趋严重,供电系统能耗也越来越大。因此,需要针对原有设施的技术状况,并结合机电、房建等设施的新的用电需求,以及现代化、智能化运营管理需求,制定可行的改造利用设计方案。

表2 原有站点改造情况一览表导出到EXCEL

序号	原站点名称	改造后站点名称	改建情况	原有车道数	改造后车道数	改造方案
1	青龙匝道收费站	青龙匝道收费站	移位新建	3/3	6/9	互通移位,场区新建
2	彭山匝道收费站	彭山匝道收费站	移位新建	2/2、2/2	6/9	互通移位,场区新建
3	青神匝道收费站	张坎匝道收费站	改造	2/2	3/4	房建拆除新建,场区根据道路扩建情况,在原有位置扩建
4	夹江匝道收费站	夹江匝道收费站	移位新建	3/3	6/9	互通移位,场区新建
5	观音滩匝道收费站	定慧匝道收费站	移位新建	1/1	4/7	互通移位,场区新建
6	乐山北匝道收费站	棉竹匝道收费站	移位新建	2/4	4/7	互通移位,场区新建

4.1供配电系统

针对移位新建站点,即青龙匝道收费站、彭山匝道收费站、夹江匝道收费站、定慧匝道收费站、棉竹匝道收费站,根据现有供配电系统现状以及存在的问题,结合机电、房建等设施的改造情况,原有箱式变电站、发电机组容量及功能均不满足需求,故本次均按照新建室内型变电所设计,按照机电、房建的具体规模和需求配置全新的高低压配电柜、变压器、柴油发电机组以及电力监控系统。原有供配电设备使用年限较长,不再用作新建站点的永久供电设施,可将目前在运行的箱变、柴油发电机组通过维修改造,可作为其它站点或某些工点的临时供电设施使用。因此在拆除原有供配电设备时,应提前规划拆除步骤,做好设备归类及相应记录,并做好设备保护及存放措施。

针对原址扩建站点,即张坎匝道收费站,因房建场区拆除新建,结合新增机电设备负荷情况,原有箱式变电站、发电机组容量及功能均不满足需求,故本次均按照新建室内型变电所设计,所内配置全新的高低压配电柜、变压器、柴油发电机组以及电力监控系统。为保证收费正常作业,需要做好供电切换工作。首先将拆除的柴油发电机组进行改造升级,配置自启动、自切换装置,并安装移动车架作为移动发电站迁移至张坎收费站;从收费广场路肩人孔引出广场设备配电电缆以架空方式接入至移动发电站,并做好接地保护;待新建变电所建成及设备安装调试好后,敷设场区永久电缆管线,将广场设备用电由移动发电站切换至新建变电所内。在新旧电源切换过程中,可根据车流变化分车道、分时段依次进行电源切换,尽量缩短断电时间,保障车辆通行,减少拥堵。整个电源切换工作完成后,新建变电所投入运行,移动发电站可作为其它站点或某些工点的临时供电设施,也可作为日常维修养护工作的临时电源。

为满足现代化运营管理需求,全线设置了电力监控系统,对系统内变压器、高/低压回路进行保护、监测和控制。设置于管理分中心的电力监控工作站从各站点的现场监控设备中获取系统实时数据,对各变电所的负荷状况、重要报警、事故统计、工作状态等信息进行统计,分析供配电系统的运行状态,并从全局对供配电系统进行有效的控制、管理,使其处于最优的运行状态。

4.2照明系统

目前公路照明常用的光源主要有高压钠灯和LED灯。高压钠灯透雾能力强,成本低,对环境条件要求低,但其运营功耗较高,且寿命短;LED灯光利用率高,功耗小,寿命长,但成本较高压钠灯稍高。结合上述两种光源的特点,同时参考《四川省高速公路机电设施设计指南》中有关广场照明的指导意见,在保证安全可靠的前提下,为有效降低系统运营成本,本次扩建工程的大型收费广场采用高压钠灯作为照明灯具,中小型收费广场采用LED灯作为照明灯具。

根据各收费广场具体规模以及改造实际情况,本项目收费广场照明方案见下表。

表3 收费广场照明方案一览表导出到EXCEL

序号	广场类型	广场照明方案	备注
1	3入4出匝道收费广场 (适用于张坎匝道收费站)	8基2×160W LED灯/14m灯杆,沿路侧对称布设	可利用14m灯杆杆体,经翻新处理
2	4入6出匝道收费广场 (适用于定慧、棉竹匝道收费站)	8基5×160W LED灯/18m灯杆,沿路侧对称布设
3	6入9出匝道收费广场 (适用于青龙、彭山、夹江匝道收费站)	4基6×400W 高压钠灯/20m灯杆,沿路侧对称布设	经检测外观良好、功能正常、光效满足指标的高压钠灯光源灯具可利用

针对移位新建收费广场,即青龙匝道收费广场、彭山匝道收费广场、夹江匝道收费广场、定慧匝道收费广场、棉竹匝道收费广场,因收费广场均移位新建,故这5处广场均按新建广场规模进行照明设计。原有照明灯拆除后可迁移至施工工地作为临时照明设施使用,将满足扩建需求的14m灯杆杆体通过喷塑翻新等方式再利用于张坎匝道收费广场,经检测外观良好、功能正常、光效满足指标的高压钠灯光源灯具可利用于6入9出匝道收费广场。

针对原址扩建收费广场,即张坎匝道收费广场,根据扩建后广场照明方案,原有照明灯杆及灯具均不再利用。在广场扩建过程中,将原有灯杆移位或将原有状况良好的灯具安装在临时支架上作为临时照明设施,照明电源取自移动发电站,以架空方式敷设照明电源电缆,保证施工作业和收费作业。待广场扩建完毕,安装新增照明灯,其中灯杆杆体可利用原青龙匝道收费广场、夹江匝道收费广场及乐山北匝道收费广场拆除下来的灯杆(经翻新处理),并调试好后,将临时照明设施及相关线缆拆除。

结合目前交通智能化发展需求,在照明配电箱配置智能化无级调光控制器,可根据坏境亮度、交通量情况等不同工况条件,对全部广场照明灯统一进行照明亮度调节,避免了以往分回路控制导致的照明区域亮度不均匀、“斑马效应”严重等问题,整个视场环境光照效果好、亮度均衡,服务更人性化。

5 结语

改扩建项目不同于一般建设项目,需要在充分调研现状的基础上提供可行可靠的技术方案,包括原有设施的改造利用方案,并且在实施过程中还要与主体、机电、房建等相关设施密切配合,制定完善的临时设施方案,保证系统无缝对接、平滑切换。本文结合成乐高速公路扩容建设项目提供了供配电照明系统的改造思路和设计理念,希望为今后的改扩建机电工程提供一些借鉴。