綜合管廊電氣設(shè)計(jì)相關(guān)問題探討

劉勇

（成都市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610023）

0 引言

本文以筆者負(fù)責(zé)的一條五艙綜合管廊電氣工程設(shè)計(jì)為例，綜合多條綜合管廊設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合單位建議、綜合管廊第三方定期機(jī)電設(shè)備檢測評估報(bào)告等，探索解決綜合管廊電氣工程中關(guān)于供電電源、負(fù)荷計(jì)算、低壓干線供電方案、設(shè)備選型等多方面問題的方法。本文對綜合管廊電氣工程建設(shè)、運(yùn)維均具有一定參考意義。

1 工程概述

某綜合管廊位于成都市西北，跨金牛區(qū)、高新區(qū)兩個(gè)行政區(qū)，長約5750m，五艙形式（局部為4 艙）。分別為天然氣管道艙（1 艙）、綜合倉（2 艙）、污水艙（部分路段無此艙）（3 倉）、輸水倉（4 艙）、高壓電力倉（5 艙）。共分為33 個(gè)防火分區(qū)，斷面如圖1 所示。

圖1 綜合管廊橫斷面

2 負(fù)荷分級

根據(jù)《綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50838—2015）中7.3.2，即“綜合管廊的消防設(shè)備、監(jiān)控與報(bào)警設(shè)備、應(yīng)急照明設(shè)備，天然氣管道艙的監(jiān)控與報(bào)警設(shè)備、管道緊急切斷閥、事故風(fēng)機(jī)按二級負(fù)荷供電，其余用電設(shè)備按三級負(fù)荷供電[1]”。

在具體項(xiàng)目實(shí)施過程中，設(shè)計(jì)人員對監(jiān)控與報(bào)警設(shè)備、應(yīng)急照明設(shè)備，天然氣管道艙的監(jiān)控與報(bào)警設(shè)備、管道緊急切斷閥、事故風(fēng)機(jī)按二級負(fù)荷基本無異議，但對于排水泵、非天然氣艙風(fēng)機(jī)按二級或三級負(fù)荷存在一定分歧，按三級負(fù)荷設(shè)計(jì)雖可滿足綜合管廊相關(guān)規(guī)范要求，但根據(jù)《電力電纜隧道設(shè)計(jì)規(guī)程》（DL/T 5484—2013）中10.0.10 要求，“排水泵按二級負(fù)荷供電[2]”。筆者認(rèn)為，在管廊設(shè)置有兩臺變壓器供電的情況下，排水泵按二級負(fù)荷配電投資增加很少，但對于日常運(yùn)維意義重大，應(yīng)按二級負(fù)荷供電。

3 供電電源選擇

根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50052—2009）的相關(guān)要求，二級負(fù)荷宜由兩回線路供電[3]，變壓器、電池組、蓄電池均可滿足要求，主要有以下3 種方案。

（1）兩路市電。

（2）一路市電+柴油發(fā)電機(jī)組。

（3）一路市電+蓄電池。

三種方案中，方案（1）由于需兩路中壓電源+兩臺變壓器，成本最高；方案（2）由于綜合管廊為線狀分布，負(fù)荷分散，且地下設(shè)置柴發(fā)發(fā)電機(jī)房土建成本高，通風(fēng)、排煙、消防復(fù)雜，不適用于綜合管廊備用電源；方案（3）成本適中，但管廊的潮濕、多塵環(huán)境造成蓄電池后期維護(hù)成本較高。

筆者建議，具體項(xiàng)目應(yīng)結(jié)合管廊的復(fù)雜程度、投資金額、運(yùn)維水平等選擇方案（1）或方案（3），而二級負(fù)荷中包含電機(jī)時(shí)，建議優(yōu)先選用方案（1），管廊潮濕環(huán)境不宜采用應(yīng)急電源（emergency power supply, EPS）做為電機(jī)的備用電源。

本項(xiàng)目1 艙為天然氣管道艙，其送/排風(fēng)機(jī)功率為4kW。二級負(fù)荷中存在電機(jī)（天然氣艙送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)、管道緊急切斷閥），且本項(xiàng)目為5 艙管廊（局部4 艙），監(jiān)控設(shè)備眾多，故選用方案（1）作為供電方案。

4 變配電所及供電干線

綜合管廊供電，常見有箱變、地下變配電所兩種方式。箱變成本較低，但需占地，且對片區(qū)景觀有一定影響。一般來說，片區(qū)環(huán)境景觀不敏感時(shí)，宜優(yōu)先選用箱變，否則可選用地下室變配電所。

若路燈、交安等市政用電設(shè)施的運(yùn)維單位與管廊運(yùn)維單位相同時(shí)，箱變（變電所）宜統(tǒng)籌考慮相關(guān)設(shè)施供電，以便集約資源。

本項(xiàng)目所屬道路為綜合改造項(xiàng)目，地面設(shè)置有軌電車，空間有限，故采用地下室變電所型式。管廊采用雙層結(jié)構(gòu)，相對于常規(guī)管廊覆土厚度偏小，變配電所的位置選擇受限。管廊沿線設(shè)置7 個(gè)變配電所，分別為1#～7#變配電所，供電半徑不超600m，每個(gè)變配電所為4～5 個(gè)防火分區(qū)供電。

管廊跨越兩個(gè)行政區(qū)，第一區(qū)段約3.5km，第二區(qū)段約2.2km，經(jīng)過與屬地供電部門溝通，2 個(gè)行政區(qū)內(nèi)管廊各設(shè)置1 總變配電所，結(jié)合外部10kV 電源點(diǎn)位置，10kV 通道建設(shè)情況，選擇3#、7#變配電所為管廊總變配電所。3#/2#/1#/4#變配電所10kV 供電方案如圖2 所示，7#/6#/5#變配電所供電方案類似，不再贅述。

圖2 3#/2#/1#/4# 變配電所10kV 供電方案

5 負(fù)荷計(jì)算

綜合管廊主要用電設(shè)備為照明、風(fēng)機(jī)、水泵以及監(jiān)控與報(bào)警設(shè)備。

負(fù)荷計(jì)算需了解綜合管廊在各種狀態(tài)下設(shè)備運(yùn)行要求，負(fù)荷狀態(tài)。綜合管廊主要運(yùn)行工況如下。

（1）正常自動運(yùn)行時(shí)，監(jiān)控與報(bào)警設(shè)備運(yùn)行，風(fēng)機(jī)根據(jù)管廊余熱，余濕，有害氣體情況或換氣要求周期性運(yùn)行。照明設(shè)施根據(jù)安防聯(lián)動需要部分運(yùn)行。水泵一般不運(yùn)行。

（2）人工巡檢時(shí)，監(jiān)控與報(bào)警設(shè)備運(yùn)行，提前半小時(shí)開啟人員需要進(jìn)入的艙室風(fēng)機(jī)（一般開啟整個(gè)變配電所供電范圍風(fēng)機(jī)）。照明設(shè)施運(yùn)行（一般開啟整個(gè)變配電所供電范圍風(fēng)機(jī)）。水泵一般不運(yùn)行。

（3）中、高壓電力電纜敷設(shè)或艙內(nèi)管道安裝時(shí)，監(jiān)控與報(bào)警設(shè)備運(yùn)行，相應(yīng)艙室照明、風(fēng)機(jī)開啟。水泵一般不運(yùn)行。敷設(shè)中、高壓電纜時(shí)，使用電纜牽引機(jī)、輸送器。一根電纜長約600 余m，電纜敷設(shè)時(shí)，一般使用牽引機(jī)一臺，輸送機(jī)若干臺，牽引機(jī)功率約3～4kW，輸送機(jī)約1～2kW，通過管廊檢修插座箱供電，總體功率較小。管道安裝施工時(shí)，一般需使用電焊機(jī)，電焊機(jī)功率5～15kW 不等，通過插座箱供電。

（4）火災(zāi)工況，通過兩路信號確認(rèn)火災(zāi)后，火災(zāi)區(qū)域若有人，人員先通過逃生口疏散，切斷非消防電源，關(guān)閉火災(zāi)區(qū)域風(fēng)機(jī)，啟動自動滅火裝置，滅火后啟動事故后排風(fēng)機(jī)。

（5）天然氣艙任意一只天然氣探測器超過一級報(bào)警濃度設(shè)定值時(shí)，可燃?xì)怏w報(bào)警聯(lián)動控制器啟動事故段防火分區(qū)和監(jiān)控中心的聲光警報(bào)器，聯(lián)動啟動含天然氣管道艙室事故段防火分區(qū)及同艙室相鄰防火分區(qū)的事故風(fēng)機(jī)，切除非相關(guān)設(shè)備電源，聯(lián)動視頻監(jiān)控系統(tǒng)[4]。

通過以上分析可知，綜合管廊在管道安裝時(shí)負(fù)荷較大，而管道安裝時(shí)具體的設(shè)備計(jì)算容量則與管道安裝作業(yè)面的劃分、施工組織方案有較大關(guān)系。人員巡檢前管廊的通風(fēng)時(shí)，根據(jù)運(yùn)檢需要，依次開啟相關(guān)艙室所有防火分區(qū)風(fēng)機(jī)，此時(shí)若開啟艙室的多少對變壓器負(fù)荷率影響較大，因此合理的制定運(yùn)檢方案對優(yōu)化變壓器的負(fù)荷率有積極意義。

綜合管廊負(fù)荷運(yùn)行不同于常規(guī)的工業(yè)民用建筑，尚無較成熟的負(fù)荷計(jì)算方法，目前可參照類似工程，如電力電纜隧道進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，后期根據(jù)已建成綜合管廊實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，優(yōu)化完善后續(xù)項(xiàng)目的負(fù)荷計(jì)算。項(xiàng)目典型變配電所負(fù)荷計(jì)算如表1、表2 所示。特殊說明如下：應(yīng)燃?xì)膺\(yùn)維單位要求，預(yù)留燃?xì)怆妱訑嚅y12kW。統(tǒng)籌本道路照明供電，預(yù)留路燈負(fù)荷50kW，若無此因素，變壓器容量可降低一個(gè)規(guī)格。

6 低壓干線供電方案

常見的低壓配電系統(tǒng)有放射式、樹干式、鏈?zhǔn)健＝Y(jié)合綜合管廊的負(fù)荷分布特點(diǎn)及電纜施放，筆者認(rèn)為，對于非消防負(fù)荷，單倉、雙倉綜合管廊可按樹干式配電，三倉及以上管廊建議按放射式配電。對于消防負(fù)荷根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（2018 年版）》（GB 50016—2014）10.1.6 條要求，“消防用電設(shè)備應(yīng)采用專用的供電回路，當(dāng)建筑內(nèi)的生產(chǎn)、生活用電被切斷時(shí)，應(yīng)仍能保證消防用電[5]”。

管廊的消防設(shè)備為自動火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，自動滅火系統(tǒng)，防火門監(jiān)控系統(tǒng)等，用電負(fù)荷小，沿管廊呈線狀分布，采用樹干式配電較為合理，本項(xiàng)目變配電所低壓干線如圖3 所示。

表1 典型變配電所T1 變壓器負(fù)荷計(jì)算

表2 典型配電所T2 變壓器負(fù)荷計(jì)算

7 10kV 開關(guān)柜、配電箱選型

7.1 10kV 開關(guān)柜

對于規(guī)模較大，供電可靠性要求較高的場合，例如管廊控制中心、分控中心、總變配電所可選用中置柜，管廊夾層由于空間受限、環(huán)境潮濕、夏季凝露嚴(yán)重等因素，宜優(yōu)先選用小尺寸、無油化、全絕緣全密封免維護(hù)的環(huán)網(wǎng)柜，本項(xiàng)目選用全絕緣六氟化硫環(huán)網(wǎng)柜，配斷路器保護(hù)。

7.2 配電箱

根據(jù)以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，筆者所在城市，位于地下的管廊內(nèi)部冬暖夏涼，在夏季，空氣濕度偏大，管廊內(nèi)部金屬橋架，配電箱內(nèi)凝露現(xiàn)象嚴(yán)重，對箱體、元器件金屬觸頭、端子排等造成腐蝕，極易導(dǎo)致短路或觸頭卡死等故障。

圖3 變配電所低壓干線

本項(xiàng)目在配電箱內(nèi)設(shè)置溫濕度傳感器、控制器及加熱片，可根據(jù)配電箱溫度、濕度、環(huán)境溫度自動啟停加熱片。當(dāng)條件許可時(shí)，可選用智能測溫除濕防凝露系統(tǒng)，可對配電室溫濕度實(shí)時(shí)采樣，數(shù)據(jù)上傳；設(shè)置設(shè)備編碼地址，遠(yuǎn)程調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，故障上傳，更加精準(zhǔn)除濕防凝露。

8 結(jié)語

目前該管廊已竣工驗(yàn)收，正常運(yùn)行一年有余。筆者將繼續(xù)跟蹤管廊電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、變壓器負(fù)荷率等，以便優(yōu)化后續(xù)類似項(xiàng)目設(shè)計(jì)。