城市综合管廊工程电气自控设计的要点分析

2023-01-04侯瑞堃蔡芙蓉

光源与照明 2022年1期

侯瑞堃，蔡芙蓉

1.杭州市城乡建设设计院股份有限公司，浙江杭州 310000

2.航天科工广信智能技术有限公司，浙江杭州 310000

0 引言

综合管廊的建设不仅能缓解城市用地紧张的局面，还能保护各类管线，减少管线铺设对城市道路的损坏。综合管廊具有供电距离长、容量分散等特点，这就要求在建设管廊时做好电气自控设计工作。基于此，文章从综合管廊的起源及发展入手，以综合管廊工程中电气自控工程的特点为出发点，分析了综合管廊工程中的电气自控设计要点。

1 城市综合管廊工程的起源及发展

综合管廊作为地下管道的综合通道，可以实现设计、建设、管理的多方统一，可以结合城市建设中的排水、电力、通信等管道，在很大程度上推动城市建设的步伐，是一项综合性、实用性较强的工程项目。综合管廊工程首次面世是在19世纪，当时的巴黎为处理、整治地下各类管道分布杂乱、不便于管理的问题，提出地下管道整改计划，综合管廊的建设随即开展。经过不断的建设与完善，建成后的巴黎城市综合管廊工程总长度百余千米，在巴黎城市建设中起着十分重要的作用[1]。随后，在汉堡、伦敦等城市以及美国等国家也开始筹备、构建城市综合管廊项目。目前，随着经济和科技的进步，综合管廊工程也在不断发展与完善，已然成为保障城市正常运转的重要基础设施，也成了城市地下空间建设不可缺少的一部分。我国虽在城市综合管廊工程方面起步较晚，但已经出台城市综合管廊工程建设的有关文件，为综合管廊的建设和发展提供了有效保障。

2 城市综合管廊工程的建设特点

综合管廊工程不同于以往的地下工程项目，其建设存在以下特点。

（1）因地下作业缺少自然光照，需长时间用人工照明等方式提供正常的工作光源。

（2）通常情况下，综合管廊修建后只有巡检人员会定期进入例行检查，而无其他人员逗留，因此需要取消消防广播的安装。实施的消防措施也与普通的地下建筑有较大区别，如不可使用常规喷淋灭火装置，需采用气体灭火装置。

（3）天然气管道和天然气舱等均为易爆危险区域，在选择监控系统和电气设备时，应充分考虑防爆因素，同时还应设置探测可燃气体的报警装置。

（4）相关规范中要求，无特殊情况时，项目设备供电应选用二级负荷，以确保连续供电和人员安全。其中，监控系统、报警系统、应急照明系统、消防系统等多使用EPS、UPS来保证供电的稳定性。

（5）电力舱包含10 kV、110 kV、220 kV的电力电缆，同时排放比例较密集，开启工作模式后会散发大量热量，存在火灾隐患，需设置温度监测系统对其进行实时管控。

（6）因地下空间多数存在潮湿、阴冷、通风较差等问题，需安装通风机或通风设备开展干燥和换气作业，电气自控设备的防护等级要高于普通等级。

（7）除必需的设备和环境监测、预警报警系统外，还需配备通信、安防等系统来确保人员的安全。

总而言之，综合管廊工程的整体长度较长，建设方可依照以上较为突出的特点进行总结和设计，并根据实际施工情况作出整改和调整，以确保整体工程的合理性、可靠性、实用性、稳定性和安全性[2]。

3 城市综合管廊工程中电气自控设计的要点

3.1 电气自控图纸绘制

在绘制电气自控图纸时，应做好以下工作：（1）图纸应符合管廊设施的相关技术规范；（2）监控、报警系统应综合考虑系统集成，以利于工程顺利开展；（3）电缆编号和设备标注应清晰、简洁、准确；（4）在绘制长距离图纸时，应确保其整体、局部、细节等方面的完整、精准；（5）需总结监控、报警系统，形成模块化的设计方案。

3.2 供电负荷计算

一般采用系数法计算供电负荷，但该方法在现有的参考资料中的阐述并不完整。因此，电气设计人员可以将电气理论知识作为出发点，结合自身的设计经验和计算负荷的定义，了解、研讨工程的运行模式，计算供电负荷。通常，在高压供电的情况下，应配备2台变压器进行作业，在其中1台因故障无法正常运行、停止工作时，另1台可承担二级以上的供电负荷，以确保监控系统以及应急照明、消防等设备的正常使用[3]。考虑到地下空间的特点，主要负荷为照明负荷且较稳定，可不必区分管廊舱室和工程地域的性质；检修箱、排水泵、防盗井盖等的负荷时间短，不会影响供电负荷计算；工程对散热和通风的具体要求存在差异，风机的负荷存在明显差别。

3.3 系统集成

在明确系统要求和设备特征的前提下，若想将一些子系统集成到其他子系统中，需注意以下事项：（1）为保障管廊按照计划平稳运行，需统一管理平台，以工程的实际建设准则为依据，并在控制中心或监控中心中进行设置；（2）在电力系统中，可构建电缆环流监测、电缆局部放电监测、接地故障电流监测、电缆温度监测等系统，并与火灾报警系统进行联动；（3）热力、燃气、给排水系统中可设置管道流量、压力、温度监测系统，可适当针对重要阀门进行控制和调节，并将其集成到设备和环境监测系统中；（4）在设备和环境监控系统中，集成具有特殊要求的管廊结构位移监测系统和管廊设置最低点水位探测器。

3.4 配电形式和供电方案设计

在相关技术规范中明确规定，各管廊内部每个独立舱室应作为防火分区，并采取防火分区的配电模式。各个配电单元电源线的进线截面需符合此配电单元内所有设备的要求。同时，还应将不同的防火分区消防设备配电干线进行分区处理，选取与之匹配的配电回路进行配电。（1）低压配电系统。低压配电系统采用220/380 V放射式与树干式相结合的配电方式，低压电源电缆自变电所引出，分别引向各个防火分区的用电设备。（2）消防负荷。采用双电源供电，并在末端箱内自动切换。两路电源引自变电所内不同的变压器。（3）排烟、排风机设备。排烟、排风机设备的过载保护只报警，不跳闸。（4）排风、排烟机。平时由自控系统控制，在火灾时，由消防控制室控制，消防控制室具有控制有限权。

燃气舱用电设备、消防设备、监控与报警系统、应急照明系统等，均为综合管廊工程的二级用电负荷，需按照二级负荷的具体要求进行供电[4]。同时，还应依照建设规范合理地设置配电间、分变电所、主变电所，并统一管廊防火分区与节点等的代号和名称编号，进一步落实BIM数字化管理。

目前，高压10 kV电源为综合管廊的常用供电电源，其主变电所一般情况下与监控中心相连，并设置在室内；分变电所采用管廊节点和箱式变电站结合的模式。为了赋予管廊更多的管理功能，部分城市会要求在管廊内添加电信广电终端箱、供电电缆分支箱、交接箱、环网柜等设备。管廊供电还应充分考虑周边的城市设施，如安防报警、交通信号、广告照明、道路照明等设施，做好协调供电工作。在城市地下道路用电为一级负荷时，可采用双重电源模式，以满足实际的供电需求[5]。例如，在路灯照明的控制过程中，建造方需预留出线回路，以确保其路灯照明符合要求。

3.5 管廊接地系统设计

相关规范中对管廊接地系统的规定较为详细，结合管廊内变电所信息化建设的要求，以及相关设计手册和参考材料，低压接地系统多采用TN-S系统。管廊内部接地网除使用管廊本体钢筋外，应依照相关要求和标准使用规格合格的热镀锌扁钢。为保障电气通路，在伸缩缝处可用软铜编织带替换热镀锌扁钢带进行连接，或采用国标图集14D504中的连接方式；在通过分区防火门时，应改为暗敷。在建设现场常发现综合管廊节点位置的管线和设备无处接地的现象。为此，在设计中应在变电所节点处增设MEB总等电位端子箱，用于管线接地；在投料口、通风口、引出口均应增设LEB局部等电位端子箱。

3.6 照明系统设计

照明设备通常情况下可分为正常照明设备和应急照明设备。综合管廊中的照明亮度一般设置在50 lx，在利于人们通行的同时，也便于管线检修工作的开展。另外，管廊内部的照明设备只有在检修阶段才开启。在设计时，应依照实际需求，适当增加或减少照明亮度，避免能源浪费；应在出口位置和设备操作部位增加照明亮度。在综合管廊内部，要求疏散照明设备的亮度不小于0.5 1x，应急电源的供电时间大于1 h。此外，还应选用防水、防潮的灯具，防护级别在IP54以上。

3.7 安全防范系统设计

可将安全防范系统划分为闭路电视监控系统、出入口控制系统和防盗报警系统。在设计过程，需注意以下内容。（1）将控制监控机房设置在控制中心内，于每个区域的设备之间设置机柜监视器；（2）分别在区域设备门口和综合管廊全部检修口的位置设置门禁读卡器设备；（3）为及时针对非法进入进行报警，可在综合管廊的进料口和区域设备之间的位置设置防盗报警探测设备，防盗报警探测器可选用红外微波双鉴探测器；（4）在进行防火分区工作时，每间隔200 m可使用吸顶安装办法，安装1台球形摄像机，其针对管廊内部情况可起到24 h监控的作用。

3.8 计算机系统设计

管廊监控中心计算机系统可监控管廊全部防火分区的运行状态，其中的设备包括监控工作站计算机、安防监控计算机、工业以太网光电交换机、各类数据服务器、相关输入输出设备，等等。在工业以太网光电交换机的作用下，可连接设备监控工作站的计算机与现场控制站的PLC控制器，计算机可以与PLC控制进行通信并下达相关命令，同时还可以启动和关闭现场设备。计算机采用SCAND组态软件操作，可直观地在显示屏幕上呈现管廊内设备控制的模拟图像，并显示设备的运行情况、故障信息和相关数据等。此外，设备监控工作站计算机能和火灾自动报警系统连接、通信，在接收火灾报警消息后，能让全部PLC控制器将相关消防设备的控制权限转移到火灾自动报警控制器。安防控制计算机和安防主机、视频监控主机的通信作用在于避免遗漏管廊内安全报警器传递的报警信息，还能在计算机屏幕上显示相关部位的视频监控画面。同时，利用控制中心内的数据和网络服务器能组建和完善综合管廊网络监控平台，并在互联网协助下，充分利用移动电子设备随时了解、监测综合管廊的运行情况；还可根据实际需求设置不同等级的控制权限，直接控制管廊内的设备。

3.9 通信系统设计

固定电话系统及无线通信系统是通信系统的核心内容。其中，无线通信系统又可划分为以下两个系统。（1）管廊内人员安全控制支撑系统。人员安全管控系统可以用于管廊内的无线语音通信。将脐带式无线通信基站组安装在管廊内部，让管廊内部处于无线语音通信覆盖范围，随后给相关工作人员派发专用智能终端，以起到终端定位的作用。同时，还可接入公共电话交换网络，与当地业务电话、办公电话之间进行连接。（2）无线AP系统。无线AP系统的主要组成包括分控中心的无线控制器AC、工作站、光纤环网、管廊现场无线AP等。在防火分区内，每间隔100 m应配备1台无线AP。