市政综合管廊电气负荷计算探讨

杜永帮， 王 义

(深圳市市政设计研究院有限公司， 深圳518029)

0 引言

2015 年来，我国综合管廊发展快速，迄今为止，全国已有300 多个城市规划建设综合管廊，总里程超过6 000km，已建成综合管廊总里程超过4 000 km。 其中，第一、二批试点城市共计25 个，总建设里程约1 000 km，试点城市综合管廊具有分布范围广、项目类型多、入廊管线全的特点，目前，这些工程项目均已建成投运，在规划建设中积累了丰富的经验。

根据已建成投运综合管廊项目，现有综合管廊普遍存在计算负荷偏大、变压器常年低载运行、保护电器和导线选取偏大等问题，直接导致工程建设投资增加、后续运维成本过高。 因此，设计过程中如何根据负荷情况合理计算负荷，保障综合管廊经济可靠运行，成为综合管廊供配电设计面临的首要问题。

1 负荷类型及分级

城市地下综合管廊内的用电负荷包括风机、水泵、管道电动阀、检修插座箱、电动逃生井盖、照明、监控与报警设备、消防设备等。

GB 50838-2015《城市综合管廊工程技术规范》第7.3.2 条对负荷等级要求为“综合管廊的消防设备、监控与报警设备、应急照明设备应按现行国家标准GB 50052《供配电系统设计规范》规定的二级负荷供电。 天然气管道舱的监控和报警设备、管道紧急切断阀、事故风机应按二级负荷供电，且宜采用两回路供电；当采用两回线路供电有困难时，应另设置备用电源。 其余用电设备可按三级负荷供电”。

因此，管廊内负荷分为二级负荷和三级负荷，消防设备、监控与报警设备、应急照明设备以及天然气管道舱的监控和报警设备、管道紧急切断阀、事故风机按二级负荷供电，其余负荷按照三级负荷供电。

2 综合管廊运行工况及电气负荷运行特点

城市地下综合管廊本质上是一种管线敷设方式，首要功能是保障管线安全可靠运行。 综合管廊电气设计主要目的是保障管廊及廊内管线安全运行，针对管廊不同运行工况，管廊内的电气设备运行情况不同。

(1)平时工况:管廊内的火灾报警设备、监控设备、应急照明设备运行，这三大类设备为管廊内不间断运行设备，属于长期持续负荷。

(2)人员巡检工况:根据运维管理单位制定的运维章程，对管廊内管线、廊体定期巡检，检查管廊内各管线、设备、结构健康状况，一般情况为巡检前通风设备开启提前通风，巡检过程中沿线照明、通风设备根据巡检路线逐段开启，巡检时一般最多连续2 个分区通风和照明开启。

(3)排除余热工况:一般针对含电力电缆舱室，舱室温度高于40℃时启动风机降温，温度达到要求时停止通风。

(4)管线安装及检修工况:管廊建成投运后，后续存在管廊内进行管线敷设及维修情况，该工况下运行的设备主要为作业区间的通风、照明、检修插座箱(为安装和检修设备供电)，给水、再生水管线、天然气管道检修作业时还可能涉及到对应电动阀门、水泵等设备运行。

(5)积水工况:当管廊内局部廊道内积水时，需启动对应舱室水泵进行排水。

(6)环境异常工况:管廊舱室内含氧量、温湿度等达不到要求，或者有害气体浓度超过设定值时，需启动对应舱室通风设备换气。

(7)火灾工况:一般为火灾时人员逃生井盖开启、消防设备启动及灾后通风设备启动排除废气。

(8)天然气泄漏工况:天然气管道舱天然气浓度超过报警浓度设定值(上限值)时，需启动天然气事故段分区及其相邻分区的事故通风设备。

依据以上管廊运行工况，结合国内管廊运行现状分析，综合管廊内各用电设备运行特点如下。

(1)普通照明:综合管廊运维过程中一般考虑同一舱室前后两个分区开启，分区内普通照明一般所有灯具全部开启。

(2)普通舱室风机:一般巡检前0.5h 考虑单个变电所范围内单个舱室全线正常通风(不同运维规程要求略有不同)，管廊内环境(温度、气体浓度)异常时启动异常区间通风，这两类工况通风换气次数按照≥2 次/h 考虑；发生事故时启动事故段分区及其相邻分区的事故通风设备，通风换气次数按照≥6次/h 考虑。

(3)天然气舱室风机:一般巡检前0.5h 考虑单个变电所范围内单个舱室全线通风，管廊内环境(温度、非甲烷气体浓度)异常时启动异常区间通风，这两类工况通风换气次数按照≥6 次/h 考虑；发生事故时启动事故段分区及其相邻分区的事故通风设备，一般考虑事故分区前后分区及左右分区，通风换气次数按照≥12 次/h 考虑。

(4)监控和报警设备:一般管廊投运后正常全部投运，实时监测管廊各项指标及参数。

(5)水泵:普通水泵管廊集水坑里积水超过启泵水位时工作，平时一般不运行。 放空水泵有管道放空需求时启动，一般配合管道维修。

(6)火灾自动报警设备:一般管廊投运后正常全部投运。

(7)消防设备:火灾发生时启用。

(8)检修箱:管廊内管线安装或检修时使用，一般一台变压器供电范围内考虑1～2 处使用。

(9)管道电动阀:管道发生漏水、漏气时使用，一般为2 个阀门配套启动。

(10)电动井盖:管廊有检修人员进出或有人员逃生需求时启动，一般仅1 处启动。

(11)应急照明:管廊建成后启用，一直运行。

综上可知，管廊主体建成投运后，不间断运行的负荷有火灾自动报警、监控与报警、应急照明设备；其次风机、普通照明使用频率相对较高；消防、水泵、管道电动阀门、检修插座箱、电动井盖平时基本不使用。 可以看出，影响负荷计算的主要设备为管廊风机和普通照明。 照明运行工况相对单一，因此负荷计算的重点是依据管廊通风特性，合理计算风机负荷。

3 分区总配电箱负荷计算

GB 50838-2015《城市综合管廊工程技术规范》第7.3.3 条要求“综合管廊应以防火分区作为配电单元，各配电单元电源进线截面应满足该配电单元内设备同时投入使用时的用电需要”，本文中单独提及分区总配电箱负荷计算，主要因为分区总箱容量选取直接关系到干线电缆截面及保护电器的选取，而低压大截面电缆一般敷设于变压器低压母线至分区总配电箱之间，工程量大，因此合理计算分区总配电箱容量意义重大。

(1)单舱室管廊设置一处分区总配电箱、含天然气舱室双舱管廊(天然气舱室单独设置分区总配电箱，总共两处)，需要系数和同时系数的选取参见表1。

单舱室管廊需要系数和同时系数选取表 表1

以某单舱室管廊为例，原设计Pjs为42.83kW，经计算分区总配电箱容量参见表2。

单舱室管廊内各负荷容量 表2

经计算，本方法比常规计算方式减少约13%。

(2)对于多舱室管廊(除天然气管道舱室外舱室数量不小于2，舱室数量为N)，需要系数和同时系数的选取建议参见表3。

分区总配电箱负荷计算时，需充分了解管廊运行工况，按照最不利情况校核配电箱计算容量，保证特殊情况下用电设备的正常运行。

以某双舱室管廊为例，原设计Pjs为84.94kW，经计算，分区总配电箱容量参见表4。

经计算， 本方法比常规计算方式减少超过30%。

4 变压器负荷计算

对于变压器负荷计算，考虑到综合管廊负荷分散，供电距离一般在500 ～800m，管廊一般负荷较大，工况主要为以下几种情况。

多舱室管廊需要系数和同时系数选取表 表3

多舱室管廊需要系数和同时系数选取表 表4

(1)管廊巡检前通风工况，一般为巡检前半小时单舱室通风，基本为单个变配电所范围内管廊全线通风。

(2)天然气舱室泄露通风:一般为天然气舱室前后分区及隔壁舱室通风，4 个舱室风机启动。

(3)电缆火灾工况:一般为发生火灾舱室及前后舱室通风，根据管廊特性及工况，建议按照运行设备容量、需要系数、同时系数计算负荷。

变压器负荷需要系数和同时系数的选取参见表5。

需要注意的是:(1)消防、监控与报警、应急照明负荷按照安装容量考虑运行容量；(2)普通照明负荷按照最大功率单舱室相邻2 个分区考虑运行容量；(3)风机负荷按照单舱室风机全开(最大功率舱室)运行容量加一处舱室排除余热＼因环境异常起动风机、事故通风考虑容量，运行容量选取其中最大值；(4)水泵按照单台变压器两台水泵考虑运行容量，变压器供电范围若有排空水水泵，需按照1 处排空水水泵＋1 台最大排除积水水泵考虑容量，若无排空水水泵，按照最大功率两台水泵考虑运行容量；(5)电动井盖、检修插座箱按照单台变压器各1处考虑运行容量；(6)管道电动阀根据变压器供电范围内是否有电动阀门考虑安装容量，单根管道阀门数量大于1 时应结合应急工况启动阀门需求确定运行容量，不考虑两根管道阀门同时启动工况；(7)以上为考虑一台变压器为连续分区供电时负荷计算建议，若两台变压器交叉供电，则根据以上情况进行相应折减；(8)最终变压器选取应根据二级负荷需求进行校核，确保一路电源发生故障时所有二级负荷运行需求；(9)依据表5 进行同时系数选取过程中，应综合考虑各运行设备容量、性质在整个运行设备总容量占比。

变压器负荷需要系数和同时系数选取表 表5

以某双舱室管廊为例，原设计Pjs为174.66kW，经计算变压器低压母线侧计算负荷参见表6。

经计算， 本方法比常规计算方式减少超过30%。

双舱室管廊变压器负荷低压母线侧负荷容量 表6

5 结束语

当前我国已成为综合管廊投运里程最多的国家，里程数据还在逐年增加，综上所述，笔者认为合理的负荷计算方法对于节省管廊投资，推进国内管廊建设意义重大。 由于不同类型管廊、不同运维单位最终运维章程所确定的管廊运维方式会略有不同，运行工况及电气负荷运行特点也会有差异，同时，各设计人员在具体设计时供配电系统构成会有差异，因此本文仅为建议，具体应根据工程实际情况合理计算。 以上为笔者对综合管廊负荷计算的一点浅薄理解，希望能对各位电气同仁在以后的工作中有一些启发。