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浅谈综合管廊供配电系统的设计
2021-05-21 13:48:37 来源：安科瑞王蒙蒙
王蒙蒙
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：综合管廊作为城市的生命线，是支撑城市运转和持续发展的重要基础设施，供配电系统作为管廊工程的一个重要附属设施，直接关系到管廊安全和正常运营。本文以实际工程为例，分别从系统的负荷等级以及电源设计标准，管廊变电所的设计，动力设备的配电及控制设计，照明系统设计，防雷接地以及节能设计等几个方面，对综合管廊供配电系统设计中的一些重点问题进行分析，希望能为行业发展提供参考依据。
关键词：综合管廊；供配电系统；安全；节能；设计
1 前言
综合管廊作为城市道路地下空间开发利用的重要部分，在保障城市供应、克服城市规划与市政管线发展变化之间的矛盾、提升城市品位的前提下，对有效集约城市地下空间、促进城市的可持续发展有着非常大的作用，其建设对优化城市环境、合理利用城市地下空间具有重要意义。
综合管廊是一种用以收纳多种不同市政管线的专门地下管廊，入廊管线有给水管道、再生水管道、热力管道、电力电缆、电信缆线和燃气管道等。综合管廊附属工程包括：消防系统、排水系统、通风系统、供配电及照明系统、监控与报警系统、标识系统等。其中，供配电系统为管廊消防系统、排水系统、通风系统、照明系统、监控与报警系统等提供电力保障及控制接口，是管廊*主要的附属工程。
2 工程设计实例分析
某地经一路、站南路地下综合管廊建设工程，经一路综合管廊长1.38km；站南路综合管廊起点长1.65km；建设管廊总长度为2.03km，在管廊内同步设置给水管、再生水管、电力电缆、通信光缆、热力管和燃气管。结合项目情况，沁州路与南环路交叉口附近位置处，新建一处县城综合管廊监控中心。
2.1 负荷等级及电源
（1）根据综合管廊负荷运行的安全要求，管廊内的消防相关设备、监控设备、照明、风机及排水泵为二级负荷；检修插座箱为三级负荷；其余均为三级负荷。
（2）综合管廊由城市10kV电网就近提供两路10kV电源，电源运行方式为互为备用。
（3）电压等级：高压为10kV，低压为380V/220V。
2.2 管廊变电所的设计
本综合管廊共划分12个防火区间，管廊每个防火区间包括三个防火分区（热力舱、综合舱和燃气舱）或两个防火分区（综合舱和燃气舱）。根据沿线布置情况及负荷分散、供电距离的特点，综合管廊全线可划分为2个供电区域。按每座变电站约500m 供电半径负荷计算，一般线路压降不大于5%。由此可以确定，管廊全线共选用2座地下变电站每个地下变电站为1个供电区域。
根据用电负荷性质，工程采用二路独立10kV电源的环网供电方式。每三个或两个防火分区做为一个配电单元，在该区间吊装口夹层内设置配电箱，为本区间动力、照明配电。
（1）10kV配电系统
管廊专用变配电所10kV侧采用单母线分段不联络的接线方式，每座变配电所由就近的市政电网沿本工程管廊内专用桥架引入2路10kV电源，两路电源同时工作。当一路10kV电源因故退出运行时，综合管廊由另一路10kV电源所带变压器供电。
（2）变压器及0.4kV配电系统
根据用电负荷性质及综合管廊分区负荷容量，两座管廊专用地下变电站均采用双变压器型，0.4kV侧配电系统均采用双电源进线单母线分段联络形式。
本工程各个变电站内两台变压器互为备用。当一路0.4kV电源因故退出或变电所中有一台变压器因故退出运行，变电所另一台变压器应能负担其供电范围内全部二级负荷，三级负荷可根据需要切除。
供电方式采用树干式配电方式，为就近综合管廊每一防火分区中的双电源配电箱及照明配电箱供电。配电原则：消防、监控等负荷由不同段母排双电源供电，末端自切；其余负荷由变压器低压母排单电源供电。应急照明、监控系统等特别重要的负荷另设在线蓄电池作后备电源。
（3）变电站控制、保护、信号及合闸电源采用DC220V电源。
变电站进线设时限速断和过电流保护，电流电压测量，出线设时限速断和过电流保护，电流、电压及功率测量。低压部分均设有过负荷及短路保护。
（4）计量及补偿
①在变电站高压侧设0.4kV专用计量柜，做总用电计量，低压侧主要回路装电度表，作分路计量。
②在每处变电站0.4kV侧采用电力电容器集中自动补偿，补偿装置采用静电电容器组自动补偿装置，补偿后功率因数达0.9以上。综合管廊照明灯具采用电子镇流器型荧光灯，以提高功率因数。
2.3 动力设备的配电及控制设计
在综合管廊每段防火区间内安装一台动力照明配电箱（双电源配电箱），负责该防火区间内动力设备的配电控制。在排烟风机、排水泵就地设置专用控制箱对设备进行配电和控制。综合管廊内沿线间隔60m设置带剩余电流动作保护装置检修插座箱，作施工安装、维修等临时接电之用。
综合管廊内所有用电设备应采取防水防潮措施，防护等级均不低于IP65，天然气管道舱内的电气设备应采用防爆型，并符合《爆炸危险环境电力装置设计规范》（GB50058-2014）有关爆炸性气体环境2区的防爆规定。
管廊内设备均采用全电压直接起动方式，电机起动压降控制在10%以内。管线电动阀由就近双电源配电箱提供电源，在单位授权情况下，由自控系统控制。
管廊内主要用电设备操作采用自动及手动两种方式控制，自动方式时由PLC控制，手动方式时可在机旁控制箱或机旁按钮箱上操作。
排烟风机控制：采用手动/自动两级控制相结合的方式。在风机控制箱处设集中手动控制，并将排风机的运行工况传至相应的现场控制站（PLC），并接受现场控制中心（PLC）及监控中心的遥控，此外在监控中心设置排风机手动直接控制装置。防火分区两端设置风机就地按钮箱，可实现现场控制排风机开停。排风机的温度自动控制和与电动风阀的联动控制均由现场控制分站（PLC）完成。
排水泵控制：采用手动/自动/中心遥控三级控制相结合的方式。在动力照明箱处设集中手动控制，同时根据集水坑内水位自动开、停排水泵，并将排水泵的运行工况及集水井内高、低液位传至相应的现场控制站，并接受现场控制中心（PLC）及监控中心的遥控。排水泵旁设置水泵就地按钮箱，可实现现场控制水泵开停。
2.4 节能设计
综合管廊供配电系统的节能设计，主要从电气设备节能、电气照明节能、照明运行控制以及运转过程中的计量管理四个方面入手。
2.4.1 电气设备的节能设计
在电气设配的选择上，要根据实际的用电容量和用电性质，选择合理的供电电压以及供电的方式。在设置变配电所的位置时，要尽量接近负荷中心，争取减少变压级数，竟可能的把供电的半径缩短，导线要根据实际需要，选择合适的截面规格型号，要控制好总的线损率，使受电端的电压趋于稳定，偏差控制在一个合理的范围之内。无功补偿设备的设计要有集中补偿和就地补偿两种设置。在选择变压器时，要综合考虑容量、数量、运行方式，对负荷要进行合理的设计调整，竟可能的实现变压器的经济运行。
2.4.2 电气照明的节能设计要求
在项目设计中，照明系统在设计上选择了高光效的光源。在光源选择上，对室内照度、一般显色指数等指标都严格按照《建筑照明设计标准》的要求进行。工程所采用的电子镇流器，期自身的功率消耗要控制在光源功率的10%以内，谐波含量不能大于20%，单只荧光灯的功率因数要求在0.9以上。
2.4.3 加强照明运行控制的设计
要做好照明的运行控制，就得有合理的设计。本项目在设计上从节能控制的理念出发，比如在控制开关的设计上，每个配电分区都不低于2个；而对于通风口以及逃生口这些特殊场所的开关设计都采用就地设置。在控制中心走廊、公共走道、楼梯间以及门厅等场所，都采用自熄开关控制，做到人走灯灭。
2.4.4计量设备选择
为了能达到节能控制的科学管理，电能计量设备在选择上要符合国家及行业相关标准，并且获得计量检定机构的认可。
3 安科瑞综合管廊10kV/0.4kV供配电电力监控系统的设计应用
3.1 管廊电力监控系统（10/0.4kV地面变电所）
4 结束语
综合管廊建设所需要的施工材料、以及所有的设备，都必须具有国家检测中心的检验合格证，必须符合相应的国家及行业标准要求，所涉及到的消防产品、供电产品还必须具有入网许可证。管廊内电气设备的防护等级一定要符合地下环境的使用标准要求，并做好必要的防水防潮措施。值得一提的是，综合管廊燃气管道舱输送可燃气体，较易发生火灾，电力电力电缆也较容易发生火灾，合理的设计管廊供配电系统应作为其首要设计原则。
综合管廊一般呈现网络化布置，而其附属用电设备一般负荷容量较小、在管廊沿线分散布置，因此选取合适的供电方案有利于节省管廊的建设投资及运行成本。
参考文献：
[1] 李万欣，朱爱钧，张梦瑶.一种综合管廊电气标准化设计方案[J].电力与能源，2017（06）：793~796.
[2] 彭百川.综合管廊供配电系统设计简析[J].市政技术，2017（03）：86~88+1.
[3] 石晓敏. 综合管廊供配电系统的设计
[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.6版
作者简介：王蒙蒙，女，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为综合管廊监控及运维方向
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