綜合管廊供電系統方案設計探討
——以牛寨山路綜合管廊負荷情況為例

嚴錦堯

(福建省交通規劃設計院 福建福州 350004)

0 引言

綜合管廊是近年來我國城市基礎設施建設的主要內容之一。保證綜合管廊內照明、通風、排水、監控、報警、消防等設施的供電可靠性，是綜合管廊內管線穩定運行及日常維護的必要條件。本文以平潭綜合實驗區牛寨山路綜合管廊的負荷情況為例，通過負荷等級和供電要求的分析，提出具有類似負荷的綜合管廊，在規模、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的接線方案，以供討論。

1 負荷分析及供電要求

不同的負荷等級所對應的供電要求不同，因此，在進行綜合管廊供電系統設計之前，應先對綜合管廊內的負荷進行分析，明確綜合管廊內有哪些負荷等級，再根據不同負荷等級的供電要求，進行供電系統設計。下文以牛寨山路綜合管廊的負荷情況為例進行分析。

1.1 牛寨山路綜合管廊的負荷情況

牛寨山路綜合管廊位于平潭綜合實驗區金井灣片區，呈“一”字形布置，全長1.724km，包含9個完整的防火分區，為包含電力、通信纜線的綜合管廊。管廊內的負荷有：照明、通風機、排水泵、檢修插座、監控與報警(含環境與設備監控、安全防范、專用通信、火災報警)、應急照明、消防、電動液壓逃生井蓋等。

1.2 牛寨山路綜合管廊負荷等級分析

根據《城市綜合管廊工程技術規范》(GB50838-2015)7.3.2條，“綜合管廊的消防設備、監控與報警設備、應急照明設備應按現行國家標準《供配電系統設計規范》GB50052規定的二級負荷供電。”[1,2]因此，應將牛寨山路綜合管廊內的消防、監控與報警、應急照明設備列為二級負荷。電動液壓逃生井蓋做為發生火災等事故情況下逃生出口，屬于消防設備，應列為二級負荷。其他用電設備列為三級負荷，如表1所示。

表1 牛寨山路綜合管廊負荷表

1.3 供電要求

圖1 單母線分段系統圖

根據《城市綜合管廊工程技術規范》(GB50838-2015)7.3.2條規定，表1所列的二級負荷應按《供配電系統設計規范》(GB50052-2009)規定的二級負荷進行供電。根據《供配電系統設計規范》(GB50052-2009)3.0.7條“二級負荷的供電系統，宜由兩回線路供電。在負荷較小或地區供電條件困難時，二級負荷可由一回6kV及以上專用的架空線路供電。”同時，根據該條款的條文解釋可知，負荷較小或地區供電條件困難，允許采用一回6kV及以上的專用架空線路供電，是考慮到架空線路修復方便。如果線路自變電所引出采用電纜線路時，則應采用兩回線路供電。由于綜合管廊主要建設在城市規劃區內，一般情況下不允許采用架空線路，而應采用電纜線路。因此，為綜合管廊二級負荷供電的線路一般應采用兩回電纜線路。另外，根據《工業與民用配電設計手冊》[3]，二級負荷對供電電源的要求規定，除采用兩回線路外變壓器也應采用兩臺。若采用兩回10kV線路一臺變壓器的供電方式，當變壓器故障時，將造成管廊內二級負荷長時間停電，不利于管廊穩定運行。綜上分析，給牛寨山路綜合管廊二級負荷供電系統應采用雙回10kV電纜線路和兩臺變壓器供電方式。

2 供電系統設計

2.1 中壓系統設計

雙回10kV線路供電時，可采用以下兩種接線形式：

(1)單母線分段，兩段母線分列運行，兩回線路同時供電，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構，負荷成線性分布，相應的分變電所應沿管廊沿線布置，因此分變電所變壓器與10kV中壓饋電干線宜采用樹干式接線方式。

當采用單母線分段時，可采用圖1的系統接線。

正常運行時，兩路10kV線路同時供電，母聯開關斷開，兩回線路各帶一半負荷，當其中一路電源失電時，母聯開關閉合，由另一路10kV線路負責全部負荷的供電。兩個進線斷路器與母聯斷路器應設置電氣聯鎖，3個斷路器只能同時合閘2個。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長)分別設置1臺變壓器，序號相同的變壓器A與B(如1#變A與1#變B)及其低壓系統組成一個分變電所，同時為管廊相同的區段供電。每回10kV線路T接的變壓器數量不應超過5臺。

采用單母線不分段時，可采用圖2系統接線。

圖2 單母線不分段系統圖

正常運行時，兩路10kV線路一用一(熱)備，每一路進線可承擔100%負荷。當一路發生故障時，由雙電源切換裝置切換至另一路供電，兩個進線斷路器同時只能合閘一個。采用該接線方式時，出線回路數不應超過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分別設置1臺變壓器，分變電所的設置及每回10kV線路T接的變壓器數量與前述單母線分段相同。

2.2 兩種中壓系統接線方案穩定性分析及適用情況

采用系統圖1的單母線分段接線方案時，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10kV出線數量較多，適用于綜合管廊規模較大，成“十”字形、“井”字形分布的情況。采用系統圖2的單母線不分段接線方案，當母線故障時，將導致為管廊供電的兩回10kV線路同時停電，因此，可靠性低于單母線分段接線。同時10kV出線不應超過6回，較適用于綜合管廊規模一般，成“一”字形、“T”字形分布的情況。牛寨山路綜合管廊長1.724km，規模不大，呈“一”字形分布，可采用圖2系統接線方式。

2.3 低壓系統設計

2.3.1低壓系統總體設計

綜合管廊低壓供電系統，應根據綜合管廊內的負荷情況及運行環境進行設計。

由于綜合管廊內部空間較為狹小，采用PE線與N線分開的TN-S系統，有利于減少對人員的間接電擊危害，因此，綜合管廊一般采用TN-S系統接地型式。綜合管廊的接地網應采用環形接地網，接地電阻不應大于1歐，同時宜與監控與報警系統的功能接地、雷電防護接地共用接地網。

以牛寨山路綜合管廊為例，存在如表1所示二級負荷和三級負荷，根據《城市綜合管廊工程技術規范》(GB50838-2015)，綜合管廊應以防火分區作為配電區間，因此，應在每個防火區段的配電間設置1臺二級負荷配電箱和1臺三級防負荷配電箱，分別為本區間的二級負荷和三級負荷供電。二級負荷配電箱，由2臺變壓器的二級負荷總配電柜各引一回路，經ATS雙電源切換裝置進行供電，三級負荷配電箱，由2臺變壓器中任一臺變壓器的三級負荷總配電柜引一回路進行供電。低壓配電系統接線如圖3所示。

圖3 低壓配電系統圖

為保證末端設備供電電壓，每個分變電所供電的配電區間宜4～6個，由分變電所從中間往兩側供電，每側各供2～3個配電區間(每個配電區間約200m)。

當管廊規模較小，并且從公共電網取得低壓電源容易的情況下，可直接從公共電網引接兩回0.4kV低壓線路進行供電(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配電系統接線方式。

圖4 從公共電網引接兩回0.4kV低壓線路的配電系統圖

主接線采用單母線分段，兩路進線同時供電，各帶50%負荷，兩個低壓進線斷路器和母聯斷路器應設置電氣連鎖，3個斷路器同時只能合2個。

2.3.2防火分區配電單元系統設計

(1)二級負荷配電箱系統設計

二級負荷配電箱分別從2臺二級負荷總配電柜(分別由2臺變壓器供電)或2段低壓母線，各引一回低壓線路，通過ATS雙電源切換裝置進行供電。

綜合管廊監控與報警系統中的環境與設備監控、安全防范、專用通信系統主要由進行數據實時處理的電子設備構成，對電源穩定性、連續性要求較高，應采用不間斷電源裝置進行供電。因此，應由二級負荷配電箱先供電給UPS，再由UPS給以上系統供電。

根據《火災自動報警系統設計規范》(GB50116-2013)，監控與報警系統中的火災自動報警系統應設置交流電源和蓄電池備用電源，交流電源應采用消防電源，備用電源可采用火災報警控制器自帶的直流備用電源[4]。因此，火災報警系統應由二級(消防)負荷配電箱供電，同時火災報警控制器需自帶直流備用電源。

由于管廊內空間較為狹小，環境潮濕，同時，因應急照明回路不可裝設剩余電流保護電器，為保障人員安全，應急照明燈具應采用24V安全電壓進行供電，因此應急照明回路電源需先進行降壓。

文中以牛寨山路綜合管廊負荷為例，二級負荷配電箱系統圖如圖5所示。

圖5 二級負荷配電箱系統圖

(2)三級負荷配電箱系統設計

三級負荷配電箱從2臺三級負荷總配電柜中的任1臺或2段低壓母線的任1段，引接一回低壓線路進行供電。

由于管廊內空間狹小，環境潮濕，因此，管廊內的一般照明回路，應采用帶剩余電流動作保護的開關[5]。檢修插座回路需連接移動電氣設備，因此，也應采用帶剩余電流動作保護的開關，以保障人員安全。當發生火災時，應能聯動斷開三級負荷(非消防負荷)配電箱的進線開關。因此，進線開關應具有火災自動報警聯動控制功能。

以牛寨山路綜合管廊負荷為例，三級負荷配電箱系統圖如圖6所示。

圖6 三級負荷配電箱系統圖

3 結語

本文通過對牛寨山路綜合管廊的負荷情況和供電要求進行分析，提出具有類似負荷情況的綜合管廊，在規模、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接線方案，同時對所提出的兩種中壓供電系統方案的可靠性及防火分區配電單元的系統設計，進行了簡要分析，以供同行討論。

參考文獻

[1] GB 50838-2015 城市綜合管廊工程技術規范[S].北京：中國計劃出版社，2015.

[2] GB50052-2009 供配電系統設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2010.

[3] 工業與民用配電設計手冊(第三版)[M].北京：中國電力出版社，2005.

[4] GB50116-2013 火災自動報警系統設計規范[S].北京：中國電力出版社，2013.

[5] 工業與民用配電設計手冊(第四版)[M].北京：中國電力出版社，2017.