保定市北三環(huán)管廊電氣工程設(shè)計

張學(xué)群 楊 超 解存福

（中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，天津 30000）

隨著城市發(fā)展，對地下空間的綜合利用要求越來越高，地下軌道交通、停車庫、人防設(shè)施及商場的發(fā)展越來越快，而且這些地下設(shè)施的連接也越來越多，造成傳統(tǒng)的管線埋設(shè)方式穿越困難，直接阻礙了城市地下空間的發(fā)展利用水平，建設(shè)綜合管廊是實(shí)現(xiàn)地下空間集約化的有效途徑。綜合管廊的建設(shè)將從根本上解決道路頻繁開挖造成的浪費(fèi)和給交通、生產(chǎn)和人民生活帶來巨大影響等問題，提升市政基礎(chǔ)設(shè)施檔次和標(biāo)準(zhǔn)，增加地塊土地的潛在價值。綜合管廊內(nèi)設(shè)有眾多的附屬設(shè)施，在管廊的附屬設(shè)施中，電氣工程是保證管廊運(yùn)行的最重要的附屬設(shè)施，為管廊的照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)及排水系統(tǒng)提供電力保障[1-4]。綜合管廊的供配電系統(tǒng)對管廊的可靠性有著重要的影響。筆者結(jié)合保定市北三環(huán)管廊工程和《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》GB 50058—2015（以下簡稱管廊規(guī)范）對管廊的電氣系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行綜合闡述。

1 北三環(huán)管廊簡介

保定市北三環(huán)管廊位于保定市北三環(huán)（樂凱大街～東三環(huán)），全長 10.4km，設(shè)置監(jiān)控中心一座。根據(jù)各類管線專項規(guī)劃，北三環(huán)管廊敷設(shè)的管線有給水、中水、供熱、電力、通信管線。采用矩形斷面、三艙布置形式，給水、中水、電信共用一艙，電力管線和供熱管線各單獨(dú)一艙。北三環(huán)綜合管廊斷面尺寸為4350mm×2400mm+4350mm×5300mm+4350mm×3800mm，詳見圖1所示。

管廊沿線設(shè)置管線引出口，給水管、中水管、供熱管過路采用預(yù)埋過路套管的形式，電力電纜過路處預(yù)埋排管，共設(shè)置89個管線引出口。沿線以不大于400m設(shè)置一處投料口，投料口尺寸為7.0m×2.0m（長×寬）；高壓電力艙投料口尺寸為 3.0m×1.5m（長×寬）；熱力艙投料口尺寸為 7.0m×1.5m（長×寬）。投料口與自然通風(fēng)口合建。共設(shè)置28個投料口。

通風(fēng)采用自然進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)相結(jié)合的設(shè)計，即在每一防火區(qū)間的兩端分別設(shè)地上式自然進(jìn)風(fēng)口和機(jī)械排風(fēng)口。地上式通風(fēng)口高出地面約1.5m，布置在綜合管廊外側(cè)綠化帶內(nèi)結(jié)合景觀效果進(jìn)行設(shè)計。進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口分別與人員出入口合建。當(dāng)綜合管廊啟動風(fēng)機(jī)時，管廊內(nèi)空氣集中于排風(fēng)口排出，并于進(jìn)風(fēng)口處換入新鮮空氣，使綜合管廊內(nèi)保持空氣清新。在進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口之間設(shè)置防火墻及防火門一座，同時通風(fēng)口處布置垂直爬梯，供維修、巡查人員緊急撤離使用。人員出入口處設(shè)由內(nèi)向外單向開啟自動液壓井蓋。本管廊共設(shè)置56個通風(fēng)口，28個自然通風(fēng)口，28個機(jī)械通風(fēng)口。

圖1 北三環(huán)管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面示意圖

2 管廊負(fù)荷等級和電源

2.1 管廊負(fù)荷等級

管廊內(nèi)的消防設(shè)備、監(jiān)控與報警設(shè)備、應(yīng)急照明設(shè)備根據(jù)規(guī)范規(guī)定，應(yīng)為二級負(fù)荷。部分審圖專家及設(shè)計人員認(rèn)為管廊內(nèi)的通風(fēng)風(fēng)機(jī)屬于消防設(shè)備，管廊規(guī)范條文解釋中給出了如下的描述：綜合管廊不同于一般的民用建筑，管廊內(nèi)一旦發(fā)生火災(zāi)應(yīng)當(dāng)及時可靠地關(guān)閉通風(fēng)設(shè)施?；馂?zāi)撲滅后由于殘余的有毒煙氣難以排除，對人員災(zāi)后進(jìn)入清理十分不利，為此應(yīng)設(shè)置事故后機(jī)械排煙設(shè)施。由此可以判斷，管廊設(shè)置的風(fēng)機(jī)為事故后通風(fēng)設(shè)施，因而不屬于消防設(shè)施。

在參加安徽某管廊項目可行性研究報告審批時，有專家提出管廊內(nèi)部排水泵應(yīng)為二級負(fù)荷。該專家認(rèn)為，南方城市雨水較大，在暴雨情況下，應(yīng)考慮管廊被水淹沒，利用管廊內(nèi)部排水泵可靠排水。結(jié)合規(guī)范以及工程實(shí)例，本人認(rèn)為專家所考慮的運(yùn)行工況，已經(jīng)超出了規(guī)范考慮設(shè)置排水設(shè)施的范疇。管廊規(guī)范中，排水泵的設(shè)置僅是為了排出管廊內(nèi)部的滲水，并不考慮管廊內(nèi)部管道爆管、管廊被暴雨淹沒排水問題。

2.2 供電電源及變配電所的設(shè)置

在監(jiān)控中心設(shè)置1座10kV開閉所，管廊沿線用電均引自監(jiān)控中心。沿管廊間隔約2km左右設(shè)置一個箱式變電站，每個管廊配電所的供電半徑均不超過 1km，對于特殊遠(yuǎn)離變電所的區(qū)段，適當(dāng)增大配電電纜的截面[5]，使末端電壓不低于正常的95%。每個管廊相鄰變電所之間采用 10kV電纜聯(lián)絡(luò)，形成環(huán)網(wǎng)。

本工程設(shè)計中，經(jīng)與當(dāng)?shù)毓╇姴块T溝通，采用在管廊沿線設(shè)置箱變的供電方案。本管廊分57個分區(qū)，沿線共設(shè)置6座箱變，其中1—5號箱變每座箱變均供10個分區(qū)，6號箱變供51—57號分區(qū)。

2.3 管廊供配電系統(tǒng)及設(shè)備選型

設(shè)計中本管廊采用自然進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)的方式，根據(jù)管廊的縱斷變化，各個艙室在適當(dāng)位置設(shè)置集水井，集水井內(nèi)設(shè)置排水泵，利用管道將集水井內(nèi)的積水排放至市政排水系統(tǒng)。結(jié)合管廊規(guī)范相關(guān)要求，主要的負(fù)荷包含以下內(nèi)容：

1）電力艙、熱力艙以及水信艙各個機(jī)械排風(fēng)口均設(shè)置雙速排風(fēng)風(fēng)機(jī)。其中因水信艙斷面尺寸較大，水信艙每個分區(qū)設(shè)置兩臺風(fēng)機(jī)。

2）各個艙室設(shè)置的一般照明及應(yīng)急照明燈具。

3）排水泵。

4）檢修電源箱。根據(jù)管廊規(guī)范，管廊內(nèi)間隔50m設(shè)置一個檢修電源插座箱，每個檢修箱功率15kW。

根據(jù)管廊規(guī)范，附屬設(shè)備的供配電系統(tǒng)采用220/380V，TN-S系統(tǒng)。以防火分區(qū)作為配電單元，各個配電單元進(jìn)線處均設(shè)置計量表。采用EPS作為應(yīng)急電源，供應(yīng)急照明和消防設(shè)施、監(jiān)控設(shè)備使用。設(shè)計中，在機(jī)械排風(fēng)口處設(shè)置現(xiàn)場控制站，每個現(xiàn)場控制站安裝每個配電分區(qū)的配電柜。區(qū)間動力配電柜將區(qū)間配電柜饋出回路按艙室分組，便于統(tǒng)一對單個艙室切除非消防負(fù)荷。管廊區(qū)間配電柜系統(tǒng)圖如圖2所示。為了保證配電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，設(shè)備須選用國內(nèi)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。變壓器應(yīng)選用節(jié)能型、可靠性高的干式變壓器。高壓開關(guān)柜應(yīng)選用具有五防聯(lián)鎖功能的中置式開關(guān)柜，高壓開關(guān)選用真空斷路器，低壓開關(guān)柜選用元器件固定插拔式柜型。所設(shè)計的供配電系統(tǒng)具有較高的自動化程度[6]。

3 管廊照明系統(tǒng)

綜合管廊內(nèi)部照明設(shè)施包括一般照明和應(yīng)急照明。通風(fēng)口夾層內(nèi)安裝變配電設(shè)備處的照度為200lx；中心控制室照度不小于300lx；綜合管廊內(nèi)，滿足一般巡視要求，人行通道上的平均照度不小于15lx，最低照度不小于5lx；出入口和設(shè)備操作處的局部照度不小于100lx。

設(shè)計中應(yīng)急照明電源引自EPS應(yīng)急電源柜，應(yīng)急電源的持續(xù)供電時間不小于 60min。一般照明引自區(qū)間配電柜一般照明出線回路。燈具選用高亮度LED燈。燈具采用防觸電保護(hù)等級Ⅰ類設(shè)備，燈具防護(hù)等級不低于IP54，并應(yīng)具有防外力沖撞的防護(hù)措施。照明回路導(dǎo)線采用截面積不小于2.5mm2的硬質(zhì)銅線。線路敷設(shè)時均穿保護(hù)管沿管廊頂部及側(cè)墻明敷。在管廊每個分區(qū)的人員出入口處設(shè)置本分區(qū)的通風(fēng)、照明控制開關(guān)。

圖2 管廊區(qū)間配電柜系統(tǒng)圖

4 管廊接地系統(tǒng)

綜合管廊內(nèi)集中敷設(shè)了大量的電纜，為了綜合管廊運(yùn)行安全，應(yīng)有可靠的接地系統(tǒng)。除利用構(gòu)筑物主鋼筋作為自然接地體，在綜合管廊內(nèi)壁將各個構(gòu)筑物段的主鋼筋相互連接構(gòu)成法拉第籠式主接地系統(tǒng)。綜合管廊內(nèi)所有電纜支架均經(jīng)通長接地線與主接地網(wǎng)相互連接。另外，在綜合管廊外壁每隔50m處設(shè)置人工接地體預(yù)埋連接板，作為后備接地。綜合管廊接地網(wǎng)還應(yīng)與各變電所接地系統(tǒng)可靠連接，組成分布式大接地系統(tǒng)[7-9]，接地電阻應(yīng)不大于1Ω。

管廊內(nèi)所有正常不帶電金屬均應(yīng)與接地線做等電位聯(lián)結(jié)。電纜進(jìn)線處做重復(fù)接地，在區(qū)間配電柜進(jìn)線處裝設(shè)Ⅰ級電涌保護(hù)器（SPD），用以防雷電感應(yīng)[10]。管廊標(biāo)準(zhǔn)段接地平面如圖3所示。

5 電氣設(shè)備的控制

管廊內(nèi)風(fēng)機(jī)由區(qū)間配電柜完成配電和控制，在柜上設(shè)手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)。在管廊的人員出入口等處設(shè)置風(fēng)機(jī)開停按鈕盒，以便于人員進(jìn)出時開停風(fēng)機(jī)。除檢修時，轉(zhuǎn)換開關(guān)均處于自動位置，以自動控制管廊內(nèi)部的空氣質(zhì)量和溫濕度。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，排風(fēng)機(jī)由火災(zāi)聯(lián)動系統(tǒng)強(qiáng)制停機(jī)。

圖3 管廊標(biāo)準(zhǔn)段接地平面圖

排水泵采用現(xiàn)場液位自動控制，并將排水泵的狀態(tài)上傳至自控系統(tǒng)。為便于人員出入時開關(guān)燈，在人員出入口處設(shè)置照明開關(guān)按鈕盒。除檢修時，照明系統(tǒng)控制回路的轉(zhuǎn)換開關(guān)均處于自動位置，可通過自控系統(tǒng)開關(guān)燈。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，由火災(zāi)聯(lián)動系統(tǒng)強(qiáng)制啟動應(yīng)急照明。

管廊監(jiān)控中心設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)上位機(jī)，管廊內(nèi)部設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)區(qū)間控制器。自動滅火系統(tǒng)由同一個防火分區(qū)一個感煙火災(zāi)探測器報警信號與另一個感溫火災(zāi)探測器報警信號或兩個感溫火災(zāi)探測器報警信號聯(lián)動觸發(fā)?；馂?zāi)區(qū)間報警控制器聯(lián)動相關(guān)攝像機(jī)監(jiān)控報警現(xiàn)場供消防控制室確認(rèn)并記錄，當(dāng)消防控制室確認(rèn)后，可由消防控制室手動啟動滅火系統(tǒng)?；馂?zāi)確認(rèn)后，消防聯(lián)動控制器應(yīng)關(guān)閉相應(yīng)著火防火分區(qū)及同艙室相鄰防火分區(qū)通風(fēng)機(jī)及防火閥；啟動管廊內(nèi)同艙室的火災(zāi)聲光報警器；打開著火分區(qū)及同艙室相鄰防火分區(qū)應(yīng)急照明；聯(lián)動出入口控制系統(tǒng)，釋放相應(yīng)出入口控制裝置。

6 電纜的敷設(shè)

本文中所說電纜敷設(shè)是指為保證管廊正常運(yùn)行，所需的管廊自用電纜的敷設(shè)，不包括入廊敷設(shè)的電力部門及通信部門的線纜。在管廊中設(shè)置管廊自用電纜橋架。管廊內(nèi)一般設(shè)備供電電纜采用阻燃交聯(lián)聚乙烯電纜，火災(zāi)時需要繼續(xù)工作且與消防有關(guān)設(shè)備的供電電纜采用耐火交聯(lián)聚乙烯電纜[11]。

所有電纜沿電纜橋架敷設(shè)，引至設(shè)備時，穿熱鍍鋅焊接鋼管沿管廊頂、側(cè)墻明敷，要求鋼管涂防火涂料。

7 經(jīng)驗總結(jié)

管廊工程，相對而言是近幾年來較為新穎的市政工程。筆者將本工程進(jìn)行過程中的經(jīng)驗總結(jié)如下：

1）供電方案需盡早與當(dāng)?shù)毓╇姴块T溝通。設(shè)計中，原設(shè)計方案是選擇地埋式變壓器?？紤]該方案的出發(fā)點(diǎn)是減小地面箱變對景觀效果的影響，但當(dāng)?shù)毓╇姴块T不認(rèn)可，因此將變壓器修改為安裝于地面的箱變。

2）管廊區(qū)間配電柜的饋線回路需要按照艙室進(jìn)行分組。管廊設(shè)計規(guī)范中要求，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，需切除相應(yīng)艙室的非消防電源。如果設(shè)計中未將饋線回路按照艙室分組，消防切非雖然仍可以實(shí)現(xiàn)，但接線將比分組方案復(fù)雜。

3）管廊接地系統(tǒng)設(shè)計過程中需與結(jié)構(gòu)專業(yè)密切配合，及時向結(jié)構(gòu)專業(yè)提出伸縮縫處的電氣預(yù)留預(yù)埋要求。因管廊外均設(shè)有防水涂層，如不及時提出預(yù)留預(yù)埋要求，后期補(bǔ)充將會破壞管廊主體的防水材料，影響管廊結(jié)構(gòu)主體的設(shè)計壽命。

4）管廊中的用電設(shè)備較為單一，正常運(yùn)行時，工作狀態(tài)的電氣設(shè)備較少，因此需要合理的配置供配電系統(tǒng)，以較小變壓器的容量。否則，投入使用后將會出現(xiàn)變壓器低負(fù)載率的問題，增加運(yùn)營成本。

8 結(jié)論

綜合管廊作為重要的大型地下構(gòu)筑物，在設(shè)計階段必須充分考慮各個方面的因素，對設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化。電氣工程的施工及安裝通常是在土建主體結(jié)束后進(jìn)行，施工周期較長。該系統(tǒng)的完善與否，直接影響管廊的正常運(yùn)行。因此電氣工程應(yīng)該在保證功能條件下提高設(shè)計的可靠性、安全性以及先進(jìn)性。圖紙的完善才能盡量避免施工中的修改與調(diào)整。

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