隧道供配電設計方案

張玲霞

（中鐵第六勘察設計院集團有限公司 天津市 300308）

1 隧道主要用電負荷分布情況

隧道用電負荷中，隧道通風系統、給排水系統占有很大比重，且單臺設備功率一般比較大，其次是隧道照明、隧道監控系統等。

隧道通風系統方案與土建方案息息相關，隧道長度不同、實際條件不同，隧道通風系統的方案也不同。當采用全縱向通風方案時，通常會集中在隧道主線兩端、匝道設置若干組射流風機，少數特長隧道在隧道中部也會設置射流風機；當采用重點排煙方案時還會設置風道和風機房，在風機房內設置軸流風機。如隧道為盾構隧道，通常會在行車道板下方間隔設置疏散口及疏散通道附近設置加壓送風機及聯動風閥。此外，隧道附屬設備用房、管理樓會根據不同的建筑方案設計相應的通風空調及防排煙系統，形成相應的用電負荷。

隧道給排水和水消防系統方案也與隧道土建方案密切關聯，通常在隧道主線、匝道洞口設置雨水泵（如為人字坡山嶺隧道，一般不在洞口設置雨水泵房），在水下隧道最低點設置江（海）中泵房，在附屬設備用房或管理樓設置水消防設備，另會根據附屬設備用房是在地上還是在地下設置相應的給排水設備。

隧道照明一般沿著隧道設置若干個正常照明配電箱、應急照明配電箱或按現行新規設置應急照明集中電源。

隧道監控系統主要用電設備是UPS，UPS 一般集中設置在附屬設備用房、管理樓，隧道供配電系統為UPS 提供電源。

以某海底盾構特長隧道為例，如圖1 所示：

（1）主線東、西線出、入口均設置3 組射流風機，每組3 臺；

（2）盾構段間隔設置電動排煙口，并按80m 間距設置一套加壓送風機及配套風閥；

（3）南端主線洞口各設置了3 處雨水泵房，每處4 臺泵，三用一備，必要時同時使用；A、B 匝道各設置了2 處雨水泵房，每處3 臺泵，兩用一備，必要時同時使用；

（4）盾構隧道東、西線最低點各設置一套海中泵房，每套均為3 個大泵、3 個小泵，均為兩用一備，必要時同時使用；

（5）南岸盾構井、北岸盾構井、南岸風塔、管理樓均設置了大量通風系統、防排煙系統、給排水系統、水消防系統設備。

2 隧道供電方案

城市隧道變電所高壓側一般采用10kV 電源，主接線采用單母線分段接線方案偏多。低壓側一般采用400V，主接線通常采用單母線分段接線方案，正常時兩段低壓母線分別運行，母聯斷路器斷開，當一路電源失電，母聯斷路器自動投入，由另一臺變壓器對全所負荷供電[1]。

2.1 變電所設置方案

在設計供配電方案時，應根據隧道的長度、負荷等級、負荷大小、負荷分布、地形地貌等情況，以全壽命周期內綜合費用最低為原則，確定隧道配變電所的規模、形式及設置位置。

變電所設置的位置、數量在很大程度上取決于用電設備負荷的分布情況，通常：

（1）1km 及以下的隧道單端設置一座變配電所；

（2）1 ～1.5km 的隧道兩端分別設置一座配變電所和一座戶外箱式變電站，如戶外沒有條件時一般會考慮在隧道洞口（地下）設置變電所；

（3）1.5 ～3km 的隧道兩端各設一座變配電所；

（4）3km 以上的長隧道視具體情況在洞口再增設若干個變配電所。

如圖1 所示，某海底盾構特長隧道根據用電負荷分布情況，綜合考慮，共設置了7 座變電所：在北岸盾構井、南岸管理樓各設置了1 座主變電所，在2 個主線雨水泵房附近各設置1 座跟隨所，在2 座海中泵房附近各設置1 座跟隨所，在南岸風塔設置了一座跟隨所。

2.2 10kV外電引入方案

從城市電網引入10kV 電源至隧道配電所的常見方案有：

（1）10kV 單端2 路電源引入。在隧道某一端設置一座主變電所，另一端設置一座跟隨所，從城市電網引入2 路10kV 電源，為隧道主變電所、跟隨所提供電源。10kV 配電所通常采用單母線分段主接線方式，配電所的兩路外部電源同時運行，母聯斷開，當任意一路電源失電時，母聯斷路器自動投入，由另一路10kV 電源對全所負荷供電。

（2）10kV 兩端4 路電源引入。在隧道兩端各設置一座主變電所，從城市電網各引入2 路10kV 電源，為隧道兩端的主變電所提供電源。兩端10kV 配電所通常采用單母線分段主接線方式，每座配電所的兩路外部電源同時運行，母聯斷開，當任意一路電源失電時，母聯斷路器自動投入，由另一路10kV 電源對全所負荷供電。

表1：外電引入方案對比

（3）10kV 兩端2 路電源引入。圖2 為某海底盾構特長隧道采用方案，在隧道兩端各設置一座主變電所，從隧道兩端所在的城市電網各引入1 路10kV 電源，兩座主變電所均設置聯絡柜，兩者之間用10kV 聯絡電纜連接。兩座主變電所均由供電部門提供一路獨立的10kV 專線，兩路電源同時運行。

2.3 方案對比

以上三種方案均有各自的優點、缺點，詳見表1。

在實際工程設計之中，應綜合考慮并選擇最適合當前工程的方案。不管采用哪種方案，在外電引入時建議優先考慮外電引入永臨結合，進一步降低建設成本，避免道路重復開挖。

3 隧道配電方案

隧道各用電設備采用何種配電方案，需先定性用電設備的負荷級別。配電隧道的用電負荷主要有：射流風機、軸流風機（若有）、消防泵、雨水泵（若有）、江（海）中廢水泵（若有）、隧道監控系統設備、隧道火災自動報警系統設備、隧道照明、附屬設備用房通風空調及防煙排煙設備、附屬設備用房給排水與水消防設備等。

3.1 隧道用電負荷級別劃分

根據隧道各類用電設備的用途和重要性，電氣負荷分為三級：

一級負荷：隧道基本照明（城市隧道）、應急照明、射流風機、加壓送風機、排煙風機、雨水泵、廢水泵、消防泵、高壓細水霧、變電所自用電、隧道監控及通信等弱電系統、火災自動報警及消防聯動設施等。其中，應急照明、隧道監控及通信等弱電系統、火災自動報警及消防聯動設施等為特別重要負荷。

二級負荷：隧道基本照明（公路隧道）、隧道加強照明、敞口段道路照明、隧道附屬用房及管理樓內的照明、除一級負荷外的其它通風風機及連鎖風閥以及其它較重要的負荷等。

三級負荷：停電后不影響地下道路正常運行的負荷，包括空調設備、檢修電源等。

3.2 隧道主要配電設計原則

一級負荷電源采用雙電源供電，當一路電源發生故障時另一路電源不應同時受到損壞。與消防有關的一級負荷由引自0.4kV 低壓開關柜兩段母線的相互獨立的電源至用電點附近經自動切換裝置切換后供電，如隧道射流風機、消防水泵、雨水泵等。隧道基本照明采用兩路電源交叉配電。一級負荷中特別重要的負荷，除由雙重電源供電外增設蓄電池做應急電源，一般設置應急照明集中電源、不間斷電源UPS 做應急電源。

二級負荷電源采用單電源供電，從0.4kV 低壓開關柜任一段母線取一路電源，當其中一路電源失電時，由聯絡母線分段開關切換保證供電，必要時可切除。

三級負荷電源采用單電源供電，從0.4kV 低壓開關柜任一段母線取一路電源，在一臺變壓器因故退出時可切斷該負荷。

3.3 配電設計方案

隧道主要用電設備中動力設備較多，其主要包括分散設于隧道內的射流風機、設備用房風機、水泵、消防泵等設備。動力設備供電一般采用放射式和樹干式結合的混合式供電網絡。

對于射流風機、水泵等大容量用電設備，采用放射式供電，在大容量設備處設降壓軟啟動裝置，并設置旁路；對于隧道內用電容量較小，比較分散的用電設備，宜由附近10/0.4kV 變電所引出動力干線，采用樹干式供電方式對各用電設備供電。

在設計時應計算線路電壓損失，隧道內用電設備端子處電壓偏差允許值宜按±5%驗算。距隧道變配電所較遠的電動機，當端電壓低于額定值的95%時仍能保證電動機溫升符合有關規定，且堵轉轉矩、最小及最大轉矩均能滿足傳動要求時，電動機的端電壓可低于額定值的95%，但不得低于額定值的90%。

當短路保護電器為斷路器時，被保護線路末端的短路電流不應小于斷路器瞬時或短延時過電流脫扣器整定電流的1.3 倍，當不能滿足要求時需采取其它措施。

4 結束語

在隧道工程設計之中，機電系統設計至關重要，在機電系統總概算中，供配電與照明系統經濟占比一般在50%左右，供配電設計方案的優與否直接影響到機電工程總造價。在做隧道工程設計時應根據項目實際情況，結合當地電網情況進行合理分析、方案對比，選擇更優的供配電設計方案，有條件時外電引入宜采用永臨結合。