宋秀振
深圳市光羿科技有限公司 深圳 215004
摘要：供配电系统是高速公路机电路段的重要组成部分。智能供电技术的研究和推广将在一定程度上有助于智能高速公路的发展。本文简要介绍了智能电源系统的组成及各部件的技术特点，然后介绍了智能电源技术在高速公路隧道机电设计和道路机电设计中的应用方案，着重描述了与传统设计方案的区别。
关键词：高速公路；机电工程；智慧供电设计
1智慧供电技术在高速公路机电设计中的应用
1.1智慧供电技术在隧道机电中的应用
隧道内的机电负荷种类较多，如监控设施、照明设施、通风设施、消防设施等，其中监控设施、应急照明设施、排烟风机、消防泵等均属于一级负荷，负荷等级较高。非应急照明设施、通风风机、消防水泵属于二次负荷;其他隧道功率负荷属于三次负荷。根据《公路隧道交通工程及附件设计规范》(JTGD70-2-2014)，一次负荷中特别重要的负荷应配备不间断电源装置(UPS)或应急电源装置(EPS)作为应急电源。
可将隧道内就地供电设备置于隧道变电站内，经补偿稳压处理后输出电压等级较高的直流电源(如1KV、3.3KV等)，为隧道内照明和监控设施供电。隧道机电设计中，对于一次负荷中特别重要的负荷，在当地供电处增设UPS供电柜。正常情况下，供电由市电提供，当市电出现故障时，能及时自动切换到UPS供电柜;其他负载只需配置常规上电源箱。隧道内较低的电源箱可放置在原照明配电箱处，应根据隧道的具体情况预留预埋。高压直流电源经下端电源箱降压处理后，变为220V的低压电源，终端设施就近取电。而对于风机、消防水泵等功率较大且需要三相电源的负荷，可单独配置传统供电设施，即通过变压器将10KV市电转换为低压电源，再与柴油发电机互为备用，为通风消防设施供电。
由于智慧供电系统具有通信功能，可对下位机的输出回路进行远程调压、远程开断等控制，可实时操作，也可预先设置。对于照明版块而言，该系统可根据外界亮度、车流量的变化等动态调节灯具功率，实现按需照明，有利于节能减排，提高经济效益与社会效益。此外，终端灯具的关闭可使得上下端模块同时关闭，从而降低设备能耗。
1.2智慧供电技术在道路机电中的应用
智慧供电系统在道路机电中主要为外场设备提供电源，一般用于道路照明系统和全程监控系统，其负荷分布较分散、供电距离较长。
在进行道路机电设计时，局端供电系统可放在沿线的房建变电所内。由于监控系统对电源的可靠性要求较高，因此需配置UPS电源柜。上端电源经补偿、稳压等处理后转变为高压直流电源，并输入至沿线的下端电源箱，为终端的照明、监控等负荷提供电源，照明和监控可接入同一电缆回路以节约电缆。下端电源箱可放置在配电箱或监控立杆中。
由于照明系统和监控系统的负荷等级不同，在市电故障时，需保证监控系统的运行，而照明系统可直接断开。为实现上述功能，需配置控制电缆，在市电故障切换至UPS电源柜提供电源时，控制电缆可及时切断照明系统，使得全线仅有监控系统正常运行。而对于照明系统，在正常工作时，可通过时序控制器或软件平台实现相关控制，如白天断开、夜间运行等。
本节所介绍的应用方案均已在项目上成功实施，具有很好的借鉴意义和推广价值。隧道机电和道路机电的设计有共同之处，如都有负荷等级较高的监控负荷，需要UPS电源柜保证电源可靠性，因此在设计时上述两种局端供电的方案可以通用。即：既可以采用两套局端供电系统分别提供电源，也可以采用共用一套局端供电系统并辅以控制线缆的方式。
2智慧供电技术特点
2.1智慧供电技术与传统供电技术的对比分析
传统供电主要由电力公司市电供电以及太阳能、风能等新能源供电，两种供电方式已在很多项目上实施应用，社会各界的认可度也较高，但二者均存在一些难以改进的缺点。智慧供电技术兴起较晚，但由于其具有较好的技术优势，已在部分省份成功运用，并具有很好的推广前景。智慧供电技术与传统供电技术的对比分析如表1所示。
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由于新能源供电受环境影响较大，具有一定的不确定性，因此其电源可靠性较差；由于智慧供电技术具有稳压功能，其传输的直流电源会进行滤波等处理，因此电压稳定性较好；由于智慧供电传输距离较长，且新能源供电可灵活取电，均减少了沿线市电电源接入问题，因此二者与供电公司的协调减少，同时降低了管理成本；由于新能源供电需项目所在地具有较丰富的太阳能或风能资源，因此适用范围小；由于智慧供电技术可以减少配电回路，且新能源供电不需要电缆铺设，因此二者的施工较方便；由于智慧供电需配套相关上下端供电设备，且新能源供电需配置蓄电池等模块，因此二者的直接投资成本较高；由于新能源供电的蓄电池寿命有限，需定期更换，因此其后期运营维护成本较高。
2.2智慧供电技术特点与独有优势
智慧供电技术不仅继承了传统供电技术可实现功率因数补偿、可嵌入过流保护等继电保护技术以及浪涌保护等抗干扰技术、可配置电力监控设备以实时监测系统运行状态等优点，也有6大传统供电所不具有的特有优势：
（1）智慧供电局端与远端间的传输电压等级较高，在为同等功率的负荷供电时，其压降较小，利于电压稳定；
（2）智慧供电局端与远端间的传输电流为直流，不会产生介质损耗及磁感应损耗，不会对相邻的通信电缆产生干扰，可同管铺设，节约管道，同时，传输电缆可采用两芯，减少了电缆芯数，降低了成本；
（3）智慧供电采用直流传输，若终端是ＬED光源，则仅需直流变压，从而减少对驱动电源的维护，延长设备使用寿命；
（4）智慧供电采用单相直流供电，在设计和施工时均无需考虑三相平衡问题，降低工程复杂性；
（5）智慧供电采用模块化、一体化设计，利于施工安装与后期检修；
（6）智慧供电可通过局端设备对远端设备的任一回路进行开断、调压等控制，可灵活实现按需供电，且终端负载切除的同时上端供电设备随之关断，利于降低设备的能耗。
结束语
新的基础设施是中国经济发展的新引擎。智能高速公路是未来高速公路发展的主题。智能电源技术的应用和推广也将是未来的发展趋势。介绍了智能供电系统的组成及各部分的特点，阐述了该技术在公路隧道机电和公路机电中的应用；然后对智能电源技术与传统电源技术进行了比较分析，列出了智能电源技术的优势；最后，对该技术的未来发展进行了展望。我们相信，在政府、企事业单位的共同努力和推广下，智能电源技术必将迎来一个美丽而充满活力的时代。
参考文献
［1］张维苏．智慧高速设计技术探讨［J］．中国交通信息化，2019，（11）：93－94＋109．
［2］朱弘戈，朱晓东，徐志刚，等．面向示范应用与可复制推广的智慧高速公路建设方案［J］．公路，2020，65（10）：252－259．