城市综合管廊电气工程设计要点探讨

赵 明, 李东晋

[1.林同棪国际工程咨询(中国)有限公司, 重庆 401121;2.重庆杰地建筑设计有限公司, 重庆 401121]

0 引 言

综合管廊是建于城市地下用于容纳两类及以上城市工程管线的构筑物及附属设施,并设投料口、进风排风机、人员出入口、通风、监控等附属系统。通过统一规划、设计、建设和管理,综合管廊避免了敷设或维修地下管线反复挖掘道路的情况,减少对道路交通和居民出行的影响和干扰,保持路面的完整和美观。

城市综合管廊附属工程电气部分主要包括供配电系统、应急照明系统、接地保护系统、监控与报警系统,部分管廊还要求设置智慧系统。随着我国经济的发展和市场的需求,综合管廊建设也进入了高速发展期。现在城市综合管廊设计主要依据规范GB 50838—2015《城市综合管廊工程技术规范》、GB/T 51274—2017《城镇综合管廊监控与报警系统工程技术标准》和图集17GL602《综合管廊监控及报警系统设计与施工》、17GL603《综合管廊监控及报警系统设计与施工》,但这些规范和图集仅对综合管廊基本设计做了概况性的描述,对于长距离综合管廊的供配电系统、监控及报警系统设计要点仍值得探讨,以下结合某科学大道综合管廊工程的设计情况,对长距离综合管廊设计提出相应要点。

1 工程概况

科学大道上干线综合管廊总长约60 km,其中已实施的核心区段整段均敷设有干线综合管廊,长度约28.6 km。干线综合管廊由两个舱组成:高压舱和综合舱。综合管廊断面图如图1所示。

图1 综合管廊断面图

2 综合管廊系统主要设计要点

综合管廊强电系统一般包括供电系统、配电系统、应急照明系统、接地保护系统和监控与报警系统。

2.1 供电系统

以往新建管廊的高压供电方案主要包含:单侧电源双回路树干式供电、两路独立的市政电源供电、多路市政电源供电、双侧电源双回路树干式供电、双侧电源环网式供电、单侧电源树干式供电等。

项目采用的是单侧电源双回路树干式供电方案。

根据该项目的特点,综合管廊用电设备负荷等级如表1所示。

表1 综合管廊内用电设备负荷分级

项目管廊总长度较长,若变电所间距过小,管廊内占地面积较多,投资会增加;变电所间距过大,会造成变电所出线电缆截面过大,也会使总造价过高。变电所的设置间距对管廊供配电设计具有决定性意见。本项目对以往管廊项目的总结并结合项目的特点,决定全线管廊配电所供电半径控制在800 m内,最大不超过900 m。

本工程管廊电压为10/0.4 kV,根据项目总体规划及实施顺序,平均每10～12 km由供电部门引两回10 kV线路环网供电至各个变电所,根据 《工业与民用供配电设计手册》(4版)(上册)供配电章节相关内容可知,10 kV电缆送电容量可达0.4～4 MW,供电距离在6 km以下;工程采用环网供电,所连接的变电所不超过7个。各变电所两台变压器互为备用。以项目中其中一段12 km管廊供电系统为例,供电网络示意图如图2所示。

为了避免影响沿线景观、提高土地利用率,将变电所设置在管廊设备间内,可抵御洪涝灾害,保证供电可靠性。由于二级负荷及消防负荷在总计算负荷中占比较大,单台变压器要承担所有二级消防负荷的要求,变压器负载率较低,应合理选择变压器,使单台变压器承担所有二级消防负荷时总的负载率控制在110%内。

2.2 配电系统

2.2.1 0.4 kV配电方案

以往综合管廊0.4 kV配电系统采用如下几种方式:

图2 供电网络示意图

(1) 放射式配电方式(1台变压器或2台变压器+集中EPS的电源方案);

(2) 放射式配电方式(1台变压器+分散式EPS的电源方案);

(3) 树干式配电方式(1台变压器或2台变压器+集中式EPS的电源方案);

(4) 树干式与放射式相结合方式。

工程采用第4种配电方式,消防水泵采用放射式配电方式,其余负荷采用树干式配电方式,在满足用电可靠性前提下,更多地节约了配电电缆用量。

2.2.2 电线、电缆的选择

现有城市综合管廊配电系统一般采用树干式配电,预分支电缆或刚性密集型母线的形式。刚性密集型母线因其施工难度较高、占据空间较大等原因较少被设计采用。预分支电缆类似母线槽配电方式,具有良好的性能,安装方便、占用空间小,在现有的设计中广泛使用,缺点是故障难以现场修复,该电缆不具有互换性,从项目施工及后期管理反馈情况来看,暴露出来的问题越来越多;现有的城市综合管廊作为城市总体规划的一部分,一般都考虑了与相邻道路的综合管廊接通,在建设工程中逐渐形成闭环的设计理念,预分支电缆树干式配出,电缆及其分支电缆的长度必须在设计时现场确认后方可订货并安装,且需要极高的精度;一旦施工完毕,后期无法再增加分支,只能更改整条配出电缆,并替换配电柜的馈线开关,费用多、影响大,后期运维困难。项目设计采用电缆T接箱方式替代预分支电缆分支配电形式,当分支电缆发生故障或增加分支电缆,改造较为方便,实际投资也未见明显提高,后期运维经济性大大提高。

2.3 应急照明系统

由于规范的不断完善,项目的应急照明采用双电源供电,末端设自动切换装置。疏散应急照明采用电源集中控制型智能应急照明系统。在配电装置处设蓄电池,持续供电时间≥1.5 h,集中电源的蓄电池组达到使用寿命周期后,标称的剩余容量应保证放电时间不小于1.5 h。灯具的主电源和蓄电池电源由集中电源提供,灯具主电源和蓄电池电源在集中电源内部实现输出后由同一配电回路为灯具供电。

智能应急照明控制主机设置在消防控制中心,任一台应急照明控制器直接控制灯具的总数量不应大于3 200台。当发生火灾时,智能应急照明系统可根据火灾探测器的信号,由该系统提供相应的疏散预案,自动变换疏散指示灯的疏散方向;当发生恐怖事件、失电、地震、水灾等,可以在智能疏散指示总控系统中人为发出信号,调整疏散方向,控制人流疏散,防止人员慌乱。应急照明系统和消防报警系统联动,借助消防报警系统探测器探测到的火灾信息,通过主机预设的逃生方案对疏散方向做局部优化调整,保证人员朝远离起火点的方向疏散。

2.4 接地保护系统

综合管廊内低压电气系统为TN系统,末端线路保护多利用低压配电箱馈线回路的剩余电流保护动作断路器兼单相接地故障保护。由于末端防火分区低压配电箱馈出至末端用电设备的配线线路较长,可能存在线路的单相接地故障电流过小,保护装置不能及时跳开的情况。若保护装置拒动,短路故障电流会长期存在,导致电缆过热,引起电气火灾,危及正常用户的电力线路,造成巨大的经济损失,更可能危及到用户和巡检人员的人身安全。故在设计时,需要复核断路器的保护灵敏度,必要时设置专用的带接地故障保护的断路器以提高灵敏度,在TN-S或TN-C-S系统中亦可采用剩余电流动作保护断路器。

2.5 监控与报警系统

综合管廊内设置环境与设备监控系统、安全防范系统、通信系统、火灾自动报警系统。

2.5.1 监控中心

60 km的综合管廊共设置一座主监控中心,并结合当地相关规划要求及建设时序,设置4个分监控中心,均设置于地面。其中核心段28.8 km设置3个监控中心,主监控中心为隧道和管廊合建的控制中心,设置在核心段。各控制中心对综合管廊进行不间断监控,保证综合管廊安全运营。

2.5.2 火灾自动报警系统

监控中心为独立的地面建筑,包含消防控制室、消防水泵房等各类设备用房。除了主监控中心和分监控中心设置消防控制室外,还在每个消防水泵房旁地面处设置一座消防值班室,是为了保证在发生火灾时,当联动控制及消防控制室手动启泵失效的情况下,消防人员能在5 min内在消防水泵房现场开启消防泵。

综合管廊报警系统包括火灾自动报警联动系统、防火门监控系统、电气火灾监控系统、燃气探测报警系统、消防电源监控系统。项目采用控制中心报警系统。主监控中心和分监控中心消防控制室设置集中火灾报警控制器,消防值班室设置区域火灾报警控制器。主监控中心的消防控制室为主控室,分监控中心的消防控制室为分控室。

在消防控制中心由手动控制盘按钮经由火灾自动报警系统网络与总线远程控制消防水泵,未采用控制电缆控制。根据GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》的规定,消防水泵等重要消防设备应能被设置在消防控制室内的手动控制盘以直接连接方式启动或停止;但综合管廊为带状的地下构筑物,不少城市综合管廊规模较大,长度从几公里至上百公里,消防控制室至现场的消防设备距离较远,采用直接启动线的方式由于距离太长不再适宜。因此,项目由手动控制盘按钮经由火灾自动报警系统网络与总线远程控制。

3 结 语

通过对以往城市综合管廊设计特点的概述,以重庆科学大道综合管廊实例,提出了长距离管廊内电气设备用房及管廊地面监控中心的设计原则和思路,并总结了该项目的设计要点,为类似工程设计提供参考。