摘 要：雁门关公路隧道是目前国内在建项目中最长的公路隧道之一，其重要性非常突出，供电可靠是隧道内外所有设备正常运营的基本保证，是隧道安全运营的关键。本文从隧道运营的实际情况出发，本着“安全、可靠、经济、美观”的原则进行供电方案设计。提出以双回路35kV为供电电源，以10kV为馈线向车行横洞内的美式箱变（国内首次采用）、管理站风机房等用电点供电的方案。由于用电设备多且呈线性分布、电压质量要求高，这对供电方案设计提出了严峻的考验。
关键词：公路隧道 供电设计
1. 工程概况
雁门关公路隧道位于二河国道主干线山西省境内新广武-原平高速公路K107+585~ K112+840之间，双洞双车道单向分离式直线行车，设计行车速度为80km/h，隧址区地形复杂，山岭险峻，峰峦叠嶂，中间段隧道最大埋深超过1000m。雁门关隧道与距其进（北口）、出口（南口）约100m处的东水泉1号、2号右线短隧道和新庄中隧道一起构成隧道群，本文将其统称为雁门关隧道，隧址区桥隧相接、蔚为壮观。供电方案将统一考虑、整体设计。
2. 负荷分布
在进行供电方案设计之前必须对用电设备的分布情况进行分析，雁门关隧道洞内的用电负荷呈线性分布，洞外的管理站、山顶风机房等用电负荷相对比较集中。主要的用电设备有：
·隧道照明用高压钠灯灯具
·运营通风用射流、轴流风机
·交通监控及通信设备
·消防供水设备
·隧道管理站
·其它用电设施
3. 负荷等级
根据隧道负荷的用途及重要性，用电负荷分为三级：
一级负荷：隧道内照明、消防、监控和通信设备、控制中心设备。
二级负荷：管理区照明、运营通风机
三级负荷：其它非主要负荷。
4. 主供电方案（图1）
在方案设计之前，对现场进行了实地调查，掌握到以下情况：路线所处地区基本属于忻州电力局营业范围，隧道周围只有一路小线径10kV农电供一自然村（约40余户）使用，北部山阴方向近15km半径内无可利用的电源，南部代县方向距隧道洞口约12km现有忻州电力局110kV北关变电站，并具备35kV、10kV多路馈线的可能，容量亦可满足要求。
对于雁门关这样的特长公路隧道，战略地位重要，洞内用电设备数量巨大，应该保证隧道的连续用电。同时，由于12km的距离对于10kV架空线路而言已接近其最大合理输电半径，所以供电电压采用34kV。通过对以上情况的分析，确定雁门关隧道主供电方案为：从代县方向采用架空线路引入35kV双回路电源至隧道南洞口，在此设置35kV总降压站。
图1 雁门关隧道供电方案
5. 分供电方案（图1）
在确定了35kV主供电方案之后，由其分别向设在洞内、洞口和山顶斜竖井口各变电站提供10kV电源，雁门关隧道分供电方案描述如下：
·总降压站至出口（南口）管理站配电房的10kV架空线，即1号线。
由于总降压站在业主向施工单位承诺的“三通工程”中已经实施，位置已经确定，它距南口管理站2.1km，引出的10kV馈线需跨沟后沿沟而上，地形起伏较大，故架设10kV水泥杆。
·总降压站至设在新庄隧道进口美式箱变的10kV架空线，即2号线。
·总降压站至进口（北口）管理站（包括生活区和东水泉1号、2号右线隧道）的10kV电缆，即3号线。
3号线的敷设有两种方案，一是用从山顶跨沟跃壑架设铝钢铰线；二是用NH-VV型耐火电缆沿隧道外侧电缆沟纵向铺设。前者架设难度大，里程长且造价较高，但却不受洞内火灾影响；后者敷设较易，但会受到洞内火灾的影响。设计中采用了后者。
·总降压站至雁门关隧道洞内美式箱变的10kV电缆，即4号线。
对于雁门关这样的特长隧道，如采用常规低压电缆供电，供电距离将超出供电半径。为了保证隧道内终端用电设备的电压降能满足设计要求，本设计采用了在隧道内设中间变电站的方案，可比性方案有以下两种：
方案一：合理运用传统供电方案的同时在隧道的车行横洞内设置两台ZGSB11-H-500/10型美式箱变，用NH-VV型耐火电缆向其供电，敷设方式与3号线相同。本方案的优点是：占地少、高效节能、无渗漏、配线方案丰富（多达14个回路）、环境适应性，抗短路能力和过载能力强等优点。缺点是：土建费用较大。
方案二：采用PECL-I型升压站和TFD.TTT型埋地式变压器的6kV中压电能传输技术。本方案的优点是：占地较少、防护等级高-IP68。缺点是：埋地式变压器的容量有限，无法向射流风机等大型设备供电；需增加10kV降至0.4kV再升至6kV的两级电压转换过程，造价较高。笔者认为该型埋地式变压器更适合用在高速公路互通式立交照明、桥梁景观及道路照明等场合。
方案三：在洞内设置SCBL型变压器及配套的供配电设施。本方案的优点是：结线简单、维护方便。缺点是：防水、防尘和耐污染能力差，占地空积大，对“寸土皆金”的隧道来讲，这是其致命的弱点。
基于上述原因，设计中采用了方案一。
·总降压站至雁门关隧道山顶风机房的10kV线路，即I~III号线。
雁门关隧道右线采用的是竖井送排加射流风机纵向通风的方式，左线采用的是双竖（斜）井送或排加射流风机纵向通风的方式。山顶风机房分为送风机房和排风机房，每个风机房内设2~3台大功率（160~315kW）轴流通风机，风机采用变频和软启动组合的方式启动。供电方案采用架空线路，即从总降压站馈出3路10kV的LGJ-3×95/20铝钢铰架空线，在风机房处建室内变电站。架设时可利用施工时已建好的输电线路。
·与3、4号线路互为备用的线路，即备用线BY1。
为了防止雁门关隧道右洞内发生火灾将3、4号线路烧毁，根据负荷等级的要求在隧道左线外侧电缆沟敷设一根10kV的NG-VV型耐火电缆向洞内的两台美式箱变和北口管理站的变压器供电，即BY1号线。平时它是带电的，但处于切除状态，只有在3、4号线路无法供电时，才利用自动切换装置投入工作。供电方案如图1。
6. 结论
特长公路隧道的供电方案如何实现一直以来都是有关专家关注的焦点之一。安全、可靠的供电方案是隧道能否顺利设计、成功修建、良好运营的关键组成之一。虽然我们已经取得了一定的成绩，但是这还很不够。因此除了我们继续进行大量的设计、研究工作以外，还将成立雁门关隧道供电方案的专题研究，提出特长公路隧道（群）的供电模式，以供广大设计人员参照。
我国的公路建设处于大发展时期，加之人们环保意识的增强，公路隧道建设也将面临良好的机遇，然而机遇与挑战并存，我们也将遇到许多困难。从本次设计来看，只要我们积极组织各方力量，运用先进的理论和技术，不断前进，就能解决公路隧道中遇到的技术难题，使我国的公路隧道得以安全、经济地建设、运营和管理。
参考文献
1. 交通部. 颁公路隧道设计规范（JTJ026-90）. 北京：人民交通出版社，1990
2. 交通部. 颁公路隧道通风照明设计规范（JTJ 026.1-1999）. 北京：人民交通出版社，1999
3. 雁门关隧道初步设计文件. 中交第一公路勘察设计研究院，2001.2
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