图24简单典型配电网络
变压器小容量，多布点配电模武。
如图2.2,将原来的400kVA变压器更换成2台
200kVA变压器分别置于LJ-95线路段首端，即延KilOkV线路，靠近负荷点；将图2.1网络中的U-120导线增大到U-150o
S7體（
200kV』
S7唧ZlWkVA
'0
kI«（lkVAO.S）LJ-9550m
U-95
5Dni
I（KJkVA
图2.2采用新的配电模式后的网络两种配电方式各项指标对比见表2.1.
表2.1负荷200kV时不同措施各指标对比
功率损耗（kW）
年电
能
最低点
措施
变压器
损耗
电压（kV）
线损
及lOkV线
380V
总计
（归算至
率（％）
路
（万
10kV侧）
kWh）
未采取
2.74+j4
13.81+jl4.8
16.55+jl93
10.2
5.495
9.36
措施
•56
3
9
7
采用节
2.02+j4
13.74+jl4.7
15.76+jl4.7
5.189
9.39
9.76
能变压器
•54
5
5
提高负
2・3+j3・
10.46+jll.2
12.76+jl4,6
4358
9.57
8.33
荷功率因数
45
3
8
增大导
2.7+j4.
10.98+jl4.0
13.68+jl8.5
4.634
9.48
8.80
线截面
45
6
1
变压器
2・36+j3
小容量多布
2.04+jl.82
4・40+j5・70
1.939
10.19
3-88
•88
点
从理论上来讲前•三种措施都只是对原有网络做局部的调整，效果都不及采用新的配电模式后明显。
采用新的配电模式后大大降低了整个网络的损耗，而且对提高负荷节点电压有显著效果。
通过对常规降损措施和采用变压器〃小容量，多布点"的配电模式进行比较[2],发现釆用变压器“小容量，多布点〃的配电模式不仅电能损耗、电压损耗较常规降损措施低，再在此基础上釆用其他降损措施才能收到很好的效果。
2.2中压电能传输221低压供电模式
高速公路隧道放射式低压供电是一种传统的供电模式，即在隧道洞口设置变电站,然后分出若干0・4kV回路到隧道内。
在隧道较长的请况下，电能的传输距离相对较远，山于电流大，故电压降和电能损耗都较大。
为了减少线损，电缆截面不得不选择较大，影响了其经济性。
同时由于受输电半径和容量的限制，采用放射型供电，这样电缆数量较多布线
困难。
山于低压供电距离有限，一般是采用每个隧道设置变电站，或在较长隧道两端和隧道内横洞设置变电所，人员成本及电费成本增加较大。
222中压供电模式
（1）中压电能传输系统原理
所谓中压电能传输系统，就是将全工程范圉内的所有低压负荷按路段（或负荷类型）划分为若干个负荷区域，把传统的设置在隧道洞口的大容量变压器分成若干小容量的变压器，采用配电网电压iOkV或者将35kV（20kV）配变为lOkV,将电能输送到隧道内部,在负荷点处设置与负荷相匹配的10kV/0・4kV埋地式变压器，将电源电压转换为用电设备所需低压，分别对隧道通风、照明、监控等负荷供电。
其组成原理如图2.3,该方式具有技术先进、性能稳定的特点。
卯地变
■理!
电变I—F可f臥可环《灯具
屮用阻耐诧
in
肮-
lOkv
屮iT«a炮
tjAaAai?
唆2设2
IM4I
a#
图2.3中压供配电系统原理图
（2）集中供电的具体方式
长隧道或连续的多个隧道采用集中供电方式，其主要是指隧道及沿线其他设施都山相对独立的供配电系统提供电源，具体做法是将•长隧道或多个隧道分成儿个大的供电区域，把分散用电点集中到35kV变电站或lOkV开关站与附近的高压供电干线网连接。
集中供电的主要优点：
供电质量稳定，克服了农村电网不稳定、电能质量低的缺点；有利于与供电部门协调，减少停电和供配电故障的次数；以大宗工业用电的低电价交纳电费，降低营运管理成本，提高经济效益。
（3）集中供电与中压供电技术相结合的供电方式
山于传统分散式供电方式存在的缺陷难以满足长隧道用电要求，于是出现了集中供电与中压电能传输相结合的供配电方式，中压电能传输技术是当前国际比较流行的供电方式，取代传统的供电方式是一种趋势。
中压供电技术是针对长距离、分散性负荷供电特点的一种新的设讣理念，是一种能将配电终端深入到负荷中心的长距离电能传输系统。
采用相对集中供电的方式，在中心变电站引入稳定可靠的外部电源，在隧道沿线铺设中压电缆（WkV、20kV、35kV）送至各负荷呐10
点，隧道中的埋地式变压器根据供电区域分散安装在隧道侧壁的预留配电洞室内，建立起相对独立的专用中压内部供电网络。
2.3中压电能传输系统构成
整个道路丄程范M内的所有用电设备的供电电源由一个中压电源系统提供，中压传输线路贯穿于整个道路丄程。
根据工程规模，只设一至二个中压配电中心，作为供电电源点9沿线配以若干埋地式变压器作为变配电设备，从而构成中压供配电站、中压电能传输线路、埋地式变压器的中压传输系统，为工程范圉内的所有用电设备的供电。
2.3.1埋地式变压器
埋地式变压器电气一次接线简单，安装方便，减少了维护丄作量，采用低损耗变压器，可以减少电能损耗。
埋地式变压器建设周期短，投资相对较少，有较好的经济效益和社会效単，尤其适用于长距离，大范H的供电丄程[3],其与传统配电室和箱变的比较如表2.2所示。
表2.2埋地式变压器.常规配电室和箱式变电站的比较
中压输变电系统中的中压电缆参照欧洲设计标准，国内生产后经国外设备供应商认可后使用。
根拯标准该种电缆导体部分长期允许最高温度为70°C,使用频率为50HZ,最大外径W44.5mm,直埋允许最大载流量为：
L20A,相线中性线短路电流为800A/s,20°C时最大铜阻为O.SllQo
山于中压输入的埋地式变压器、分路器均是采用三相电缆终端的三相插入式插头连接，而插头额定载流量是80A,电力电缆最大允许外径为58mmo因此，电缆线径的选择也就决定了在应用中压输电技术时，每座开关站所能承担的最大供电距离。
采用lOkV作为中压输电电压，输送负荷在400〜800kVA之间，每30km〜40km设为一个供电负荷区域。
233中压保护柜
对于中压系统中的中压保护柜，其系统原理图如图2.4所示，主要技术性能为:
（1）
可频繁操作达30万次以上，电气寿命长;
（2）
配电网络上下级保护具有选择性;
（3）
配电网络的过电流保护灵敏度高;
（4）
具有接地故障保护功能，防误操作锁，保护设备和人身安全;
（5）
具有智能化接口，可实现遥拎、遥测、遥信。
图2.4中压保护柜系统原理图
HRGfiBijeIJ
»OIe—>
J护CTI宅华侃护CT
2・3・4中压配电系统的保护与接地
中压配电系统具有较完善的保护措施，具体如下所示:
（1）采用负荷开关加熔断器环网柜，是把控制和保护两个功能分开，既发挥了设备的能力，乂达到了经济、合理的目的。
（2）设计断电保护、过电流保护与接地故障保护。
接地故障保护主要是为了防止电网发生接地故障引起火灾或人身安全事故。
（3）配电系统的过载保护山设在变压器绕组内部的热敬元件实现，保护可鼎有效。
埋地式变压器一次侧熔断器熔体电流取变压器IN的2〜16倍，视具体尖峰电流悄况而定。
（4）对于连续长隧道及其配套系列工程供电要求更高，因而，在中压输电系统中为了系统的可鼎性和安全性，系统设置以下各级保护共有7级保护。
2.4中压网络接线方式
2.4.1电缆单环网
电缆单环网是通过末端线路之间的直接连接，实现环网接线，如图2.5所示。
电缆单环网接线简单、运行灵活，有利于配电网络扩展和配网自动化建设。
适用于供电可鼎性要求高、负荷密度较低的配电网络。
242电缆双环网
电缆双环网是电缆单环网的组合，利用二回电缆线路，通过同一开闭所的不同母线，形成〃手拉手〃供电网络，实行双环网接线，如图2.6所示。
电缆双环网具有接线完善、运行灵活、供电可鼎性奇、但投资比单环网增加一倍，一般适用双电源供电的重要用户或供电可靠性要求较高的配电网络。
ISV
MTN
；0fcV
7I
JII
图2.5电缆单环网
埋地式变
常规配电
箱式变电站
丿土器
室
形式特点
小容量、分
容量大、集
容量较大
散供电
中供电
设备免维
免维护性
修、维护工作量
设备维修、
设备维修、维护
小
维护工作量大
工作量大
占地面积
0
140胪
30m2
运行条件
地下运行
室内运行
户外运行
与周边环境协
协调性很
较难与周
较不协调
调性
好
ffl环境协调
232中压电缆选择
1ip44「I
II
T3
图2.6电缆双环网
243双电源双T形接线
双电源双T形接线方式lOkV系统运行灵活，操作简单，如图2.7所示。
lOkV系统因是两个电源，有备用线路，能够保证不间断供电。
但变圧器及低压系统无备用电源，不能保障供电的可鼎性。
此种接线方或尽量地减少了电缆的使用量，减少了投资。
244双电源双T形两变压器接线
双电源双T形两变压器接线方式，这种接线方式既有T形接线的优点，节省电力电缆的用量，运行方式灵活，乂可使变压器和低压配电系统有备用，是一种高可靠性的接线方式如图2.8所示［4］。
ll）kV
7
11
y
（I
a&
rrn
■WVTI
TNTrrn
图2.7
T
图2.8双电源双T形两变压器接线
3中压电能传输技术在工程实例中的应用
3.1秦岭特长隧道原供配电系统概况
以秦岭特长隧道为例进行分析，秦岭特长隧道包括I号，c号，m号特长隧道,是西汉®速公路的关键丄程。
为了保证秦岭隧道的供电，秦岭隧道架设两路llOkV独立电源供电，秦岭隧道负荷为一级负荷，在I号和II号隧道之间的七亩坪建一个终端型变电站，总变电站负责I号,n号，ni号三座特长隧道及道路沿线所有设施的供电，并负责隧道管理所及生活设施的供电。
总变电站共负责15座变电所的lOkV供电，变压器总容量18690kVA⑸。
山于电力变压器不宜轻载运行，电力变压器一次侧功率因数不仅与负荷的功率因数有关，而且与负荷率有关。
所以电力变压器在负荷率为60%以上运行时才较经济，一般在75%〜80%比较合适。
隧道用电负荷主要为照明系统和通风系统，且其并不是一直满负荷运行，致使变压器经常处于轻负荷运行，即所谓的大马拉小车，同时考虑到原方案为了降低电压损失，而增大电缆截面，使得系统损耗和投资费用增大,考虑中压电能传输技术较传统低压供配电方式的优越性，ra此应用中压技术进行设计。
3.2中压供电方案设计
新方案使用原方案的输变电系统，应用原总变电站，对秦岭I号，c号，ni号统一考虑，统一划分供电区域，进一步简化了中压连接电路，釆用可靠稳定的环网供电结构,中压电缆在隧道全线敷设，将低压回路的供电半径控制在200m以内。
结合实际工程悄况,做出具体供电方案如下，其配电系统图如图3.1所示。
（1）该方案将全线用电负荷分为两个区域，沿用原输变电系统，在I号，II号隧道之间的建一个终端型变电站，经llOkV/lOkV降压变电所降压后，引dllOkV线路，lOkV配电母线采用单母线分段连接，中间设联络开关，联络开关考虑手动操作，具有自动投入功能，自动投入功能也考虑在计算机监控范圉内，系统保护元件采用真空断路器。
（2）在两区域中间设环网柜，环网柜具有电动/自动操作机构，配上RTU后即可实现远动及配电自动化，使得去I号和C号两个方向的电源互为备用，平常运行过程中，环网柜是开环运行，作为联络开关，这样当某路电源故障时，通过智能开关设备将故障段隔开，山另一路lOkV电源作为备用电源为故障电源所辖区域用电设备供电，用电设备的可鼎性也较高。
（3）取消隧道车行横洞内的变电所洞室，将大容量变压器分割为多个小容量的埋地式变压器，将埋地式变压器放置在隧道侧壁的预留配电洞室内，引出lOkV电缆并与埋地式变压器连接，埋地式变压器间通过手拉手方式形成单环网供电方式，该方案中的两个区域供电是相对独立的，所外引的各自用电负荷容量仅仅考虑各本区域用电负荷及另一区域一级用电负荷的容量，而不是分别为另一个负荷区域内所有用电负荷做一对一的完全备份。
（4）电缆线路接线方式采用电缆单环网，简化系统接线，对于相邻环网线路中任一段电缆线路或环网单元故障时，可通过短时间的分段开关切换，很快恢复环网单元供电,提高了配电网络供电可鼎性。
在两个供电区域中只是对一级负荷作备份，并不是对全部负荷做备份，lOkV电力电缆传输容量将大大减少，电缆截面可以适当减小，节省电缆初期投资，两个供电区域有一定程度的互相备份。
1号隧道
订..去11号.III号隧道巫］环亦
lOkV
】OkV
1号电源2号电源
图3・1中压配电干线系统图
3.3中压供电与传统低压比较分析
采用中压供配电系统，并配以供配电监控管理系统后，取消整个隧道全线隧道内变电所，取消变电所内的值班人员，通过监控管理系统对电力负荷实现统一调度。
对于低压供电与中压供电的比较，不管是从前•期投资情况，还是后期的运营费用，中压供电技术都有其优势，对于采用中压技术后，秦岭隧道内变电所上建费用则可以节省，从变电所到配电点的部分低压电缆等也可以节省，表3.1为低压和中压供电的后期运行费用的比较。
表34低压和中压供电的后期运行费用比较
比较项U
低压供电
中压供电
线路损耗
较高
较低
变压器损耗
.A-■
咼
约小20%
维护管理人员
需要较多的
人员
需要较少的人员
年维护费用
咼
低
用电悄况
电能质量
供电可靠，安全，埋地
差，安全性差
变免维护
4结语
本文对中压电能传输技术进行详细分析，并结合秦岭特长隧道实际工程案例进行中压电能传输供配电方式设计。
通过对比分析，与传统供配电方式相比，中压传输技术有以下优势：
（1）技术设计理念先进，整个工程的供配电为一个完整的系统，中压系统具有很高的可鼎性和很好的扩展性，并具备较长的免维护周期，中压系统的设备故障率也小于低压设备的故障率，且便于今后的运行、维护、管理。
（2）应用中压供电，电能损耗小，同时电能质量高，完全满足隧道内照明系统对电压的要求，中压电能传输系统接线简单明了，运行灵活，最大程度减少了地面设施，其符合我国电网改造的“小容量、短半径、密布点"的发展方向。
（3）虽增加了中压电缆和埋地武变压器的投资，但节约了低压电缆及变电所土建和相关的设备投资，并减少系统损耗,可降低部分工程造价。
节省工程投资约在10%〜30%,同时可大大减少变电所和值班人员数量，降低运营管理费用。
（4）供电电源取自地方的高压供电主干网，避免了与地方在用电问题上的矛盾，减少了停电和供配电故障，保证了用电负荷内部设备的用电质量，也有利于整体降低电价,减少电费开支。
（5）配合电力监控系统的使用，整体的自动化水平高，便于挖制管理和维护。
升级会员 