市政隧道工程中供配電系統特點及電氣設計探討

陳剛

（中國市政工程西南設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。在具體設計和建設中，各類安全設施的供電均需高可靠性的設計和嚴格、規范的施工質量，因此，隧道工程中供配電系統對工程建造的意義重大。

2 市政隧道工程供配電系統的特點

2.1 較高的供電可靠性

在市政隧道工程中，供配電系統與其他工程不同，較為復雜，需要保證供電系統的可靠性、穩定性及安全性。如果在運行過程中出現問題，對人們的生命安全和公共財產都會造成較大損失。市政隧道工程為城市重要密集性交通通道設施，根據相關設計規范及行業標準，部分配電系統需按一、二級負荷進行設計。除了采用2路不應同時受到損壞的雙重電源供電外，還可以設置其他電源作為備用，比如柴油發電機組、直流蓄電池組等，以此來保證供電過程的可靠性[1]。

2.2 系統運行設備多

市政隧道工程多數為規模大、環境復雜的建設，在實際設計過程中所涵蓋的設備較多、系統較復雜，例如各類通風、消防、排水、交安設施、照明設施等。

2.3 嚴格的質量控制

由于各類設備和系統多，運行環境的苛刻，出現安全隱患的幾率相應增加，因此，整個供配電系統設計和設備選型時需選用性能穩定、可靠性高、耐用性強及環境適應性強的設備。以此來增強系統的可靠性和穩定性的，降低設備在后期運行過程中出現問題的概率，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的電氣設計

3.1 主供電源和備用電源的選擇

為保證供電系統的高可靠性，在系統外部主供電源的選擇時，應盡可能選擇2路引自上級不同區域變電站的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，根據工程實際和投資，可選擇備用柴油發電機作為備用電源[2]。

3.2 合理設計系統的形式

根據工程規模、負荷容量及設備，合理選擇供配電系統的形式，如雙變壓器+單母線分段+備用柴油發電機系統等。涉及安全系統的供電設計，如消防系統、火災報警系統及交通安全系統的供電設計，設計時應充分考慮其可靠性高及安全性，在系統回路供電時采用雙回路供電，并在系統末端設置雙電源自動切換裝置，保證系統的供電可靠性。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范要求的前提下，采用放射式線路直供模式，減少系統配電級數，降低系統故障因素，提高可靠性。

3.3 合理設置應急電源

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

3.4 合理設置變壓器的臺數及容量

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

3.5 系統中的各類保護設計

對整個供配電系統來說，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安全穩定運行。對核心變配電系統，10kV系統合理設置機電保護裝置，選擇真空短路或負荷開關與熔斷器組合的保護模式；合理選擇低壓系統，如TN-S、TN-C-S等。設計時需根據負載性質和重要性的不同，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。同時在系統設計時，充分實現遠程化、無人化及自動化的要求，為后期系統智能化預留相關接口及信號接點[4]。

3.6 設計供電線路

在之前的市政隧道工程電氣線路敷設中，各類強電線纜的敷設采用緊貼隧道一側懸掛在隧道壁上，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。在現有工程設計中，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，同時盡量將線路設計在利于防腐檢查的地方，降低施工人員檢查設備的難度；另一方面考慮交通運輸問題，結合實際情況，確定適宜的線路鋪設方案，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，覆蓋韶關市和河源市兩個城市，隧道內耗電量大，若停電，會產生嚴重后果和經濟損失。如果供配電電源線發生故障，應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，為優化資源利用，應先建35kV變電站，建成后，將建設慶云山隧道、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，還節約了能源。

4.2 設計圖解及優化過程

青云山隧道入口在韶關市文源縣，隧道出口在河源市連平縣。在初步設計中，該市的電力公司建議不要使用跨區域電力供應，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。評估專家一致認為，這兩個新建的35kV變電站連接成本高且昂貴，應該在下一個設計階段優化生產線的設計。可以結合道路的整個建設周期，適當考慮建設能力和持續運營能力的結合。針對專家對項目預評估的建議，培訓部組織了能源規劃單位，在建筑圖紙設計階段，與大關電力辦和仁品電力辦進行聯絡協調，開展遠程協助和現場勘察，并得出結論。

4.3 方案分析

隧道能源概念一直是技術規劃的核心，電路的選擇還必須從設計的復雜性、電源的可靠性、設計的成本和負載能力四個方面來考慮。初步供電規劃預計：為給京云山隧道等供電點供電，將在韶光和河源建設兩座變電站，各建10kV線路。這種供電方式的優點是供電可靠，但施工復雜，造價高，兩市之間工程復雜，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 結語

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