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摘要:城市綜合管廊的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)多種多樣，通過(guò)對(duì)綜合管廊自用負(fù)荷的分析及安全運(yùn)行的因素考慮，并結(jié)合綜合管廊設(shè)計(jì)案例，簡(jiǎn)要總結(jié)綜合管廊供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:綜合管廊；負(fù)荷等級(jí)；供配電方案
一、引言
近年來(lái)，隨著對(duì)城市化建設(shè)的快速推進(jìn)，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求，建設(shè)地下綜合管廊是實(shí)現(xiàn)城市基礎(chǔ)設(shè)施彈性化、集約化和可持續(xù)發(fā)展的重要措施，因此相繼出臺(tái)了一系列推動(dòng)綜合管廊建設(shè)的意見(jiàn)和規(guī)范，越來(lái)越多的城市都在加快推進(jìn)綜合管廊的規(guī)劃、建設(shè)。
綜合管廊的功能相對(duì)明確單一，其作為城市主動(dòng)脈，重要性不言而喻，供配電系統(tǒng)作為綜合管廊主要的附屬工程，為管廊內(nèi)消防、通風(fēng)、排水、照明、監(jiān)控、安防、通信等系統(tǒng)提供電力保證，因此保障管廊安全運(yùn)行是供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)。
通過(guò)對(duì)多個(gè)綜合管廊項(xiàng)目的分析，并結(jié)合筆者參與的項(xiàng)目，對(duì)綜合管廊的供配電設(shè)計(jì)方案進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
二、項(xiàng)目概況
西安市某新區(qū)南北三號(hào)路綜合管廊為該區(qū)先期啟動(dòng)建設(shè)的管廊之一，位于道路非機(jī)動(dòng)車(chē)道及人行道下，全長(zhǎng)約1.1km。收納的管線包括電力、通信、給水、再生水、污水、雨水、天然氣，設(shè)有綜合艙、纜線艙、天然氣艙、雨水艙，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，詳見(jiàn)圖1。
三、負(fù)荷分級(jí)
綜合管廊做為城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，中斷供電將存在重大的安全隱患，因此確定為二級(jí)負(fù)荷供電。采用兩路電源供電，以保證供電的可靠性，每回路均能負(fù)擔(dān)100％二級(jí)負(fù)荷。負(fù)荷分類(lèi)如表1所示。
四、供電電源
綜合管廊供電電源的方案選擇，主要依據(jù)管廊的建設(shè)規(guī)模、近遠(yuǎn)期規(guī)劃情況、周邊電源情況、管廊的運(yùn)營(yíng)模式等綜合確定。
南北三號(hào)路綜合管廊為該新區(qū)先期 啟動(dòng)建設(shè)的多條管廊之一，該區(qū)域管廊規(guī)劃密度高，各管廊之間相互連通，成網(wǎng)成片，因此供電電源的選擇應(yīng)統(tǒng)籌考慮(見(jiàn)圖2)。
由于綜合管廊內(nèi)用電設(shè)備均為0.4kv低壓設(shè)備，因此供電電源可采用10kv或0.4kV供電方案。
結(jié)合常寧新區(qū)綜合管廊規(guī)劃特點(diǎn)，若采用0.4kV供電方案，受電壓損失影響，各條綜合管廊需頻繁從附近變電站引接電源，考慮常寧新區(qū)多為待開(kāi)發(fā)地塊，因此存在電源引接困難等問(wèn)題，且為后期管廊的管理、運(yùn)維造成諸多不便，因此確定本工程采用10kV供電方案。同時(shí)常寧新區(qū)規(guī)劃建設(shè)有綜合管廊監(jiān)控中心一座，設(shè)計(jì)將該監(jiān)控中心，作為10kV配電中心，對(duì)區(qū)域內(nèi)綜合管廊進(jìn)行統(tǒng)一的運(yùn)營(yíng)管理、監(jiān)控管理及配電管理。
五、供電方案
綜合管廊采用10kV供電，0.38kV配電的形式。在綜合管廊沿線設(shè)置10/0.4kv分變電所(或箱式變電站，以下簡(jiǎn)稱(chēng)箱變)，對(duì)管廊內(nèi)附屬設(shè)施進(jìn)行低壓配電。
根據(jù)綜合管廊二級(jí)負(fù)荷供電需求。需由供電中心敷設(shè)兩路10kV電纜為管廊沿線箱變供電，供電中心由于需增加出線間隔而擴(kuò)大規(guī)模，同時(shí)為少量的二級(jí)負(fù)荷需額外敷設(shè)一路價(jià)格高昂的10kV電纜，而且該種供電方式，在管廊現(xiàn)場(chǎng)箱變內(nèi)常設(shè)置有兩臺(tái)變壓器，同時(shí)工作，互為備用，可見(jiàn)此種供電方案前期投入資金較大，供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)冗雜，雙變壓器的運(yùn)行，也為后期的運(yùn)維增加成本。
由于綜合管廊的供配電系統(tǒng)存在比較鮮明的特點(diǎn)，如負(fù)荷分散，供電距離較長(zhǎng)，且所有電氣設(shè)備運(yùn)行的同時(shí)系數(shù)較低等，二級(jí)負(fù)荷相較于整個(gè)配電系統(tǒng)而言，容量更小且供電時(shí)間要求短。根據(jù)這些特點(diǎn)，在管廊現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置一臺(tái)變壓器加一臺(tái)EPS的配電形式，變壓器作為管廊正常運(yùn)行的供電電源，EPS作為正常供電以外的備用電源，即可滿(mǎn)足二級(jí)負(fù)荷的供電要求。
同時(shí)lOkV供電系統(tǒng)采用環(huán)網(wǎng)式供電，各箱變內(nèi)設(shè)置一進(jìn)兩出共三面10kV環(huán)網(wǎng)柜，一路出線接自用變壓器，一路出線與片區(qū)內(nèi)相鄰、相交道路管廊的變壓器相連，組成環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)，10kV線路首尾兩端均由監(jiān)控中心的10kV不同母線段引出，(監(jiān)控中心進(jìn)線電源采用雙回路供電)，提高供電可靠性。
日常運(yùn)行時(shí)，10kV環(huán)網(wǎng)線路中間位置斷開(kāi)，兩段10kV供電線路獨(dú)立運(yùn)行，當(dāng)環(huán)網(wǎng)內(nèi)某一箱變出現(xiàn)故障或監(jiān)控中心1Okv母線需要檢修時(shí)，可調(diào)整環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)10kV斷路器的開(kāi)合，切換供電線路。
南北三號(hào)路綜合管廊即采用10kV環(huán)網(wǎng)式供電，電源由片區(qū)內(nèi)監(jiān)控中心10kV配電室引出，管廊現(xiàn)場(chǎng)箱變?cè)O(shè)置變壓器一臺(tái)，對(duì)本工程進(jìn)行低壓配電，并在管廊內(nèi)配電室，設(shè)置EPS電源柜一臺(tái)，作為本工程二級(jí)負(fù)荷的備用電源。
六、供配電系統(tǒng)
綜合管廊采用10kV供電，0.38kV配電的形式，10kV配電線路沿管廊內(nèi)敷設(shè)，根據(jù)管廊用電負(fù)荷密度較低，總?cè)萘枯^小等特點(diǎn)，綜合考慮監(jiān)控中心服務(wù)半徑，電纜電壓損失等因素，確定10kV供電線路按6km控制，每回10kV線路正常運(yùn)行所帶變壓器數(shù)量按5臺(tái)(或1000kVA)控制。
監(jiān)控中心10kV配電系統(tǒng)，采用分段單母線接線，母線不分段運(yùn)行的配電方式，兩路10kV總電源，在進(jìn)線柜內(nèi)設(shè)合閘閉鎖裝置，嚴(yán)禁同時(shí)合閘。
綜合管廊內(nèi)用電設(shè)備容量相對(duì)較小，數(shù)量較多，且分散，在管廊沿線呈線型分布，從配電系統(tǒng)的合理性考慮，供電距離越短，電壓損失越小，從投資造價(jià)角度考慮，箱變數(shù)量設(shè)置越少，投資越低，結(jié)合市政道路供配電設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及管廊防火分區(qū)的劃分特性，配電半徑按照600m~700m(約3個(gè)~4個(gè)防火分區(qū))控制，極限不大于lkm(5個(gè)防火分區(qū))。
管廊0．38kV配電以防火分區(qū)作為配電單元，各分區(qū)分別設(shè)置總動(dòng)力配電箱及雙電源配電箱?？倓?dòng)力箱負(fù)責(zé)配電單元內(nèi)三級(jí)負(fù)荷的配電，采用單電源進(jìn)線，由箱變直接引入。雙電源箱負(fù)責(zé)配電單元內(nèi)二級(jí)負(fù)荷配電，采用雙電源進(jìn)線，一路由箱變引入，一路由EPS引入?？紤]管廊內(nèi)供電距離長(zhǎng)、負(fù)荷分散、使用頻率較低等特點(diǎn)，由箱變至各配電單元采用預(yù)分支電纜樹(shù)干式配電，此方案可有效減少配電主干電纜的使用，節(jié)約投資，提高利用率。
七、照明系統(tǒng)
綜合管廊內(nèi)照明分為正常照明和應(yīng)急照明。各分區(qū)出入口、逃生口、管廊人員出入口位置，均應(yīng)設(shè)置控制開(kāi)關(guān)，供人員進(jìn)入該防火分區(qū)時(shí)使用。應(yīng)急照明需與火災(zāi)報(bào)警控制器聯(lián)動(dòng)，且優(yōu)先級(jí)高于手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。
八、AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺(tái)
1.平臺(tái)概述
AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺(tái)集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)于一體，為建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體系提供數(shù)據(jù)支持，從數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)架構(gòu)、聯(lián)動(dòng)控制和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計(jì)，解決了綜合管廊在管理過(guò)程中存在內(nèi)部干擾性強(qiáng)、使用單位多及協(xié)調(diào)復(fù)雜的根本問(wèn)題，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境和設(shè)備的使用和恢復(fù)效率。
2.平臺(tái)組成
安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)是一個(gè)深度集成的自動(dòng)化平臺(tái)，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能馬達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源系統(tǒng)、防火門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶(hù)可通過(guò)瀏覽器、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù)，通過(guò)一個(gè)平臺(tái)即可全局、整體的對(duì)管廊用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時(shí)滿(mǎn)足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、高效、有序的要求。
3.平臺(tái)拓?fù)鋱D
4.平臺(tái)子系統(tǒng)
4.1電力監(jiān)控
電力監(jiān)控主要針對(duì)10/0.4kV地面或地下變電所，對(duì)變電所高壓回路配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對(duì)0.4kV出線配置多功能計(jì)量?jī)x表，用于測(cè)控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實(shí)時(shí)監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置、發(fā)電機(jī)控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測(cè)、遙調(diào)、事故報(bào)警及記錄等。
4.2環(huán)境監(jiān)測(cè)
環(huán)境監(jiān)測(cè)包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃?xì)怏w濃度、門(mén)禁、視頻、空調(diào)、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預(yù)警，同時(shí)也可接入管廊艙室內(nèi)的水泵和通風(fēng)排煙風(fēng)機(jī)等設(shè)備集成的第三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。
4.3馬達(dá)監(jiān)控
馬達(dá)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)對(duì)管廊電機(jī)的保護(hù)、遙測(cè)、遙信、遙控功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)過(guò)載、短路、缺相、漏電等異常情況的保護(hù)、監(jiān)測(cè)和報(bào)警。在需要的情況下可以設(shè)置聯(lián)動(dòng)控制。
4.4電氣安全
AcrelEMS-UT能效管理系統(tǒng)針對(duì)配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應(yīng)的電氣火災(zāi)傳感器、溫度傳感器，消防設(shè)備電源傳感器、防火門(mén)狀態(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，并且對(duì)UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，發(fā)生異常時(shí)通過(guò)聲光、短信、APP及時(shí)預(yù)警。
4.5智能照明控制
① 防火分區(qū)單獨(dú)控制，分區(qū)內(nèi)設(shè)置智能控制面板就地驅(qū)動(dòng)器；開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器連接消防報(bào)警系統(tǒng)，接收消防報(bào)警信息，強(qiáng)制打開(kāi)驅(qū)動(dòng)器回路。
② 廊內(nèi)上方安裝智能照明傳感器，使人員進(jìn)入管廊內(nèi)自動(dòng)開(kāi)啟燈具，在管廊內(nèi)停留燈具保持常亮，離開(kāi)后燈具關(guān)閉。
③ 除了現(xiàn)場(chǎng)的控制方式外，還可用電腦端實(shí)現(xiàn)集中控制，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控當(dāng)前區(qū)域的照明情況，必要時(shí)可遠(yuǎn)程控制該區(qū)域的照明。
④ 考慮現(xiàn)場(chǎng)模塊分布較廣，距離過(guò)長(zhǎng)，除了現(xiàn)場(chǎng)的控制方式外，還可用電腦端實(shí)現(xiàn)集中控制，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控當(dāng)前區(qū)域的照明情況，必要時(shí)可遠(yuǎn)程控制該區(qū)域的照明。
⑤ 系統(tǒng)支持單控、區(qū)域控制、自動(dòng)控制、感應(yīng)控制、定時(shí)控制、場(chǎng)景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，支持延時(shí)控制，避免同時(shí)亮燈負(fù)荷對(duì)配電系統(tǒng)造成沖擊。模塊不依賴(lài)系統(tǒng)，可獨(dú)立工作，每個(gè)模塊均自帶時(shí)間模塊，可根據(jù)經(jīng)緯度自動(dòng)識(shí)別日出日落時(shí)間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能。
九、相關(guān)平臺(tái)部署硬件選型清單
十、結(jié)語(yǔ)
綜合管廊作為重要的市政基礎(chǔ)設(shè)施，在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該充分考慮各種因素，對(duì)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化比選。供配電設(shè)計(jì)作為其中的一項(xiàng)內(nèi)容，更應(yīng)在保證功能條件下，提高設(shè)計(jì)的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。
綜合管廊采用單套箱變配電，半徑按600m～700m控制，采用預(yù)分支電纜樹(shù)干式供電，并采用EPS作為備用電源，既能保證供電的安全、可靠，并能大大減少工程投資。
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