市政隧道工程中供配電系統(tǒng)特點及電氣設(shè)計

【摘要】市政隧道工程作為城市交通網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點，其重要性和價值日益凸顯。文中通過系統(tǒng)剖析其設(shè)計特點與電氣設(shè)計要點，探討了如何構(gòu)建高效、穩(wěn)定、安全的供配電體系。研究認(rèn)為，這一體系不僅能夠有效應(yīng)對隧道內(nèi)復(fù)雜多變的運行環(huán)境，還能在緊急情況下迅速響應(yīng)，確保隧道運營的連續(xù)性與安全性。

【關(guān)鍵詞】市政隧道工程；供配電系統(tǒng)特點；電氣設(shè)計

【中圖分類號】TU994 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）10-0075-03

0 引言

隧道作為連接城市不同區(qū)域的快捷通道，不僅能有效緩解城市交通壓力，還能提升城市的整體形象。然而隧道工程的特殊性和復(fù)雜性也對其安全性和可靠性提出了更高要求。因此，深入研究市政隧道工程中供配電系統(tǒng)的特點與設(shè)計要點，對于確保隧道工程的穩(wěn)定運行和保障市民的出行安全具有重要意義。

1 供配電系統(tǒng)的特點

1.1 多電源供電

市政隧道工程中，多電源供電意味著隧道工程將配備多個獨立的電力來源。這些電源可以是地面變電站、隧道頂部，或是其他合適位置的分布式電源。這種設(shè)計能夠極大地提高電力供應(yīng)的冗余性和可靠性。一旦某個電源出現(xiàn)故障或電力中斷，其他電源可以迅速接管，確保隧道內(nèi)的電力供應(yīng)不受影響。地面變電站作為主要的電力來源，通常具備較高的供電能力和穩(wěn)定性。它們通過地下電纜將電力輸送到隧道內(nèi)部，為隧道內(nèi)的各種設(shè)備提供電力支持。分布式電源可以根據(jù)隧道的具體情況和需求進(jìn)行設(shè)置，例如隧道頂部的太陽能電池板、風(fēng)力發(fā)電機等可再生能源設(shè)備，或是隧道內(nèi)的備用發(fā)電機組，這些分布式電源可以作為地面變電站的補充，為隧道提供額外的電力支持[1]。多電源供電的設(shè)計不僅提高了電力供應(yīng)的可靠性，還使得隧道工程在緊急情況下具備更強的應(yīng)對能力。例如，在自然災(zāi)害或事故發(fā)生時，地面變電站可能受到破壞或電力中斷，此時分布式電源可以迅速啟動，為隧道內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備提供電力支持，確保隧道內(nèi)的交通和人員安全。

1.2 高速移動中的電力需求

市政隧道工程中，由于交通流量大且車輛通常需要在特定的時間段內(nèi)以較高的速度運行，因此供配電系統(tǒng)必須能夠穩(wěn)定、高效地滿足這種高速移動環(huán)境下的電力需求。首先，為了滿足高速移動車輛的電力需求，供配電系統(tǒng)需要具有高度的可靠性和穩(wěn)定性。這意味著系統(tǒng)必須能夠持續(xù)、穩(wěn)定地提供電力，不受車輛高速移動帶來的震動和沖擊影響。為此，系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備和組件，如變壓器、開關(guān)柜、電纜等，都需要采用高質(zhì)量、高可靠性的產(chǎn)品，并經(jīng)過嚴(yán)格的測試和驗證。其次，供配電系統(tǒng)還需要具備快速響應(yīng)和故障恢復(fù)的能力。在高速移動環(huán)境下，任何電力中斷或故障都可能對交通造成嚴(yán)重影響。因此，系統(tǒng)需要能夠迅速檢測到故障并自動切換到備用電源，一旦故障被排除，系統(tǒng)能夠迅速恢復(fù)正常運行。最后，為了滿足高速移動車輛的電力需求，供配電系統(tǒng)還需要考慮節(jié)能和環(huán)保的因素。在設(shè)計和選型時，應(yīng)優(yōu)先選擇高效節(jié)能的電氣設(shè)備和材料，以降低系統(tǒng)的能耗和運行成本。

1.3 空間狹窄

市政隧道工程由于其特殊的地理位置和設(shè)計要求，空間相對狹窄。在這樣的環(huán)境下，供配電系統(tǒng)的設(shè)計需要充分考慮空間的限制，實現(xiàn)小型化、集成化的目標(biāo)[2]。首先，供配電系統(tǒng)的小型化設(shè)計能夠最大程度地減少設(shè)備所占用的空間，使隧道內(nèi)空間得到更合理的利用。例如，選擇體積較小、功能齊全的電氣設(shè)備，如緊湊型變壓器、集成式開關(guān)柜等，能夠有效降低系統(tǒng)對空間的需求。其次，集成化設(shè)計是另一個關(guān)鍵方面。通過將多個功能集成到一個設(shè)備或系統(tǒng)中，可以減少設(shè)備數(shù)量，進(jìn)一步節(jié)省空間。例如，采用綜合自動化控制系統(tǒng)，將監(jiān)控、控制、保護等功能集成在一起，實現(xiàn)對供配電系統(tǒng)的集中管理和控制。這不僅能夠提高系統(tǒng)的運行效率，還能夠降低維護成本。再次，在供配電系統(tǒng)布線設(shè)計上，也需要充分考慮空間限制。采用合理的布線方案，如采用扁平電纜、預(yù)制式電纜橋架等，能夠減少電纜所占空間，并提高布線的靈活性和可維護性。最后，為了滿足隧道內(nèi)特殊的環(huán)境要求，供配電系統(tǒng)還需要具備防水、防塵、防腐蝕等特性。這些特性能夠確保供配電系統(tǒng)在狹窄且潮濕的隧道環(huán)境中穩(wěn)定運行，并且延長設(shè)備的使用壽命。

1.4 高安全性

首先，供配電系統(tǒng)在設(shè)計時就必須充分考慮安全性。從設(shè)備選型到系統(tǒng)布局，都需要遵循嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)。例如，選擇具有防爆、防水、防塵等特性的電氣設(shè)備，以確保在隧道內(nèi)特殊環(huán)境下仍能可靠運行。同時，系統(tǒng)布局應(yīng)合理，避免設(shè)備過于集中或電纜鋪設(shè)過于復(fù)雜，以減少安全隱患。其次，供配電系統(tǒng)還需要具備完善的安全保護措施。包括過流、過壓、欠壓、接地等保護功能，以及火災(zāi)自動報警和滅火系統(tǒng)。一旦系統(tǒng)檢測到異常情況，這些保護措施能夠迅速啟動，將故障隔離或消除在萌芽狀態(tài)，從而避免安全事故的發(fā)生。

2 供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計

2.1 供電方案的選擇

市政隧道工程中，供電方案的合理與否直接影響到隧道工程的運行效率和安全性。在選擇供電方案時，需要綜合考慮工程的具體情況、環(huán)境條件、經(jīng)濟性以及技術(shù)可行性等多方面因素。首先，市電供電是最常見的供電方案之一。市電供電穩(wěn)定可靠，能夠滿足隧道工程日常運行的電力需求。同時，市電供電的成本相對較低，是一個較為理想的選擇。其次，發(fā)電機組供電是另一種常見的供電方案。發(fā)電機組可以在市電供電中斷時提供應(yīng)急電力支持，確保隧道工程的正常運行。發(fā)電機組供電具有較高的靈活性和自主性，可以根據(jù)實際需求調(diào)整電力輸出。最后，隨著可再生能源技術(shù)的不斷發(fā)展，太陽能供電也逐漸成為市政隧道工程供電方案的一種選擇。太陽能供電具有清潔環(huán)保、可持續(xù)性強等優(yōu)點，符合當(dāng)前綠色發(fā)展理念。

在選擇供電方案時，還需要考慮隧道工程的具體需求和特點。例如，隧道長度、交通流量、設(shè)備負(fù)荷等因素都會對供電方案的選擇產(chǎn)生影響。因此，在選擇供電方案時，需要全面調(diào)研和分析，綜合考慮各種因素，選擇最適合的供電方案[3]。同時，還需要根據(jù)工程實際情況，制定詳細(xì)的供電方案設(shè)計和實施方案，確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。

2.2 電氣設(shè)備的選型

為確保隧道工程的安全、高效運行，需根據(jù)工程的具體需求，選擇適合的電氣設(shè)備。首先，變壓器作為電氣系統(tǒng)的核心設(shè)備，其選型直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。在隧道工程中，應(yīng)優(yōu)先選擇高效節(jié)能的變壓器，這不僅可以降低能耗，還能減少熱量產(chǎn)生，提高系統(tǒng)的運行效率。同時，考慮到隧道空間的局限性，變壓器的尺寸和安裝方式也需要進(jìn)行精心選擇，以確保其能夠合理布置在有限的空間內(nèi)。其次，開關(guān)柜作為電氣系統(tǒng)的控制中樞，其選型同樣重要。開關(guān)柜應(yīng)具備可靠的控制和保護功能，能夠準(zhǔn)確、迅速地響應(yīng)系統(tǒng)的各種運行狀態(tài)。在隧道工程中，需選擇具有防爆、抗震等特殊要求的開關(guān)柜，以確保其在惡劣環(huán)境下仍能穩(wěn)定運行。此外，開關(guān)柜還應(yīng)具備較高的絕緣性能和防護等級，以防止電氣事故的發(fā)生。除了變壓器和開關(guān)柜外，隧道工程中還需要使用其他各種電氣設(shè)備，如電纜、電機、照明燈具等。這些設(shè)備的選型也應(yīng)根據(jù)工程具體需求進(jìn)行。例如，電纜應(yīng)選擇具有阻燃、耐火等性能的型號，以確保在火災(zāi)等緊急情況下能夠保持正常運行；電機應(yīng)選擇高效、低噪聲的型號，以減少對隧道環(huán)境的影響；照明燈具應(yīng)選擇亮度高、壽命長的LED燈具，以提高隧道內(nèi)的照明效果。

2.3 控制系統(tǒng)設(shè)計

為應(yīng)對隧道內(nèi)復(fù)雜的電力需求和運行環(huán)境，需要設(shè)計一套完備的控制系統(tǒng)，這套系統(tǒng)應(yīng)該具備自動監(jiān)控和智能控制的功能。首先，自動監(jiān)控系統(tǒng)是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心。通過安裝各類傳感器和監(jiān)測設(shè)備，系統(tǒng)能夠?qū)崟r獲取供配電系統(tǒng)的運行狀態(tài)信息，如電壓、電流、溫度、濕度等。并被傳輸?shù)街醒肟刂剖?，由專業(yè)監(jiān)控軟件進(jìn)行處理和分析。一旦檢測到異常情況，如設(shè)備故障、電力負(fù)荷過大等，系統(tǒng)將自動發(fā)出警報，并啟動相應(yīng)的應(yīng)急措施，以確保供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。其次，智能控制系統(tǒng)是提升系統(tǒng)可靠性和安全性的重要手段。通過引入先進(jìn)的控制算法和人工智能技術(shù)，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對供配電系統(tǒng)的智能控制和管理。例如，系統(tǒng)可以根據(jù)隧道內(nèi)的交通流量和電力負(fù)荷變化，自動調(diào)節(jié)電力輸出和分配，以實現(xiàn)能源的高效利用[4]。同時，智能控制系統(tǒng)還可以對電氣設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷，提高設(shè)備的維護效率和使用壽命。最后，控制系統(tǒng)設(shè)計還需要考慮與其他系統(tǒng)的集成和協(xié)同工作。例如，與隧道內(nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等進(jìn)行聯(lián)動，實現(xiàn)隧道環(huán)境的整體優(yōu)化。通過共享數(shù)據(jù)和資源，各系統(tǒng)可以相互協(xié)調(diào)，共同為隧道工程的正常運行提供支持。

2.4 防護措施的設(shè)計

在市政隧道工程中，電氣設(shè)備的防護措施設(shè)計是確保供配電系統(tǒng)在各種極端環(huán)境下能夠穩(wěn)定可靠運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于隧道工程環(huán)境的特殊性，如雷擊、潮濕、火災(zāi)等潛在風(fēng)險，必須采取針對性的防護措施以保障系統(tǒng)的安全運行。首先，防雷措施是保護供配電系統(tǒng)免受雷電侵害的重要手段。在隧道內(nèi)安裝避雷針、避雷帶等防雷設(shè)備，能夠有效避免雷電直接擊中電氣設(shè)備。同時，對電氣設(shè)備的接地系統(tǒng)進(jìn)行精心設(shè)計，確保接地電阻符合規(guī)范要求，以提高防雷效果。其次，防水措施也是不可忽視的一環(huán)。由于隧道內(nèi)可能存在滲漏、積水等情況，電氣設(shè)備必須具備良好的防水性能。在設(shè)計過程中，應(yīng)選擇防水等級較高的電氣設(shè)備，并在設(shè)備安裝和布線過程中采取防水措施，如設(shè)置防水槽、使用防水電纜等。

此外，對于關(guān)鍵設(shè)備和線路，還應(yīng)設(shè)置防水層或防水罩，以確保其在潮濕環(huán)境下的正常運行。防火措施同樣至關(guān)重要。隧道內(nèi)一旦發(fā)生火災(zāi)，將對供配電系統(tǒng)造成極大的威脅。因此，在電氣設(shè)計中必須充分考慮防火需求。首先，應(yīng)選擇阻燃性能良好的電氣設(shè)備和材料，以減少火災(zāi)發(fā)生的可能性。其次，在設(shè)備布局和線路設(shè)計時，應(yīng)合理設(shè)置防火隔離帶，防止火災(zāi)蔓延。此外，還應(yīng)安裝火災(zāi)自動報警系統(tǒng)和滅火設(shè)備，可以及時發(fā)現(xiàn)和撲滅火災(zāi)，確保供配電系統(tǒng)的安全。

2.5 應(yīng)急供電和照明設(shè)計

在市政隧道工程的供配電系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)急供電和照明設(shè)計不僅關(guān)乎隧道在緊急情況下的安全運行，同時也對隧道內(nèi)的交通流暢性和人員舒適度產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響[5]。

1）應(yīng)急供電設(shè)計是確保隧道在遭遇電力故障或自然災(zāi)害時能夠維持基本運行的關(guān)鍵。為此，需要設(shè)計一套獨立的應(yīng)急供電系統(tǒng)，以能在主電源失效后迅速啟動，為隧道內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備如通風(fēng)、排水、照明等提供持續(xù)的電力支持。應(yīng)急供電系統(tǒng)應(yīng)配備足夠的儲能設(shè)備，如電池組或發(fā)電機，以應(yīng)對長時間的電力中斷。此外，系統(tǒng)的自動切換功能也至關(guān)重要，它能確保在主電源與應(yīng)急電源之間的無縫切換，避免隧道內(nèi)出現(xiàn)電力中斷的空白期。

2）照明設(shè)計在隧道工程中同樣不可忽視。隧道內(nèi)的照明不僅影響駕駛者的視覺舒適度，還直接關(guān)系到行車安全。因此，照明設(shè)計需要充分考慮到節(jié)能和均勻照明的要求。照明燈具應(yīng)優(yōu)先采用高效節(jié)能的LED燈具，它們具有長壽命、低能耗等優(yōu)點，能夠顯著降低隧道照明的運行成本。同時，燈具布局也需要精心規(guī)劃，確保隧道內(nèi)各個區(qū)域的照度均勻，避免出現(xiàn)暗區(qū)或亮度過高的情況。

3）應(yīng)急照明設(shè)計也是隧道照明設(shè)計的重要組成部分。在緊急情況下，應(yīng)急照明系統(tǒng)需要迅速啟動，為隧道內(nèi)人員提供足夠的照明支持，幫助他們迅速疏散或進(jìn)行緊急救援。因此，應(yīng)急照明燈具應(yīng)設(shè)置在隧道內(nèi)的關(guān)鍵位置，如疏散通道、安全出口等，并配備獨立的電源系統(tǒng)，以確保在電力故障時仍能正常工作。

3 結(jié)語

綜上所述，市政隧道工程中供配電系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化對于保障隧道的安全和穩(wěn)定具有重要意義。通過深入分析供配電系統(tǒng)的特點和電氣設(shè)計要點，可以為相關(guān)工程提供有益的參考和借鑒。未來，隨著科技的不斷發(fā)展和城市交通的持續(xù)增長，市政隧道工程中供配電系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化將面臨更多的挑戰(zhàn)和機遇。因此，相關(guān)從業(yè)者需要不斷學(xué)習(xí)和探索新的技術(shù)和方法，以提高供配電系統(tǒng)的可靠性和安全性，為城市交通建設(shè)作出更大的貢獻(xiàn)。

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[作者簡介]孫鵬（1995—），男，遼寧本溪人，本科，助理工程師，研究方向：市政工程電氣設(shè)計。