杭州慶春路越江隧道供電系統(tǒng)設(shè)計

中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司 李 青

1 概述

杭州慶春路隧道深入江底約37m，全長5352m，其中隧道主線全長3024m。整條通道穿越錢江新城與錢江世紀城的中心地帶。分東西兩孔，南來車從東孔走，西孔供北往車輛通行，每孔兩車道，整條隧道雙向四車道，設(shè)計車速60公里/小時，3分鐘即可從地下穿越寬闊的錢塘江。本工程電氣設(shè)計包括供電與照明、BAS、FAS等系統(tǒng)設(shè)計，本文將主要介紹該隧道高壓供電系統(tǒng)構(gòu)成、10kV配電所規(guī)模、平面、電氣主接線形式、保護及控制、10/0.4kV變電所、應(yīng)急電源系統(tǒng)、動力設(shè)備供電、防雷接地等主要設(shè)計內(nèi)容。

2 高壓供配電系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)主體工程及電源情況，在江北、江南側(cè)各設(shè)一座10kV配電所，各所由當?shù)仉娏ο到y(tǒng)接引兩路相互獨立的10kV電源供電。為與當?shù)毓╇姴块T管轄范圍保持一致，江北、江南10kV配電所供電范圍以隧道中心里程為界，分南北兩段分別供電。

江北10kV配電所設(shè)于江北工作井內(nèi)，與工作井內(nèi)雙臺變壓器10/0.4kV變電所合建，稱江北10kV變、配電所。另在江北主線入口雨水泵房處設(shè)一座雙臺變壓器10/0.4kV變電所，各所分別由江北10kV變、配電所不同10kV母線各接引一路電源。

江南10kV配電所設(shè)于江南工作井內(nèi)，與工作井內(nèi)兩座10/0.4kV變電所合建，另在江南主線明挖暗埋段設(shè)一座雙臺變壓器10/0.4kV變電所，各所分別由江南10kV變、配電所不同10kV母線各接引一路10kV電源。

在東線、西線隧道江心廢水泵房處，各設(shè)一座兩臺地埋式變壓器的10/0.4kV變電所。每座變電所兩條10kV電源線均由江北工作井內(nèi)10kV配電所兩段母線分別提供。

3 10kV配電所

3.1 10kV變、配電所規(guī)模、平面及電氣主接線形式

江北10kV變、配電所設(shè)于隧道江北工作井地下二層，設(shè)高壓配電室、控制室及10/0.4kV變電所。規(guī)模為10kV雙電源，二進八出。10kV側(cè)主接線采用單母線斷路器分段接線，正常時兩路獨立的10kV電源同時運行，母聯(lián)開關(guān)斷開，當一路電源失電，母聯(lián)開關(guān)自動投入，由另一路電源對全所重要負荷供電。配電所八路饋出回路分別為：本所10/0.4kV變電所兩路，江北主線洞口雨水泵站10/0.4kV變電所兩路，東線、西線隧道江心廢水泵房變電所共用四路。江南10kV變、配電所設(shè)于江南工作井地下一層，配電所規(guī)模、平面及電氣主接線形式基本同江北。

3.2 10kV配電所保護及控制

（1）保護配置

10KV配電所保護采用微機綜合自動化保護裝置，各保護模塊分散設(shè)于10kV開關(guān)柜內(nèi)，該裝置具有10kV電網(wǎng)運行必需的保護、測量、控制、監(jiān)控和指示功能，具有與遠方通信的條件。各回路保護設(shè)置情況如下：

10kV進線斷路器采用帶時限電流速斷、過電流、低電壓保護；10kV饋線斷路器采用電流速斷、過電流、單相接地信號；10kV變壓器饋線斷路器采用電流速斷、過電流、過負荷、溫度、單相接地信號；互設(shè)母線絕緣監(jiān)察。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)

江北、江南10kV變配電所設(shè)置獨立電力主控單元，作為隧道設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的兩個現(xiàn)場站。由設(shè)于高壓開關(guān)柜上的微機綜合自動化保護裝置完成對每回路的繼電保護、開關(guān)量、模擬量實時數(shù)據(jù)采集、斷路器控制和事故記錄等，同時同步整理相關(guān)數(shù)據(jù)以備設(shè)于隧道管理控制中心的上位機收集，并時刻待命接受上位機指令。由隧道管理控制中心設(shè)備監(jiān)控主機完成對配電所遙控、遙信、遙測、遙調(diào)等功能，實現(xiàn)配電所遠方監(jiān)控、無人值守。

3.3 交、直流電源

兩座10kV變配電所各設(shè)一臺交流電源柜，電壓為~380/220V。兩路交流電源分別由設(shè)于兩段10kV電源母線的所用變壓器各接引一路，至交流電源柜自動切換后供電。主要作為配電所內(nèi)照明、動力負荷和直流電源柜電源。

在兩座10kV配電所各設(shè)一套直流電源柜，電壓為DC220V，主要作為配電所高壓開關(guān)柜的操作電源和控制保護電源。直流電源柜采用高頻整流鉛酸免維護蓄電池直流裝置，該裝置由蓄電池屏和直流配電屏組成。由交流電源柜輸入兩路～380V電源一主一備供電，輸出 DC220V回路，蓄電池容量為65AH 。

4 10/0.4kV變電所

4.1 江北10/0.4kV變電所

江北工作井內(nèi)設(shè)一座10/0.4kV變電所，與配電所合建。設(shè)兩臺10/0.4kV變壓器，容量為2×1600 kVA 。正常工作時，兩臺變壓器同時運行，低壓主接線采用單母線斷路器分段接線，在低壓母線各設(shè)一組電容器，進行無功集中補償，滿足功率因數(shù)不低于0.9。當一臺變壓器停運時，另一臺變壓器能對全所一、二級負荷供電。負荷主要包括：江北工作井內(nèi)全部動力照明負荷、江北明挖暗埋段部分射流風(fēng)機、江北匝道出入口雨水泵房、江北匝道隧道出入口加強照明及北段隧道的基本照明、隧道檢修、逃生滑道、監(jiān)控、通信設(shè)備等正常和消防負荷。

江北主線洞口雨水泵站處設(shè)一座10/0.4kV變電所，兩臺變壓器容量為2×400 kVA。正常工作時，兩臺變壓器同時運行，低壓主接線采用單母線斷路器分段接線。變電所供電負荷主要包括：雨水泵、北端明挖暗埋段部分射流風(fēng)機、通信設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、主通道洞口加強照明、光過渡段、敞開段及道路照明等。

4.2 江南10/0.4kV變電所

江南工作井內(nèi)設(shè)兩座10/0.4kV變電所，與配電所合建。每座變電所設(shè)兩臺10/0.4kV變壓器，容量為2×1600kVA 。運行方式和低壓主接線同江北工作井10/0.4kV變電所。負荷主要包括：江南工作井內(nèi)（含隧道管理中心）全部動力照明負荷、防淹門、江南明挖暗埋段部分射流風(fēng)機、及南段隧道的基本照明、隧道檢修、逃生滑道、監(jiān)控、通信設(shè)備等正常和消防負荷。

江南明挖暗埋段雨水泵站處設(shè)一座10/0.4kV變電所，變電所設(shè)兩臺10/0.4kV變壓器，容量為2×630kVA 。正常工作時，兩臺變壓器同時運行，低壓主接線采用單母線斷路器分段接線。變電所供電負荷主要包括：雨水泵、明挖暗埋段射流風(fēng)機、通信設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、隧道出入口段加強照明、光過渡段、敞開段及道路照明等。

4.3 江心10/0.4kV變電所

東線、西線隧道江心廢水泵房處各設(shè)一座10/0.4kV變電所，每座變電所設(shè)兩臺地埋式10/0.4kV變壓器，容量為2×125 kVA。變電所供電負荷為江心廢水泵房內(nèi)動力照明負荷。

5 應(yīng)急電源系統(tǒng)

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，本工程隧道內(nèi)應(yīng)設(shè)置應(yīng)急電源供電系統(tǒng)，以確保隧道事故情況下，疏散及救援工作的安全進行。應(yīng)急電源供電系統(tǒng)供電范圍包括：隧道內(nèi)應(yīng)急照明、誘導(dǎo)指示、安全門標志、通信、監(jiān)控設(shè)備等。監(jiān)控、通信等電子設(shè)備采用集中式UPS應(yīng)急電源裝置供電。隧道內(nèi)應(yīng)急照明電源采用集中式EPS電源裝置供電，應(yīng)急備用時間均為2h。

6 動力設(shè)備供電

本工程動力設(shè)備較多，主要包括風(fēng)機、水泵等大容量設(shè)備，分散設(shè)于隧道內(nèi)的通信、監(jiān)控、檢修等小容量設(shè)備及設(shè)于管理控制中心的空調(diào)、電開水器、監(jiān)控設(shè)備等負荷。針對該工程特點，動力設(shè)備供電采用放射式和樹干式結(jié)合的混合式供電網(wǎng)絡(luò)。隧道內(nèi)的射流風(fēng)機、混流風(fēng)機及江北匝道洞口雨水泵等采用分組供電，即每組用電設(shè)備均由變電所低壓母線接引兩路獨立回路至用電設(shè)備旁，進行雙電源切換后，再給該組內(nèi)每個用電設(shè)備供電。其他軸流風(fēng)機、水泵等大容量用電設(shè)備，由變電所低壓母線接引獨立回路采用放射式供電，在大容量設(shè)備處設(shè)降壓軟啟動裝置或變頻裝置；對于隧道內(nèi)用電容量較小，比較分散的用電設(shè)備，由變電所引出動力干線，采用樹干式供電方式對各用電設(shè)備供電。

一級負荷設(shè)備由接于不同低壓母線的兩路動力回路各引一回電源至用電點附近的電源切換箱切換后供電。

7 防雷接地

江北、江南通風(fēng)井、隧道管理控制中心按二類防雷建筑物標準進行防雷設(shè)計。采用在通風(fēng)豎井、屋頂設(shè)避雷帶作為接閃器，并利用建筑內(nèi)主鋼筋作引下線，工作井下部基礎(chǔ)內(nèi)主鋼筋作接地裝置。

本工程隧道及主要建筑采用聯(lián)合接地體設(shè)計，防雷接地、強電和弱電系統(tǒng)接地裝置共用，并與建筑物鋼筋網(wǎng)相連。在兩工作井設(shè)綜合接地網(wǎng)，接地網(wǎng)由水平接地體和垂直接地體組成，并經(jīng)銅絞線或銅電纜引至強電系統(tǒng)和弱電系統(tǒng)接地母排，強弱電系統(tǒng)引線之間的間距大于20米，接地電阻不大于1Ω。在左、右兩條隧道內(nèi)各敷設(shè)兩條貫通的專用接地銅電纜，與隧道綜合接地網(wǎng)絡(luò)可靠連通，隧道內(nèi)強電、弱電設(shè)備的金屬外殼、金屬構(gòu)架、電纜金屬護套等分別與接地干線可靠連通，形成良好的電氣通路。

隧道洞口外沒有接入綜合接地系統(tǒng)的設(shè)備設(shè)置獨立接地體，防雷接地電阻不大于10Ω，保護接地不大于4Ω，低壓配電系統(tǒng)采用TN-S接地系統(tǒng)，設(shè)專用PE線。

8 結(jié)束語

該工程于2010年12月28日建成通車運行至今，電氣系統(tǒng)運行良好，為隧道正常運營提供了供電保障。