市政隧道工程中供配電系統(tǒng)特點及電氣設計

齊航、楊秦飛

（鄭州工商學院，河南鄭州451400）

0 引言

隨著社會經濟的快速發(fā)展，我國交通建設事業(yè)也取得較大的進步。在以往的交通建設中，一些特殊區(qū)域如山地、溝壑等地形，無法直接修建公路，需要長距離繞行，造成很大的不便。而通過市政隧道工程的建設，能夠一定程度縮短通行距離。在市政隧道工程中，供配電系統(tǒng)的作用十分重要，對于隧道運行的安全性也有很大的影響。由于市政隧道工程中供配電系統(tǒng)更為復雜、特殊，所以必須做好科學的電氣設計，以確保安全性。

1 市政隧道工程中供配電系統(tǒng)的基本概述

當前市政隧道工程中主要使用10kV 左右的供配電變電站，能對隧道供電需求加以滿足。不過，由于容易受到各類因素的干擾，導致供配電系統(tǒng)可能發(fā)生電壓不穩(wěn)的問題。例如，白天設備運行數量多，電壓相對較低，而晚間設備運行數量減少，電壓就會升高。由于長時間電壓不穩(wěn)定，隧道內照明燈等設備也容易出現問題。例如在電壓較低的情況下，容易引起觸發(fā)器誤操作；在低電壓較高的情況下，能源損耗會有所增加[1]。因此無論電壓過高或過低，對于隧道內部用電設備都有不利影響，對其正常運轉及使用壽命都會造成影響。因此，在市政隧道工程中，供配電系統(tǒng)非常重要，應當對其進行合理的優(yōu)化設計，使電力系統(tǒng)運行質量得到提升。不過，隧道工程中的供配電系統(tǒng)相對復雜，對于具體的設計有著較高的要求，其自身也具有很多明顯的特點。

2 市政隧道工程中供配電系統(tǒng)的主要特點

市政隧道工程中的供配電系統(tǒng)，不同于其他普通的供配電系統(tǒng)，具有一些獨特的特點。例如，其對安全性、可靠性有著更高的要求。作為市政隧道中的重要組成部分，供配電系統(tǒng)必須保證更高的安全性，一旦發(fā)生故障問題，由于隧道內部空間狹小、過于封閉，在引發(fā)火災的情況下，將會對設備和人員造成更大的威脅。所以必須重視火災預防工作，保證供配電系統(tǒng)符合相關的技術及安全標準，最大限度減少故障發(fā)生[2]。另外，市政隧道工程通常規(guī)模較大、長度較長，施工過程中也需要使用很多電力設備?；诖嗽诰唧w設計當中，要考慮到工程項目實際需求，確保設備選擇合適。同時，要開展好電力設備質量檢測工作，不要應用不合格的設備，造成供配電系統(tǒng)安全受到影響。在市政隧道工程供配電系統(tǒng)設計中，對于系統(tǒng)實際應用需求必須充分考慮，將相關的配套設施加以完善，保證項目整體協(xié)調發(fā)展，確保供配電系統(tǒng)的安全運行。

3 市政隧道工程中供配電系統(tǒng)的電氣設計

3.1 變壓器容量設計

在市政隧道工程中，供配電系統(tǒng)應用的用電設備數量較多，其中變壓器十分重要。在具體設計當中，應當嚴格控制變壓器的實際容量，進而為供配電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、安全性提供保障。需要根據工程實際情況，合理選擇變壓器容量設計。例如，可以參考隧道變電所的總負荷參數水平，對變壓器合理容量標準進行設計。利用兩臺相同容量的變壓器，對總負荷進行平攤，這樣能夠確保在一臺變壓器出現故障的情況下，另一臺變壓器仍能夠正常運行，承擔相應的負荷，避免對供電穩(wěn)定性造成影響[3]。

3.2 電源末端切換設計

在市政隧道工程的供配電系統(tǒng)建設中，需要考慮到防火方面的需求。其最基本要求是火災隱患的及時發(fā)現，并在最短時間內撲滅。其中火災報警系統(tǒng)、消防設施系統(tǒng)的設計最為重要。具體的電氣設計中，使用雙電源末端切換的方式，能使防火系統(tǒng)運行安全性得到確保。在相關的設計規(guī)范上，盡管沒有做出具體規(guī)定，不過考慮到實際情況仍然應當采取該項設計措施。雖然這種設計方式也有一定的弊端，例如會促使低壓柜回路，電纜使用數量增多，供電面積提升，工程成本升高，且由于隧道內部環(huán)境比較特殊，末端切換箱容易發(fā)生腐蝕損壞，使用功能降低的問題[4]。但是應用該設計方式后，如果某一路電纜出現故障，仍然能有備用的電纜持續(xù)維持供電，使供電的穩(wěn)定性得到保障。在實際建設當中，市政隧道工程都采用并列鋪設電纜的模式，如果某條電纜出現機械破壞，其他部分也可能受到影響。而在每條電纜上安裝短路保護裝置，就能有效減少過流損壞的問題。另外，還可采取鎧裝電纜的方式，能夠預防老鼠等災害。

3.3 供電線路改造設計

在市政隧道當中，一般電纜是在隧道的位置上懸掛布設，與隧道一側緊貼，因此比較容易發(fā)生腐蝕的情況。部分電纜布設位置相對較高，還有些電纜需要穿越墻體，相應的防腐措施可能不及時、不到位，存在防腐操作的盲區(qū)，因此導致很多工程中電纜防腐措施的實效性低于70%。針對此類情況，在供電線路改造設計中，可以選擇使用MYJV22-6、10 型交聯聚乙烯內鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套電纜。此類電纜對于腐蝕問題能夠有效解決，減少和預防電纜鋼絲受到腐蝕的情況。另外，還能夠隨時對腐蝕狀態(tài)進行檢查，為相關工作的開展提供便利[5]。

3.4 變壓器保護裝置設計

市政隧道工程中的供配電系統(tǒng)中，為確保電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，就需要使用相應的保護裝置。在變壓器運行中，一般以斷路器作為變壓器保護裝置，而較少使用負荷開關和熔斷器相結合的方式。不過相關研究顯示，負荷開關加熔斷器的方式具有更大優(yōu)勢，在市政隧道工程中實用性也更強。主要是因為在實際用電當中，經常會發(fā)生利用開關切換負荷的情況，但較少出現短路保護發(fā)生的情況。所以，在變壓器保護裝置設計中，使用負荷開關加熔斷器的模式，利用負荷開關對負荷切換加以控制，同時通過斷路器實現斷路保護。限流熔斷器的保護動作可在10ms 內完成，應用效果及發(fā)展前景都比較理想[6]。在某些城市中對此也做出相關的規(guī)定，如規(guī)定單臺變壓器最大容量不超過1600kVA 的情況下，應使用負荷開關加熔斷器的方式作為保護措施。如果單臺變壓器容量超過1600kVA，則可以使用斷路器提供保護。在公路隧道中，保護方案的設計應當考慮到具體規(guī)范及實際情況。以10kV 供電系統(tǒng)設計規(guī)范的要求為準，如果配電變壓器容量在500kVA 以下，應使用高壓熔斷器提供保護；如果配電變壓器容量在500kVA 以上，應使用高壓斷路器提供保護。

3.5 電纜連接器改造設計

在市政隧道中，很多供電線路故障的發(fā)生，都與其在隧道內受到擠壓或剮蹭有關。而在實際運行當中，由于連接器密封不合格，可能發(fā)生滲漏的情況。另外，過去應用電纜連接線的連接工藝相對復雜，連接器自身體積比較大，因而在市政隧道工程內安裝難度較大，容易受到擠壓而發(fā)生損壞。對此，可以設計使用高壓連接器，能夠較大程度上簡化連接工藝，并且縮小整體體積更節(jié)省空間。通過對電纜連接器的改造設計，減少連接器故障引發(fā)的高壓停電問題，使供配電系統(tǒng)運行穩(wěn)定性更高。

3.6 低壓斷路器失壓脫扣器設計

市政隧道工程中的供電安全非常重要，在供配電系統(tǒng)設計當中，可以應用低壓斷路器失壓脫扣器的附件。這樣一來如果出現異常情況，能夠將一些相對不重要的負荷減去，降低整體供電壓力，進而維持重要負荷的穩(wěn)定供電。但在失壓脫扣器附件的具體應用當中，尚未形成完全自動化的狀態(tài)，仍有部分環(huán)節(jié)需要依靠人工操作，應用比較煩瑣[7]。另外，失壓脫扣器的運行狀態(tài)為長期帶電運行，會造成電能的浪費，還會發(fā)出較大的噪音。此外，失壓脫扣器對隧道環(huán)境還有很高的要求，如果電網電壓升高或隧道環(huán)境比較潮濕，都可能造成失壓脫扣器燒壞的情況。因此，在具體設計中，可以將重要負荷與非重要負荷分別在不同母線上搭載。這樣如果突然發(fā)生失電的情況，可以將非重要負荷母線總進線斷路器跳開，改由應急電源負責重要負荷的供電。

4 結語

市政隧道工程是城市交通建設發(fā)展中的一個重要部分，對于改善交通狀況、提高交通運行效率都有重要的價值。供配電系統(tǒng)是市政隧道工程中的重要部分，其與普通的供配電系統(tǒng)相比，具有相對獨特的特點。由于隧道內部情況更為復雜，因此對供配電系統(tǒng)應開展更為科學的電氣設計，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運行，避免發(fā)生安全事故。