綜合管廊供電系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)探討
——以牛寨山路綜合管廊負(fù)荷情況為例

嚴(yán)錦堯

(福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院 福建福州 350004)

0 引言

綜合管廊是近年來(lái)我國(guó)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的主要內(nèi)容之一。保證綜合管廊內(nèi)照明、通風(fēng)、排水、監(jiān)控、報(bào)警、消防等設(shè)施的供電可靠性，是綜合管廊內(nèi)管線穩(wěn)定運(yùn)行及日常維護(hù)的必要條件。本文以平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)牛寨山路綜合管廊的負(fù)荷情況為例，通過(guò)負(fù)荷等級(jí)和供電要求的分析，提出具有類(lèi)似負(fù)荷的綜合管廊，在規(guī)模、布局、取得電源容易程度不同的情況下，中壓和低壓供電系統(tǒng)的接線方案，以供討論。

1 負(fù)荷分析及供電要求

不同的負(fù)荷等級(jí)所對(duì)應(yīng)的供電要求不同，因此，在進(jìn)行綜合管廊供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，應(yīng)先對(duì)綜合管廊內(nèi)的負(fù)荷進(jìn)行分析，明確綜合管廊內(nèi)有哪些負(fù)荷等級(jí)，再根據(jù)不同負(fù)荷等級(jí)的供電要求，進(jìn)行供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。下文以牛寨山路綜合管廊的負(fù)荷情況為例進(jìn)行分析。

1.1 牛寨山路綜合管廊的負(fù)荷情況

牛寨山路綜合管廊位于平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)金井灣片區(qū)，呈“一”字形布置，全長(zhǎng)1.724km，包含9個(gè)完整的防火分區(qū)，為包含電力、通信纜線的綜合管廊。管廊內(nèi)的負(fù)荷有：照明、通風(fēng)機(jī)、排水泵、檢修插座、監(jiān)控與報(bào)警(含環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控、安全防范、專(zhuān)用通信、火災(zāi)報(bào)警)、應(yīng)急照明、消防、電動(dòng)液壓逃生井蓋等。

1.2 牛寨山路綜合管廊負(fù)荷等級(jí)分析

根據(jù)《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》(GB50838-2015)7.3.2條，“綜合管廊的消防設(shè)備、監(jiān)控與報(bào)警設(shè)備、應(yīng)急照明設(shè)備應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50052規(guī)定的二級(jí)負(fù)荷供電。”[1,2]因此，應(yīng)將牛寨山路綜合管廊內(nèi)的消防、監(jiān)控與報(bào)警、應(yīng)急照明設(shè)備列為二級(jí)負(fù)荷。電動(dòng)液壓逃生井蓋做為發(fā)生火災(zāi)等事故情況下逃生出口，屬于消防設(shè)備，應(yīng)列為二級(jí)負(fù)荷。其他用電設(shè)備列為三級(jí)負(fù)荷，如表1所示。

表1 牛寨山路綜合管廊負(fù)荷表

1.3 供電要求

圖1 單母線分段系統(tǒng)圖

根據(jù)《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》(GB50838-2015)7.3.2條規(guī)定，表1所列的二級(jí)負(fù)荷應(yīng)按《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50052-2009)規(guī)定的二級(jí)負(fù)荷進(jìn)行供電。根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50052-2009)3.0.7條“二級(jí)負(fù)荷的供電系統(tǒng)，宜由兩回線路供電。在負(fù)荷較小或地區(qū)供電條件困難時(shí)，二級(jí)負(fù)荷可由一回6kV及以上專(zhuān)用的架空線路供電?！蓖瑫r(shí)，根據(jù)該條款的條文解釋可知，負(fù)荷較小或地區(qū)供電條件困難，允許采用一回6kV及以上的專(zhuān)用架空線路供電，是考慮到架空線路修復(fù)方便。如果線路自變電所引出采用電纜線路時(shí)，則應(yīng)采用兩回線路供電。由于綜合管廊主要建設(shè)在城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)，一般情況下不允許采用架空線路，而應(yīng)采用電纜線路。因此，為綜合管廊二級(jí)負(fù)荷供電的線路一般應(yīng)采用兩回電纜線路。另外，根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》[3]，二級(jí)負(fù)荷對(duì)供電電源的要求規(guī)定，除采用兩回線路外變壓器也應(yīng)采用兩臺(tái)。若采用兩回10kV線路一臺(tái)變壓器的供電方式，當(dāng)變壓器故障時(shí)，將造成管廊內(nèi)二級(jí)負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間停電，不利于管廊穩(wěn)定運(yùn)行。綜上分析，給牛寨山路綜合管廊二級(jí)負(fù)荷供電系統(tǒng)應(yīng)采用雙回10kV電纜線路和兩臺(tái)變壓器供電方式。

2 供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 中壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

雙回10kV線路供電時(shí)，可采用以下兩種接線形式：

(1)單母線分段，兩段母線分列運(yùn)行，兩回線路同時(shí)供電，互為備用。

(2)單母線不分段，兩回線路一路供電，一路(熱)備用。

由于綜合管廊屬于帶狀結(jié)構(gòu)，負(fù)荷成線性分布，相應(yīng)的分變電所應(yīng)沿管廊沿線布置，因此分變電所變壓器與10kV中壓饋電干線宜采用樹(shù)干式接線方式。

當(dāng)采用單母線分段時(shí)，可采用圖1的系統(tǒng)接線。

正常運(yùn)行時(shí)，兩路10kV線路同時(shí)供電，母聯(lián)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，兩回線路各帶一半負(fù)荷，當(dāng)其中一路電源失電時(shí)，母聯(lián)開(kāi)關(guān)閉合，由另一路10kV線路負(fù)責(zé)全部負(fù)荷的供電。兩個(gè)進(jìn)線斷路器與母聯(lián)斷路器應(yīng)設(shè)置電氣聯(lián)鎖，3個(gè)斷路器只能同時(shí)合閘2個(gè)。從兩段母線各引一回10kV線路給相同段的綜合管廊供電，每隔0.8km～1.2km(考慮到供電壓降，低壓供電距離不宜過(guò)長(zhǎng))分別設(shè)置1臺(tái)變壓器，序號(hào)相同的變壓器A與B(如1#變A與1#變B)及其低壓系統(tǒng)組成一個(gè)分變電所，同時(shí)為管廊相同的區(qū)段供電。每回10kV線路T接的變壓器數(shù)量不應(yīng)超過(guò)5臺(tái)。

采用單母線不分段時(shí)，可采用圖2系統(tǒng)接線。

圖2 單母線不分段系統(tǒng)圖

正常運(yùn)行時(shí)，兩路10kV線路一用一(熱)備，每一路進(jìn)線可承擔(dān)100%負(fù)荷。當(dāng)一路發(fā)生故障時(shí)，由雙電源切換裝置切換至另一路供電，兩個(gè)進(jìn)線斷路器同時(shí)只能合閘一個(gè)。采用該接線方式時(shí)，出線回路數(shù)不應(yīng)超過(guò)6回。從母線引兩回10kV線路給相同段的綜合管廊供電，每隔0.8km～1.2km分別設(shè)置1臺(tái)變壓器，分變電所的設(shè)置及每回10kV線路T接的變壓器數(shù)量與前述單母線分段相同。

2.2 兩種中壓系統(tǒng)接線方案穩(wěn)定性分析及適用情況

采用系統(tǒng)圖1的單母線分段接線方案時(shí)，任一段母線故障仍可保證綜合管廊的供電，供電可靠性較高，同時(shí)10kV出線數(shù)量較多，適用于綜合管廊規(guī)模較大，成“十”字形、“井”字形分布的情況。采用系統(tǒng)圖2的單母線不分段接線方案，當(dāng)母線故障時(shí)，將導(dǎo)致為管廊供電的兩回10kV線路同時(shí)停電，因此，可靠性低于單母線分段接線。同時(shí)10kV出線不應(yīng)超過(guò)6回，較適用于綜合管廊規(guī)模一般，成“一”字形、“T”字形分布的情況。牛寨山路綜合管廊長(zhǎng)1.724km，規(guī)模不大，呈“一”字形分布，可采用圖2系統(tǒng)接線方式。

2.3 低壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3.1低壓系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

綜合管廊低壓供電系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)綜合管廊內(nèi)的負(fù)荷情況及運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)。

由于綜合管廊內(nèi)部空間較為狹小，采用PE線與N線分開(kāi)的TN-S系統(tǒng)，有利于減少對(duì)人員的間接電擊危害，因此，綜合管廊一般采用TN-S系統(tǒng)接地型式。綜合管廊的接地網(wǎng)應(yīng)采用環(huán)形接地網(wǎng)，接地電阻不應(yīng)大于1歐，同時(shí)宜與監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)的功能接地、雷電防護(hù)接地共用接地網(wǎng)。

以牛寨山路綜合管廊為例，存在如表1所示二級(jí)負(fù)荷和三級(jí)負(fù)荷，根據(jù)《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》(GB50838-2015)，綜合管廊應(yīng)以防火分區(qū)作為配電區(qū)間，因此，應(yīng)在每個(gè)防火區(qū)段的配電間設(shè)置1臺(tái)二級(jí)負(fù)荷配電箱和1臺(tái)三級(jí)防負(fù)荷配電箱，分別為本區(qū)間的二級(jí)負(fù)荷和三級(jí)負(fù)荷供電。二級(jí)負(fù)荷配電箱，由2臺(tái)變壓器的二級(jí)負(fù)荷總配電柜各引一回路，經(jīng)ATS雙電源切換裝置進(jìn)行供電，三級(jí)負(fù)荷配電箱，由2臺(tái)變壓器中任一臺(tái)變壓器的三級(jí)負(fù)荷總配電柜引一回路進(jìn)行供電。低壓配電系統(tǒng)接線如圖3所示。

圖3 低壓配電系統(tǒng)圖

為保證末端設(shè)備供電電壓，每個(gè)分變電所供電的配電區(qū)間宜4～6個(gè)，由分變電所從中間往兩側(cè)供電，每側(cè)各供2～3個(gè)配電區(qū)間(每個(gè)配電區(qū)間約200m)。

當(dāng)管廊規(guī)模較小，并且從公共電網(wǎng)取得低壓電源容易的情況下，可直接從公共電網(wǎng)引接兩回0.4kV低壓線路進(jìn)行供電(兩回0.4kV低壓線路須分別引自由兩回10kV線路分別供電的變壓器母線)，采用圖4配電系統(tǒng)接線方式。

圖4 從公共電網(wǎng)引接兩回0.4kV低壓線路的配電系統(tǒng)圖

主接線采用單母線分段，兩路進(jìn)線同時(shí)供電，各帶50%負(fù)荷，兩個(gè)低壓進(jìn)線斷路器和母聯(lián)斷路器應(yīng)設(shè)置電氣連鎖，3個(gè)斷路器同時(shí)只能合2個(gè)。

2.3.2防火分區(qū)配電單元系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1)二級(jí)負(fù)荷配電箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

二級(jí)負(fù)荷配電箱分別從2臺(tái)二級(jí)負(fù)荷總配電柜(分別由2臺(tái)變壓器供電)或2段低壓母線，各引一回低壓線路，通過(guò)ATS雙電源切換裝置進(jìn)行供電。

綜合管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)中的環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控、安全防范、專(zhuān)用通信系統(tǒng)主要由進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理的電子設(shè)備構(gòu)成，對(duì)電源穩(wěn)定性、連續(xù)性要求較高，應(yīng)采用不間斷電源裝置進(jìn)行供電。因此，應(yīng)由二級(jí)負(fù)荷配電箱先供電給UPS，再由UPS給以上系統(tǒng)供電。

根據(jù)《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50116-2013)，監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)中的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置交流電源和蓄電池備用電源，交流電源應(yīng)采用消防電源，備用電源可采用火災(zāi)報(bào)警控制器自帶的直流備用電源[4]。因此，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)由二級(jí)(消防)負(fù)荷配電箱供電，同時(shí)火災(zāi)報(bào)警控制器需自帶直流備用電源。

由于管廊內(nèi)空間較為狹小，環(huán)境潮濕，同時(shí)，因應(yīng)急照明回路不可裝設(shè)剩余電流保護(hù)電器，為保障人員安全，應(yīng)急照明燈具應(yīng)采用24V安全電壓進(jìn)行供電，因此應(yīng)急照明回路電源需先進(jìn)行降壓。

文中以牛寨山路綜合管廊負(fù)荷為例，二級(jí)負(fù)荷配電箱系統(tǒng)圖如圖5所示。

圖5 二級(jí)負(fù)荷配電箱系統(tǒng)圖

(2)三級(jí)負(fù)荷配電箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

三級(jí)負(fù)荷配電箱從2臺(tái)三級(jí)負(fù)荷總配電柜中的任1臺(tái)或2段低壓母線的任1段，引接一回低壓線路進(jìn)行供電。

由于管廊內(nèi)空間狹小，環(huán)境潮濕，因此，管廊內(nèi)的一般照明回路，應(yīng)采用帶剩余電流動(dòng)作保護(hù)的開(kāi)關(guān)[5]。檢修插座回路需連接移動(dòng)電氣設(shè)備，因此，也應(yīng)采用帶剩余電流動(dòng)作保護(hù)的開(kāi)關(guān)，以保障人員安全。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，應(yīng)能聯(lián)動(dòng)斷開(kāi)三級(jí)負(fù)荷(非消防負(fù)荷)配電箱的進(jìn)線開(kāi)關(guān)。因此，進(jìn)線開(kāi)關(guān)應(yīng)具有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警聯(lián)動(dòng)控制功能。

以牛寨山路綜合管廊負(fù)荷為例，三級(jí)負(fù)荷配電箱系統(tǒng)圖如圖6所示。

圖6 三級(jí)負(fù)荷配電箱系統(tǒng)圖

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)牛寨山路綜合管廊的負(fù)荷情況和供電要求進(jìn)行分析，提出具有類(lèi)似負(fù)荷情況的綜合管廊，在規(guī)模、布局、取得電源容易程度不同情況下的中壓和低壓供電系統(tǒng)接線方案，同時(shí)對(duì)所提出的兩種中壓供電系統(tǒng)方案的可靠性及防火分區(qū)配電單元的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，以供同行討論。

參考文獻(xiàn)

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[4] GB50116-2013 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)電力出版社，2013.

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