摘 要：高速公路里程不断增加，现代社会人们汽车持有量快速增长，导致高速公路车流量持续加大，使得高速公路的管理工作面临较大的压力。借助现代化电子技术实现自动化管理已成为适应高速公路管理新需求的一个重要途径。对高速公路电源技术方案展开了研究，分析了高速公路收费站、隧道照明及通风、监控中心的供电需求，并根据高速公路不同功能区域的设备特性、不同负载的特点提出了相应的解决方案。
关键词：高速公路；供电需求；收费站；隧道照明
中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.116
近年来，我国的高速公路发展非常迅速，已形成遍布全国的高速公路网，它在对国家经济发展作出突出贡献的同时，也对高速公路管理及运营的自动化、智能化提出了严峻的考验。高速公路自动化管理系统一般由通信、收费、监控和供配电4个子系统组成。这些系统通过现代化电子技术实现高速公路的自动化管理，以保障车辆行驶畅通、安全。
1 供电需求
1.1 收费站
高速公路供配电系统是整个高速公路机电系统正常运行的重要保障，因供电问题导致的收费站服务中断，其后果是难以预料的。高速公路收费站供电系统必须要能保证收费系统、监控系统、网络通讯系统的稳定、可靠运行，为收费电脑、栏杆机、监控设备、照明设备、网络终端服务器等用电负载提供稳定、高品质、不间断的电力供应。
1.2 隧道照明及通风
随着我国高速公路建设的发展，长隧道及特长隧道不断增多，而且在高速隧道发生的事故具有难以处理的特点，为了减少高速隧道事故的发生，确保机电系统的正常运行，完善和配备应急电源则是减少事故发生的重要措施。
隧道大多位处山脉纵横、丘陵沟壑的区域，高速公路相对平坦的特点决定了多数隧道较长距离的空间近似封闭。相对狭窄的空间和外部环境的不确
1.3 监控中心
高速公路监控中心是对高速公路交通进行集中监控、统一协调交通运营等的中心，市电电源质量将直接影响到监控系统的可靠运行。公路管理单位监控中心负载为计费中心数据处理（服务器）、监控、办公自动化设备，为整个公路各系统提供信息交换服务，并对全路段进行监控，其计算机和服务器负载容量较大。不同公路管理中心，其规模不同，容量范围为20～200 kVA。
2 供电解决方案
根据高速公路不同功能区域的设备特性，针对不同负载的特点提出相应的解决方案。
2.1 收费站
2.1.1 UPS单路供电方式
在单路供电系统中，市电作为主供电回路，发电机作为备用电源，与市电同时接入输入智能配电柜。输入智能配电柜内置ATS自动切换开关。当其中一市电断电时，ATS可自动切换至另一路油机输入；当市电恢复正常供电时，ATS自动复位到市电一，配电柜输出端连接UPS电源的输入端，为UPS提供电源。UPS在供电系统中实现对市电的双变换和延时功能，根据后端负载特性（多种负载性质），推荐选用工业级工频UPS电源，其特点是抗冲击能力强，输入和输出全隔离等。市电经过UPS电源的双变换之后，输出稳定的交流220 VAC/380 VAC电源，通过后即智能输出配电柜，为负载提供电力保障。
2.1.2 UPS并机供电方式
此并联供电方式与单机供电方式的区别在于UPS电源具有容错能力。在这一方案中，UPS输入电源采用具有容错功能的冗余并机系统，UPS采用“1+1”并机结构。当市电正常时，2台UPS均分载荷，共同承担后端负载；当其中一台UPS发生故障时，UPS会自动退出并机系统，另一台UPS承担后端全部负载，继续提供稳定、可靠的交流电输出，整个供电系统不受任何影响，负载端实现永不间断的冗余并机供电。
2.2 隧道通风照明
基于公路隧道应用的特殊性，因一般隧道都处于比较偏远的地段，采用乡电的较多，而由于乡电本身就不稳定，经常面临着停电风险。为此，一般采用EPS应急电源。如果电源前段没有配置稳压电源，所带负载中有精密设备或对电压要求比较高的设备，可选用UPS电源。UPS不间断，长期处于工作状态，前段电压不稳，UPS可以确保输出稳定。通常，UPS单机容量为10～800 kVA。EPS所带负载主要分布在应急照明、消防、通风等系统。隧道中的这些应用系统均保障了公路隧道中车辆及人员的安全运行。
2.3 公路管理单位计费与监控中心
推荐使用模块化UPS电源，因为其维护时间短且节能。在UPS输入端配置ATS自动切换开关，当其中一市电断电时，ATS可自动切换至另一路油机输入；当市电恢复时，ATS自动复位到市电一。由于ATS可实现2路市电的切换，可以减少电池的放电次数和放电时间，从而延长了电池的使用寿命。
3 UPS的选型
高频UPS、工频UPS、模块化UPS选型比较结果见表1.
机房UPS电源的选择是根据机房所需设备而定的，比如配监控、服务器、交换机之类的属于容性负载，在购买UPS电源时选择高频机就可以了。如果是印刷机、自动化设备、自动门禁系统等，就属于感性负载以及供电质量不好的环境，需要配工频UPS电源。UPS需根据负载的大小来选择。
4 UPS蓄电池配备
UPS备用时间的长短是由UPS的储能装置决定的，现在的UPS一般都用全密封的免维护铅酸蓄电池作为储能装置，电池容量的大小由安时数（AH）这个指标反映，其含义是按规定的电流进行放电的时间。电池容量的计算公式如下：
放电率和时间关系见表2.
举例说明如下。
4.1 CHP-10 kVA电池电压
CHP-10 kVA电池电压：384 V延时30 min。
（可选24 AH）
4.2 EPS-20 kW电池电压
EPS-20 kW电池电压：384 V延时60 min。
（可选100 AH）
UPS电源输入、输出连接线的计算方法为：UPS电源容量÷3相÷220 V÷4 A/mm=线径大小.
电池输入线的计算方法如下：
4.3 —台单10 K机器
—台单10 K机器，电压节数为16节，电池连接线所用的平方米数为：
5 结束语
总之，高速公路管理离不开完善、可靠的机电系统的支持，配置安全、可靠的电源支撑系统，是确保高速公路机电系统安全、稳定运行的前提。UPS电源为稳压不间断电源，在保护计算机数据、通信、收费、监控设备稳定运行，保证电压的稳定等方面是非常重要的，对确保高速公路机电系统的可靠性具有良好的效用。本文主要研究了UPS电源在高速公路收费站、隧道照明及通风、监控中心中的应用，根据不同功能区域的设备特性、不同负载的特点提出了相应的供电方案建议，为保证高速公路的正常运营提供参考。
参考文献
[1]郭慧敏，史志宏.高速公路供电系统电源选择方案探讨[J].太原城市职业技术学院学报，2012（02）.
[2]谷晓慧.UPS电源系统在高速公路供电系统中的应用研究[J].电源技术应用，2014（3）.
[3]曾慧.关于高速公路ETC联网收费技术方案研究[C]//企业科技创新与管理学术研讨会，2016.
〔编辑：刘晓芳〕