綜合管廊供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

石曉敏

（山西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 山西省太原市 030001）

1 前言

綜合管廊作為城市道路地下空間開發(fā)利用的重要部分，在保障城市供應(yīng)、克服城市規(guī)劃與市政管線發(fā)展變化之間的矛盾、提升城市品位的前提下，對(duì)有效集約城市地下空間、促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展有著非常大的作用，其建設(shè)對(duì)優(yōu)化城市環(huán)境、合理利用城市地下空間具有重要意義。

綜合管廊是一種用以收納多種不同市政管線的專門地下管廊，入廊管線有給水管道、再生水管道、熱力管道、電力電纜、電信纜線和燃?xì)夤艿赖?。綜合管廊附屬工程包括：消防系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、供配電及照明系統(tǒng)、監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)、標(biāo)識(shí)系統(tǒng)等。其中，供配電系統(tǒng)為管廊消防系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)等提供電力保障及控制接口，是管廊最主要的附屬工程。

2 工程設(shè)計(jì)實(shí)例分析

某地經(jīng)一路、站南路地下綜合管廊建設(shè)工程，經(jīng)一路綜合管廊長1.38km；站南路綜合管廊起點(diǎn)長0.65km；建設(shè)管廊總長度為2.03km，在管廊內(nèi)同步設(shè)置給水管、再生水管、電力電纜、通信光纜、熱力管和燃?xì)夤?。結(jié)合項(xiàng)目情況，沁州路與南環(huán)路交叉口附近位置處，新建一處縣城綜合管廊監(jiān)控中心。

2.1 負(fù)荷等級(jí)及電源

（1）根據(jù)綜合管廊負(fù)荷運(yùn)行的安全要求，管廊內(nèi)的消防相關(guān)設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、照明、風(fēng)機(jī)及排水泵為二級(jí)負(fù)荷；檢修插座箱為三級(jí)負(fù)荷；其余均為三級(jí)負(fù)荷。

（2）綜合管廊由城市10kV電網(wǎng)就近提供兩路10kV電源，電源運(yùn)行方式為互為備用。

（3）電壓等級(jí)：高壓為10kV，低壓為380/220V。

2.2 管廊變電所的設(shè)計(jì)

本綜合管廊共劃分12個(gè)防火區(qū)間，管廊每個(gè)防火區(qū)間包括三個(gè)防火分區(qū)（熱力艙、綜合艙和燃?xì)馀摚┗騼蓚€(gè)防火分區(qū)（綜合艙和燃?xì)馀摚?。根?jù)沿線布置情況及負(fù)荷分散、供電距離的特點(diǎn)，綜合管廊全線可劃分為2個(gè)供電區(qū)域。按每座變電站約500m供電半徑負(fù)荷計(jì)算，一般線路壓降不大于5%。由此可以確定，管廊全線共選用2座地下變電站每個(gè)地下變電站為1個(gè)供電區(qū)域。

根據(jù)用電負(fù)荷性質(zhì)，工程采用二路獨(dú)立10kV電源的環(huán)網(wǎng)供電方式。每三個(gè)或兩個(gè)防火分區(qū)做為一個(gè)配電單元，在該區(qū)間吊裝口夾層內(nèi)設(shè)置配電箱，為本區(qū)間動(dòng)力、照明配電。

（1）10kV配電系統(tǒng)

管廊專用變配電所10kV側(cè)采用單母線分段不聯(lián)絡(luò)的接線方式，每座變配電所由就近的市政電網(wǎng)沿本工程管廊內(nèi)專用橋架引入2路10kV電源，兩路電源同時(shí)工作。當(dāng)一路10kV電源因故退出運(yùn)行時(shí)，綜合管廊由另一路10kV電源所帶變壓器供電。

（2）變壓器及0.4kV配電系統(tǒng)

根據(jù)用電負(fù)荷性質(zhì)及綜合管廊分區(qū)負(fù)荷容量，2座管廊專用地下變電站均采用雙變壓器型，0.4kV側(cè)配電系統(tǒng)均采用雙電源進(jìn)線單母線分段聯(lián)絡(luò)形式。

本工程各個(gè)變電站內(nèi)2臺(tái)變壓器互為備用。當(dāng)一路10kV電源因故退出或變電所中有一臺(tái)變壓器因故退出運(yùn)行，變電所另一臺(tái)變壓器應(yīng)能負(fù)擔(dān)其供電范圍內(nèi)全部二級(jí)負(fù)荷，三級(jí)負(fù)荷可根據(jù)需要切除。

供電方式采用樹干式配電方式，為就近綜合管廊每一防火分區(qū)中的雙電源配電箱及照明配電箱供電。配電原則：消防、監(jiān)控等負(fù)荷由不同段母排雙電源供電，末端自切；其余負(fù)荷由變壓器低壓母排單電源供電。應(yīng)急照明、監(jiān)控系統(tǒng)等特別重要的負(fù)荷另設(shè)在線蓄電池作后備電源。

（3）變電站控制、保護(hù)、信號(hào)及合閘電源采用DC220V電源。

變電站進(jìn)線設(shè)時(shí)限速斷和過電流保護(hù)，電流電壓測(cè)量，出線設(shè)時(shí)限速斷和過電流保護(hù)，電流、電壓及功率測(cè)量。低壓部分均設(shè)有過負(fù)荷及短路保護(hù)。

（4）計(jì)量及補(bǔ)償

①在變電站高壓側(cè)設(shè)10kV專用計(jì)量柜，做總用電計(jì)量，低壓側(cè)主要回路裝電度表，作分路計(jì)量。

②在每處變電站0.4kV側(cè)采用電力電容器集中自動(dòng)補(bǔ)償，補(bǔ)償裝置采用靜電電容器組自動(dòng)補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償后功率因數(shù)達(dá)0.9以上。綜合管廊照明燈具采用電子鎮(zhèn)流器型熒光燈，以提高功率因數(shù)。

2.3 動(dòng)力設(shè)備的配電及控制設(shè)計(jì)

在綜合管廊每段防火區(qū)間內(nèi)安裝一臺(tái)動(dòng)力照明配電箱（雙電源配電箱），負(fù)責(zé)該防火區(qū)間內(nèi)動(dòng)力設(shè)備的配電控制。在排煙風(fēng)機(jī)、排水泵就地設(shè)置專用控制箱對(duì)設(shè)備進(jìn)行配電和控制。綜合管廊內(nèi)沿線間隔60m設(shè)置帶剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置檢修插座箱，作施工安裝、維修等臨時(shí)接電之用。

綜合管廊內(nèi)所有用電設(shè)備應(yīng)采取防水防潮措施，防護(hù)等級(jí)均不低于IP65，天然氣管道艙內(nèi)的電氣設(shè)備應(yīng)采用防爆型，并符合《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50058-2014）有關(guān)爆炸性氣體環(huán)境2區(qū)的防爆規(guī)定。

管廊內(nèi)設(shè)備均采用全電壓直接起動(dòng)方式，電機(jī)起動(dòng)壓降控制在10%以內(nèi)。專業(yè)管線電動(dòng)閥由就近雙電源配電箱提供電源，在專業(yè)單位授權(quán)情況下，由自控系統(tǒng)控制。

管廊內(nèi)主要用電設(shè)備操作采用自動(dòng)及手動(dòng)兩種方式控制，自動(dòng)方式時(shí)由PLC控制，手動(dòng)方式時(shí)可在機(jī)旁控制箱或機(jī)旁按鈕箱上操作。

排煙風(fēng)機(jī)控制：采用手動(dòng)/自動(dòng)兩級(jí)控制相結(jié)合的方式。在風(fēng)機(jī)控制箱處設(shè)集中手動(dòng)控制，并將排風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況傳至相應(yīng)的現(xiàn)場控制站（PLC），并接受現(xiàn)場控制中心（PLC）及監(jiān)控中心的遙控，此外在監(jiān)控中心設(shè)置排風(fēng)機(jī)手動(dòng)直接控制裝置。防火分區(qū)兩端設(shè)置風(fēng)機(jī)就地按鈕箱，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制排風(fēng)機(jī)開停。排風(fēng)機(jī)的溫度自動(dòng)控制和與電動(dòng)風(fēng)閥的聯(lián)動(dòng)控制均由現(xiàn)場控制分站（PLC）完成。

排水泵控制：采用手動(dòng)/自動(dòng)/中心遙控三級(jí)控制相結(jié)合的方式。在動(dòng)力照明箱處設(shè)集中手動(dòng)控制，同時(shí)根據(jù)集水坑內(nèi)水位自動(dòng)開、停排水泵，并將排水泵的運(yùn)行工況及集水井內(nèi)高、低液位傳至相應(yīng)的現(xiàn)場控制站，并接受現(xiàn)場控制中心（PLC）及監(jiān)控中心的遙控。排水泵旁設(shè)置水泵就地按鈕箱，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制水泵開停。

2.4 照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

綜合管廊設(shè)正常照明和事故應(yīng)急照明，普通段照度不小于15lx，人孔、吊裝口及防火分區(qū)門等處局部照度提高到100lx。每段防火分區(qū)內(nèi)的照明燈具由該分區(qū)動(dòng)力照明配電箱（雙電源配電箱）統(tǒng)一配電，在人孔、防火分區(qū)門處設(shè)手動(dòng)開關(guān)控制，并設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)遙控，照明狀態(tài)信號(hào)反饋監(jiān)控系統(tǒng)。

照明燈具光源以節(jié)能型T8型防水防塵熒光燈為主，天然氣管道艙采用的燈具選用防爆型，并符合《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電氣裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50058-2014）有關(guān)爆炸性氣體環(huán)境2區(qū)的防爆規(guī)定。

綜合管廊內(nèi)照明燈具應(yīng)采取防水防潮措施，防護(hù)等級(jí)不低于IP65，采用I類絕緣結(jié)構(gòu)，設(shè)專用PE線保護(hù)。

照明燈具控制分為集中就地和監(jiān)控中心兩級(jí)控制，在照明配電箱上實(shí)現(xiàn)集中手動(dòng)控制，通過設(shè)置在防火分區(qū)兩端防火門處的照明就地按鈕實(shí)現(xiàn)就地手動(dòng)控制，通過監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場控制分站（PLC）實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程控制。

2.5 防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

管廊用地下變電站為戶外設(shè)備，應(yīng)按三類設(shè)置防雷措施。

管廊配電系統(tǒng)均采用TN-S保護(hù)系統(tǒng)，所有配電設(shè)備及金屬構(gòu)件、支架之外露可導(dǎo)電部分、裝置外可導(dǎo)電部分，均應(yīng)與接地保護(hù)線（PE線）可靠連接。

2.6 節(jié)能設(shè)計(jì)

綜合管廊供配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)，主要從電氣設(shè)備節(jié)能、電氣照明節(jié)能、照明運(yùn)行控制以及運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的計(jì)量管理四個(gè)方面入手。

2.6.1 電氣設(shè)備的節(jié)能設(shè)計(jì)

在電氣設(shè)配的選擇上，要根據(jù)實(shí)際的用電容量和用電性質(zhì)，選擇合理的供電電壓以及供電的方式。在設(shè)置變配電所的位置時(shí)，要盡量接近負(fù)荷中心，爭取減少變壓級(jí)數(shù)，竟可能的把供電的半徑縮短，導(dǎo)線要根據(jù)實(shí)際需要，選擇合適的截面規(guī)格型號(hào)，要控制好總的線損率，使受電端的電壓趨于穩(wěn)定，偏差控制在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)。無功補(bǔ)償設(shè)備的設(shè)計(jì)要有集中補(bǔ)償和就地補(bǔ)償兩種設(shè)置。在選擇變壓器時(shí)，要綜合考慮容量、數(shù)量、運(yùn)行方式，對(duì)負(fù)荷要進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)調(diào)整，竟可能的實(shí)現(xiàn)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2.6.2 電氣照明的節(jié)能設(shè)計(jì)要求

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，照明系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上選擇了高光效的光源。在光源選擇上，對(duì)室內(nèi)照度、一般顯色指數(shù)等指標(biāo)都嚴(yán)格按照《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求進(jìn)行。工程所采用的電子鎮(zhèn)流器，期自身的功率消耗要控制在光源功率的10%以內(nèi)，諧波含量不能大于20%，單只熒光燈的功率因數(shù)要求在0.9以上。

2.6.3 加強(qiáng)照明運(yùn)行控制的設(shè)計(jì)

要做好照明的運(yùn)行控制，就得有合理的設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)上從節(jié)能控制的理念出發(fā)，比如在控制開關(guān)的設(shè)計(jì)上，每個(gè)配電分區(qū)都不低于2個(gè)；而對(duì)于通風(fēng)口以及逃生口這些特殊場所的開關(guān)設(shè)計(jì)都采用就地設(shè)置。在控制中心走廊、公共走道、樓梯間以及門廳等場所，都采用自熄開關(guān)控制，做到人走燈滅。

2.6.4 計(jì)量設(shè)備選擇

為了能達(dá)到節(jié)能控制的科學(xué)管理，電能計(jì)量設(shè)備在選擇上要符合國家及行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并且獲得計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)的認(rèn)可。

3 結(jié)語

綜合管廊建設(shè)所需要的施工材料、以及所有的設(shè)備，都必須具有國家檢測(cè)中心的檢驗(yàn)合格證，必須符合相應(yīng)的國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，所涉及到的消防產(chǎn)品、供電產(chǎn)品還必須具有入網(wǎng)許可證。管廊內(nèi)電氣設(shè)備的防護(hù)等級(jí)一定要符合地下環(huán)境的使用標(biāo)準(zhǔn)要求，并做好必要的防水防潮措施。值得一提的是，綜合管廊燃?xì)夤艿琅撦斔涂扇細(xì)怏w，較易發(fā)生火災(zāi)，電力電力電纜也較容易發(fā)生火災(zāi)，合理的設(shè)計(jì)管廊供配電系統(tǒng)應(yīng)作為其首要設(shè)計(jì)原則。

綜合管廊一般呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化布置，而其附屬用電設(shè)備一般負(fù)荷容量較小、在管廊沿線分散布置，因此選取合適的供電方案有利于節(jié)省管廊的建設(shè)投資及運(yùn)行成本。