市政綜合管廊電氣負荷計算探討

杜永幫， 王 義

(深圳市市政設計研究院有限公司， 深圳518029)

0 引言

2015 年來，我國綜合管廊發展快速，迄今為止，全國已有300 多個城市規劃建設綜合管廊，總里程超過6 000km，已建成綜合管廊總里程超過4 000 km。 其中，第一、二批試點城市共計25 個，總建設里程約1 000 km，試點城市綜合管廊具有分布范圍廣、項目類型多、入廊管線全的特點，目前，這些工程項目均已建成投運，在規劃建設中積累了豐富的經驗。

根據已建成投運綜合管廊項目，現有綜合管廊普遍存在計算負荷偏大、變壓器常年低載運行、保護電器和導線選取偏大等問題，直接導致工程建設投資增加、后續運維成本過高。 因此，設計過程中如何根據負荷情況合理計算負荷，保障綜合管廊經濟可靠運行，成為綜合管廊供配電設計面臨的首要問題。

1 負荷類型及分級

城市地下綜合管廊內的用電負荷包括風機、水泵、管道電動閥、檢修插座箱、電動逃生井蓋、照明、監控與報警設備、消防設備等。

GB 50838-2015《城市綜合管廊工程技術規范》第7.3.2 條對負荷等級要求為“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GB 50052《供配電系統設計規范》規定的二級負荷供電。 天然氣管道艙的監控和報警設備、管道緊急切斷閥、事故風機應按二級負荷供電，且宜采用兩回路供電；當采用兩回線路供電有困難時，應另設置備用電源。 其余用電設備可按三級負荷供電”。

因此，管廊內負荷分為二級負荷和三級負荷，消防設備、監控與報警設備、應急照明設備以及天然氣管道艙的監控和報警設備、管道緊急切斷閥、事故風機按二級負荷供電，其余負荷按照三級負荷供電。

2 綜合管廊運行工況及電氣負荷運行特點

城市地下綜合管廊本質上是一種管線敷設方式，首要功能是保障管線安全可靠運行。 綜合管廊電氣設計主要目的是保障管廊及廊內管線安全運行，針對管廊不同運行工況，管廊內的電氣設備運行情況不同。

(1)平時工況:管廊內的火災報警設備、監控設備、應急照明設備運行，這三大類設備為管廊內不間斷運行設備，屬于長期持續負荷。

(2)人員巡檢工況:根據運維管理單位制定的運維章程，對管廊內管線、廊體定期巡檢，檢查管廊內各管線、設備、結構健康狀況，一般情況為巡檢前通風設備開啟提前通風，巡檢過程中沿線照明、通風設備根據巡檢路線逐段開啟，巡檢時一般最多連續2 個分區通風和照明開啟。

(3)排除余熱工況:一般針對含電力電纜艙室，艙室溫度高于40℃時啟動風機降溫，溫度達到要求時停止通風。

(4)管線安裝及檢修工況:管廊建成投運后，后續存在管廊內進行管線敷設及維修情況，該工況下運行的設備主要為作業區間的通風、照明、檢修插座箱(為安裝和檢修設備供電)，給水、再生水管線、天然氣管道檢修作業時還可能涉及到對應電動閥門、水泵等設備運行。

(5)積水工況:當管廊內局部廊道內積水時，需啟動對應艙室水泵進行排水。

(6)環境異常工況:管廊艙室內含氧量、溫濕度等達不到要求，或者有害氣體濃度超過設定值時，需啟動對應艙室通風設備換氣。

(7)火災工況:一般為火災時人員逃生井蓋開啟、消防設備啟動及災后通風設備啟動排除廢氣。

(8)天然氣泄漏工況:天然氣管道艙天然氣濃度超過報警濃度設定值(上限值)時，需啟動天然氣事故段分區及其相鄰分區的事故通風設備。

依據以上管廊運行工況，結合國內管廊運行現狀分析，綜合管廊內各用電設備運行特點如下。

(1)普通照明:綜合管廊運維過程中一般考慮同一艙室前后兩個分區開啟，分區內普通照明一般所有燈具全部開啟。

(2)普通艙室風機:一般巡檢前0.5h 考慮單個變電所范圍內單個艙室全線正常通風(不同運維規程要求略有不同)，管廊內環境(溫度、氣體濃度)異常時啟動異常區間通風，這兩類工況通風換氣次數按照≥2 次/h 考慮；發生事故時啟動事故段分區及其相鄰分區的事故通風設備，通風換氣次數按照≥6次/h 考慮。

(3)天然氣艙室風機:一般巡檢前0.5h 考慮單個變電所范圍內單個艙室全線通風，管廊內環境(溫度、非甲烷氣體濃度)異常時啟動異常區間通風，這兩類工況通風換氣次數按照≥6 次/h 考慮；發生事故時啟動事故段分區及其相鄰分區的事故通風設備，一般考慮事故分區前后分區及左右分區，通風換氣次數按照≥12 次/h 考慮。

(4)監控和報警設備:一般管廊投運后正常全部投運，實時監測管廊各項指標及參數。

(5)水泵:普通水泵管廊集水坑里積水超過啟泵水位時工作，平時一般不運行。 放空水泵有管道放空需求時啟動，一般配合管道維修。

(6)火災自動報警設備:一般管廊投運后正常全部投運。

(7)消防設備:火災發生時啟用。

(8)檢修箱:管廊內管線安裝或檢修時使用，一般一臺變壓器供電范圍內考慮1～2 處使用。

(9)管道電動閥:管道發生漏水、漏氣時使用，一般為2 個閥門配套啟動。

(10)電動井蓋:管廊有檢修人員進出或有人員逃生需求時啟動，一般僅1 處啟動。

(11)應急照明:管廊建成后啟用，一直運行。

綜上可知，管廊主體建成投運后，不間斷運行的負荷有火災自動報警、監控與報警、應急照明設備；其次風機、普通照明使用頻率相對較高；消防、水泵、管道電動閥門、檢修插座箱、電動井蓋平時基本不使用。 可以看出，影響負荷計算的主要設備為管廊風機和普通照明。 照明運行工況相對單一，因此負荷計算的重點是依據管廊通風特性，合理計算風機負荷。

3 分區總配電箱負荷計算

GB 50838-2015《城市綜合管廊工程技術規范》第7.3.3 條要求“綜合管廊應以防火分區作為配電單元，各配電單元電源進線截面應滿足該配電單元內設備同時投入使用時的用電需要”，本文中單獨提及分區總配電箱負荷計算，主要因為分區總箱容量選取直接關系到干線電纜截面及保護電器的選取，而低壓大截面電纜一般敷設于變壓器低壓母線至分區總配電箱之間，工程量大，因此合理計算分區總配電箱容量意義重大。

(1)單艙室管廊設置一處分區總配電箱、含天然氣艙室雙艙管廊(天然氣艙室單獨設置分區總配電箱，總共兩處)，需要系數和同時系數的選取參見表1。

單艙室管廊需要系數和同時系數選取表 表1

以某單艙室管廊為例，原設計Pjs為42.83kW，經計算分區總配電箱容量參見表2。

單艙室管廊內各負荷容量 表2

經計算，本方法比常規計算方式減少約13%。

(2)對于多艙室管廊(除天然氣管道艙室外艙室數量不小于2，艙室數量為N)，需要系數和同時系數的選取建議參見表3。

分區總配電箱負荷計算時，需充分了解管廊運行工況，按照最不利情況校核配電箱計算容量，保證特殊情況下用電設備的正常運行。

以某雙艙室管廊為例，原設計Pjs為84.94kW，經計算，分區總配電箱容量參見表4。

經計算， 本方法比常規計算方式減少超過30%。

4 變壓器負荷計算

對于變壓器負荷計算，考慮到綜合管廊負荷分散，供電距離一般在500 ～800m，管廊一般負荷較大，工況主要為以下幾種情況。

多艙室管廊需要系數和同時系數選取表 表3

多艙室管廊需要系數和同時系數選取表 表4

(1)管廊巡檢前通風工況，一般為巡檢前半小時單艙室通風，基本為單個變配電所范圍內管廊全線通風。

(2)天然氣艙室泄露通風:一般為天然氣艙室前后分區及隔壁艙室通風，4 個艙室風機啟動。

(3)電纜火災工況:一般為發生火災艙室及前后艙室通風，根據管廊特性及工況，建議按照運行設備容量、需要系數、同時系數計算負荷。

變壓器負荷需要系數和同時系數的選取參見表5。

需要注意的是:(1)消防、監控與報警、應急照明負荷按照安裝容量考慮運行容量；(2)普通照明負荷按照最大功率單艙室相鄰2 個分區考慮運行容量；(3)風機負荷按照單艙室風機全開(最大功率艙室)運行容量加一處艙室排除余熱＼因環境異常起動風機、事故通風考慮容量，運行容量選取其中最大值；(4)水泵按照單臺變壓器兩臺水泵考慮運行容量，變壓器供電范圍若有排空水水泵，需按照1 處排空水水泵＋1 臺最大排除積水水泵考慮容量，若無排空水水泵，按照最大功率兩臺水泵考慮運行容量；(5)電動井蓋、檢修插座箱按照單臺變壓器各1處考慮運行容量；(6)管道電動閥根據變壓器供電范圍內是否有電動閥門考慮安裝容量，單根管道閥門數量大于1 時應結合應急工況啟動閥門需求確定運行容量，不考慮兩根管道閥門同時啟動工況；(7)以上為考慮一臺變壓器為連續分區供電時負荷計算建議，若兩臺變壓器交叉供電，則根據以上情況進行相應折減；(8)最終變壓器選取應根據二級負荷需求進行校核，確保一路電源發生故障時所有二級負荷運行需求；(9)依據表5 進行同時系數選取過程中，應綜合考慮各運行設備容量、性質在整個運行設備總容量占比。

變壓器負荷需要系數和同時系數選取表 表5

以某雙艙室管廊為例，原設計Pjs為174.66kW，經計算變壓器低壓母線側計算負荷參見表6。

經計算， 本方法比常規計算方式減少超過30%。

雙艙室管廊變壓器負荷低壓母線側負荷容量 表6

5 結束語

當前我國已成為綜合管廊投運里程最多的國家，里程數據還在逐年增加，綜上所述，筆者認為合理的負荷計算方法對于節省管廊投資，推進國內管廊建設意義重大。 由于不同類型管廊、不同運維單位最終運維章程所確定的管廊運維方式會略有不同，運行工況及電氣負荷運行特點也會有差異，同時，各設計人員在具體設計時供配電系統構成會有差異，因此本文僅為建議，具體應根據工程實際情況合理計算。 以上為筆者對綜合管廊負荷計算的一點淺薄理解，希望能對各位電氣同仁在以后的工作中有一些啟發。