市政隧道工程中供配電系統(tǒng)特點及電氣設(shè)計探討

陳剛

（中國市政工程西南設(shè)計研究總院有限公司）

1 引言

對市政隧道工程來說，供配電系統(tǒng)是整個工程后期使用和安全防范不可或缺的部分。在具體設(shè)計和建設(shè)中，各類安全設(shè)施的供電均需高可靠性的設(shè)計和嚴(yán)格、規(guī)范的施工質(zhì)量，因此，隧道工程中供配電系統(tǒng)對工程建造的意義重大。

2 市政隧道工程供配電系統(tǒng)的特點

2.1 較高的供電可靠性

在市政隧道工程中，供配電系統(tǒng)與其他工程不同，較為復(fù)雜，需要保證供電系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性及安全性。如果在運行過程中出現(xiàn)問題，對人們的生命安全和公共財產(chǎn)都會造成較大損失。市政隧道工程為城市重要密集性交通通道設(shè)施，根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，部分配電系統(tǒng)需按一、二級負荷進行設(shè)計。除了采用2路不應(yīng)同時受到損壞的雙重電源供電外，還可以設(shè)置其他電源作為備用，比如柴油發(fā)電機組、直流蓄電池組等，以此來保證供電過程的可靠性[1]。

2.2 系統(tǒng)運行設(shè)備多

市政隧道工程多數(shù)為規(guī)模大、環(huán)境復(fù)雜的建設(shè)，在實際設(shè)計過程中所涵蓋的設(shè)備較多、系統(tǒng)較復(fù)雜，例如各類通風(fēng)、消防、排水、交安設(shè)施、照明設(shè)施等。

2.3 嚴(yán)格的質(zhì)量控制

由于各類設(shè)備和系統(tǒng)多，運行環(huán)境的苛刻，出現(xiàn)安全隱患的幾率相應(yīng)增加，因此，整個供配電系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)備選型時需選用性能穩(wěn)定、可靠性高、耐用性強及環(huán)境適應(yīng)性強的設(shè)備。以此來增強系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性的，降低設(shè)備在后期運行過程中出現(xiàn)問題的概率，確保滿足隧道工程的實際需求。

3 市政隧道工程供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計

3.1 主供電源和備用電源的選擇

為保證供電系統(tǒng)的高可靠性，在系統(tǒng)外部主供電源的選擇時，應(yīng)盡可能選擇2路引自上級不同區(qū)域變電站的10kV電源作為主供電源，以保證2路電源不會同時受到損壞；同時，根據(jù)工程實際和投資，可選擇備用柴油發(fā)電機作為備用電源[2]。

3.2 合理設(shè)計系統(tǒng)的形式

根據(jù)工程規(guī)模、負荷容量及設(shè)備，合理選擇供配電系統(tǒng)的形式，如雙變壓器+單母線分段+備用柴油發(fā)電機系統(tǒng)等。涉及安全系統(tǒng)的供電設(shè)計，如消防系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)及交通安全系統(tǒng)的供電設(shè)計，設(shè)計時應(yīng)充分考慮其可靠性高及安全性，在系統(tǒng)回路供電時采用雙回路供電，并在系統(tǒng)末端設(shè)置雙電源自動切換裝置，保證系統(tǒng)的供電可靠性。同時，在合理的供電半徑、線路壓降損失范圍和線路保護靈敏度滿足規(guī)范要求的前提下，采用放射式線路直供模式，減少系統(tǒng)配電級數(shù)，降低系統(tǒng)故障因素，提高可靠性。

3.3 合理設(shè)置應(yīng)急電源

隧道工程需防患于未然，在突發(fā)情況來臨時有足夠的應(yīng)急電源應(yīng)對，避免消防方面、應(yīng)急照明、交安設(shè)施等設(shè)備在突發(fā)情況時無法使用。常用的應(yīng)急電源主要有柴油發(fā)電機組、EPS應(yīng)急電源、在線式UPS系統(tǒng)以及自帶蓄電池的應(yīng)急照明燈具等。根據(jù)不同系統(tǒng)不同負載的類型，合理選擇備用電源[3]。如應(yīng)急照明系統(tǒng)可選用集中式EPS應(yīng)急電源供電；主要消防泵類、風(fēng)機類可選用柴油發(fā)電機作為備用電源；交安設(shè)施及管理用房內(nèi)的各類電子通信設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等可采用在線式浮充電的UPS供電。

3.4 合理設(shè)置變壓器的臺數(shù)及容量

市政隧道工程的規(guī)模、長短不同，總負荷計算也不盡相同。根據(jù)各類負荷的計算，合理選擇變壓器容量和變壓器臺數(shù)，對系統(tǒng)供電可靠性及穩(wěn)定性至關(guān)重要。如變壓器容量選取的負荷計算應(yīng)分常規(guī)負荷、一級負荷、二級負荷，其中消防負荷不計入常規(guī)負荷計算中，但消防負荷及其他一二級負荷應(yīng)作為變壓器選擇的重要依據(jù)和要求。在進行相關(guān)負荷計算后，綜合考慮變壓器的經(jīng)濟負載率等因素，合理選擇變壓器的數(shù)量和容量。

3.5 系統(tǒng)中的各類保護設(shè)計

對整個供配電系統(tǒng)來說，各類保護裝置必不可少，完備的保護裝置能夠確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。對核心變配電系統(tǒng)，10kV系統(tǒng)合理設(shè)置機電保護裝置，選擇真空短路或負荷開關(guān)與熔斷器組合的保護模式；合理選擇低壓系統(tǒng)，如TN-S、TN-C-S等。設(shè)計時需根據(jù)負載性質(zhì)和重要性的不同，合理配置和選擇該配電回路的保護性元器件及元器件的特性。同時在系統(tǒng)設(shè)計時，充分實現(xiàn)遠程化、無人化及自動化的要求，為后期系統(tǒng)智能化預(yù)留相關(guān)接口及信號接點[4]。

3.6 設(shè)計供電線路

在之前的市政隧道工程電氣線路敷設(shè)中，各類強電線纜的敷設(shè)采用緊貼隧道一側(cè)懸掛在隧道壁上，處于較高位置的電纜或者穿過墻體的電纜，由于防腐措施、保護不到位，導(dǎo)致線路損壞或短路，也有因剮蹭、擠壓等問題造成的供電線路故障。在現(xiàn)有工程設(shè)計中，一方面可采用電纜保護套加強防腐保護，在電纜搭接處做好防腐保護，同時盡量將線路設(shè)計在利于防腐檢查的地方，降低施工人員檢查設(shè)備的難度；另一方面考慮交通運輸問題，結(jié)合實際情況，確定適宜的線路鋪設(shè)方案，避免線路在隧道運行過程中的損害。

4 市政隧道工程中供配電案例分析

4.1 仁新高速公路青云山市政隧道供電方案

青云口隧道全長約6km，覆蓋韶關(guān)市和河源市兩個城市，隧道內(nèi)耗電量大，若停電，會產(chǎn)生嚴(yán)重后果和經(jīng)濟損失。如果供配電電源線發(fā)生故障，應(yīng)該適時連接其他電源線。該項目屬于京云山隧道段隧道群，遠離周邊能源資源，為優(yōu)化資源利用，應(yīng)先建35kV變電站，建成后，將建設(shè)慶云山隧道、李東隧道和平山隧道，除了周邊站點的臨時供電用能負荷和工程竣工后的永久用能負荷外，還節(jié)約了能源。

4.2 設(shè)計圖解及優(yōu)化過程

青云山隧道入口在韶關(guān)市文源縣，隧道出口在河源市連平縣。在初步設(shè)計中，該市的電力公司建議不要使用跨區(qū)域電力供應(yīng)，青云山隧道位于深山上，超出了周圍10kV電力線的范圍。因此，在京云山隧道山下端建設(shè)一座35kV變電站，電力來自天心110kV翁源變電站，坪山、立東隧道10kV電力來自新建變電站，35kV變電站、110kV連平變電站、井頭隧道、石子旗隧道、東新隧道、龍街停車場由新建變電站10kV供電。評估專家一致認(rèn)為，這兩個新建的35kV變電站連接成本高且昂貴，應(yīng)該在下一個設(shè)計階段優(yōu)化生產(chǎn)線的設(shè)計?？梢越Y(jié)合道路的整個建設(shè)周期，適當(dāng)考慮建設(shè)能力和持續(xù)運營能力的結(jié)合。針對專家對項目預(yù)評估的建議，培訓(xùn)部組織了能源規(guī)劃單位，在建筑圖紙設(shè)計階段，與大關(guān)電力辦和仁品電力辦進行聯(lián)絡(luò)協(xié)調(diào)，開展遠程協(xié)助和現(xiàn)場勘察，并得出結(jié)論。

4.3 方案分析

隧道能源概念一直是技術(shù)規(guī)劃的核心，電路的選擇還必須從設(shè)計的復(fù)雜性、電源的可靠性、設(shè)計的成本和負載能力四個方面來考慮。初步供電規(guī)劃預(yù)計：為給京云山隧道等供電點供電，將在韶光和河源建設(shè)兩座變電站，各建10kV線路。這種供電方式的優(yōu)點是供電可靠，但施工復(fù)雜，造價高，兩市之間工程復(fù)雜，存在一些安全隱患。但是工程能夠有效解決市政隧道工程的供配電問題，提高隧道運行的安全性。

5 結(jié)語

綜上所述，市政隧道工程中的供配電系統(tǒng)是隧道運行安全穩(wěn)定的重要保證，也是基本前提，在面對突發(fā)緊急情況時起到至關(guān)重要的作用。在對市政隧道工程供配電系統(tǒng)的設(shè)計過程中，必須要重視建設(shè)的安全性、可靠性及穩(wěn)定性。確保使用設(shè)備的穩(wěn)定性，結(jié)合經(jīng)濟實用等方面綜合考量。此外，設(shè)計過程中還要加入新技術(shù)與改進方案，提高供配電系統(tǒng)的實用性，促進市政隧道工程供配電系統(tǒng)設(shè)計的與時俱進。