高速公路隧道排烟风机双重电源供电方案
2018-12-06董轩
董 轩
(山西省交通科学研究院,山西 太原 030006)
1 设计背景
在《公路隧道设计规范》第二册《交通工程与附属设施》JTG D70/2—2014中规定隧道排烟风机为一级负荷,同时规定隧道一级负荷应由双重电源供电,因此很多高速公路通风设计中在隧道变电所中设置了双电源在10 kV端切换的装置,这种设计低压侧只需要一套系统,一个电源断电后只需要通过高压端切换备用电源,就可使低压系统继续投入工作,方案简单、经济实用同时也满足行业规范,但是在实际的消防验收时,遇到了一些问题。
在《建筑设计防火规范》GB 50016—2014消防电源及其配电一章中强制规定防烟和排烟风机房的消防用电设备应在其配电线路的最末一级配电箱处设置自动切换装置。显然按照此规范,上述的设计方案并不能满足要求,因此针对消防国标的要求,本文对供电方案做了一些改进。
2 设计方案
因为3 km的隧道超出了单个变电所的供电半径,所以在隧道入口和出口分别设置一座10 kV变电所,向供电部门申请双重电源(当一路电源故障,另一路电源不应同时受到损坏),一路电源引至隧道入口变电所,另一路电源引至隧道出口变电所。入口变电所的电源进线经环网柜用高压电缆引出,穿过隧道至出口变电所,作为出口变电所的第二电源;出口变电所的电源进线亦同理用高压电缆引出至入口变电所作为第二电源,这样实现了每个变电所的双电源接入[1-2],见图 1。
图1 双电源接入方案
射流风机供电通常有两种方式,一种是变电所低压直供,另一种是在风机附近设置地埋式变压器供电。变电所低压直供方式的优点是简单可靠,投资比较小;缺点是供电半径短,对于射流风机组较多的隧道,其对远端风机的供电能力不足。地埋式变压器供电方式需要在每组风机附近设置一台环网型地埋式变压器,用高压电缆连接起来,其优点是供电半径大,适合远距离风机供电,缺点是需增加地埋式变压器并且设置专用洞室,投资比较大。综合以上两种方案,本设计采取两种方式相结合的方式,即近端风机用低压电缆直供,远端风机采取地埋式变压器供电方式,见第75页图2。
2.1 变压器直供方式
变电所设置两台scb13节能型变压器,变压器1接主电源,变压器2接第二电源,两台变压器同时运行并且相互独立,变压器1和变压器2分别引出低压供电回路至风机末端配电箱,在配电箱内设置ATS双电源自动切换装置,自投自复。
2.2 地埋式变压器供电方式
变电所10 kV主电源和10 kV第二电源通过环网柜分别引出一条高压供电回路至隧道,主电源回路接1、3、5地埋式变压器,第二电源回路接2、4、6地埋式变压器,变压器低压侧引出两条低压回路,一条回路为本变压器对应的风机组供电,另一条回路作为邻近的另一组风机的备用供电回路。在强电侧电缆沟内,高压供电回路宜与其他电缆分列两侧或置于底层,以留出安全距离。
图2 隧道入口侧风机供电系统设计[3]
3 配电电缆计算
隧道每组风机功率60 kW,因此配电电缆的计算十分重要。
3.1 变压器容量
以入口变电所为例,假定负荷只有风机,备用负荷同时系数按0.5计。
选定 Snt1=250 kVA的变压器,负载率 η=199.06/250×100%=80%满足规范要求。
b)地埋式变压器容量计算:
选定 Sntd=125 kVA的变压器,负载率 η=97.5/125×100%=78%满足规范要求。
3.2 按经济电流密度法选取电缆,按最大负荷1 500 h计算
通过查表得高压和低压经济电流密度分别为1.6 A/mm2、1.7 A/mm2.
地埋变高压电缆截面积:
低压直供的风机电缆截面积:
3.3 按线路电压降验算电缆,用力矩法计算
验算25 mm2高压电缆压降满足要求。
验算满足电压降要求。
3.4 按线路载流量验算
查表得交联聚乙烯电缆25 mm2和70 mm2载流量分别为96 A、183 A,则:
高压电缆电流:
风机组电缆电流:
验算满足载流量要求。
3.5 短路热稳定性验算[4]
短路电流计算:假定电力系统10 kV在变电所进线端的对称短路电流初始值为IQ"=6 kA(实际应用中应向地方供电部门索取该参数或电网阻抗),kd、k1、k2、k3 为短路点。
e)热稳定性验算。
高压电缆:设保护电器动作时间0.1 s,计算系数取143,
低压电缆:设短路电流持续0.1 s,计算系数取143,
S2、S3不再验算,综上高压和低压电缆热稳定性验算都满足要求。
4 结语
本双重电源设计方案中的ATS都具有自投自复功能,具有较高的自动化程度,不需要人工切换电源,避免了误操作。由于本设计中应用的ATS自动切换装置较多,在实际应用中,应严格把控ATS自动切换装置的质量,并且加强日常维护。