綜合管廊供電系統(tǒng)方案設計探討
——以牛寨山路綜合管廊負荷情況為例

嚴錦堯

(福建省交通規(guī)劃設計院 福建福州 350004)

0 引言

綜合管廊是近年來我國城市基礎設施建設的主要內容之一。保證綜合管廊內照明、通風、排水、監(jiān)控、報警、消防等設施的供電可靠性，是綜合管廊內管線穩(wěn)定運行及日常維護的必要條件。本文以平潭綜合實驗區(qū)牛寨山路綜合管廊的負荷情況為例，通過負荷等級和供電要求的分析，提出具有類似負荷的綜合管廊，在規(guī)模、布局、取得電源容易程度不同的情況下，中壓和低壓供電系統(tǒng)的接線方案，以供討論。

1 負荷分析及供電要求

不同的負荷等級所對應的供電要求不同，因此，在進行綜合管廊供電系統(tǒng)設計之前，應先對綜合管廊內的負荷進行分析，明確綜合管廊內有哪些負荷等級，再根據(jù)不同負荷等級的供電要求，進行供電系統(tǒng)設計。下文以牛寨山路綜合管廊的負荷情況為例進行分析。

1.1 牛寨山路綜合管廊的負荷情況

牛寨山路綜合管廊位于平潭綜合實驗區(qū)金井灣片區(qū)，呈“一”字形布置，全長1.724km，包含9個完整的防火分區(qū)，為包含電力、通信纜線的綜合管廊。管廊內的負荷有：照明、通風機、排水泵、檢修插座、監(jiān)控與報警(含環(huán)境與設備監(jiān)控、安全防范、專用通信、火災報警)、應急照明、消防、電動液壓逃生井蓋等。

1.2 牛寨山路綜合管廊負荷等級分析

根據(jù)《城市綜合管廊工程技術規(guī)范》(GB50838-2015)7.3.2條，“綜合管廊的消防設備、監(jiān)控與報警設備、應急照明設備應按現(xiàn)行國家標準《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》GB50052規(guī)定的二級負荷供電?！盵1,2]因此，應將牛寨山路綜合管廊內的消防、監(jiān)控與報警、應急照明設備列為二級負荷。電動液壓逃生井蓋做為發(fā)生火災等事故情況下逃生出口，屬于消防設備，應列為二級負荷。其他用電設備列為三級負荷，如表1所示。

表1 牛寨山路綜合管廊負荷表

1.3 供電要求

圖1 單母線分段系統(tǒng)圖

根據(jù)《城市綜合管廊工程技術規(guī)范》(GB50838-2015)7.3.2條規(guī)定，表1所列的二級負荷應按《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》(GB50052-2009)規(guī)定的二級負荷進行供電。根據(jù)《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》(GB50052-2009)3.0.7條“二級負荷的供電系統(tǒng)，宜由兩回線路供電。在負荷較小或地區(qū)供電條件困難時，二級負荷可由一回6kV及以上專用的架空線路供電。”同時，根據(jù)該條款的條文解釋可知，負荷較小或地區(qū)供電條件困難，允許采用一回6kV及以上的專用架空線路供電，是考慮到架空線路修復方便。如果線路自變電所引出采用電纜線路時，則應采用兩回線路供電。由于綜合管廊主要建設在城市規(guī)劃區(qū)內，一般情況下不允許采用架空線路，而應采用電纜線路。因此，為綜合管廊二級負荷供電的線路一般應采用兩回電纜線路。另外，根據(jù)《工業(yè)與民用配電設計手冊》[3]，二級負荷對供電電源的要求規(guī)定，除采用兩回線路外變壓器也應采用兩臺。若采用兩回10kV線路一臺變壓器的供電方式，當變壓器故障時，將造成管廊內二級負荷長時間停電，不利于管廊穩(wěn)定運行。綜上分析，給牛寨山路綜合管廊二級負荷供電系統(tǒng)應采用雙回10kV電纜線路和兩臺變壓器供電方式。

2 供電系統(tǒng)設計

2.1 中壓系統(tǒng)設計

雙回10kV線路供電時，可采用以下兩種接線形式：

(1)單母線分段，兩段母線分列運行，兩回線路同時供電，互為備用。

(2)單母線不分段，兩回線路一路供電，一路(熱)備用。

由于綜合管廊屬于帶狀結構，負荷成線性分布，相應的分變電所應沿管廊沿線布置，因此分變電所變壓器與10kV中壓饋電干線宜采用樹干式接線方式。

當采用單母線分段時，可采用圖1的系統(tǒng)接線。

正常運行時，兩路10kV線路同時供電，母聯(lián)開關斷開，兩回線路各帶一半負荷，當其中一路電源失電時，母聯(lián)開關閉合，由另一路10kV線路負責全部負荷的供電。兩個進線斷路器與母聯(lián)斷路器應設置電氣聯(lián)鎖，3個斷路器只能同時合閘2個。從兩段母線各引一回10kV線路給相同段的綜合管廊供電，每隔0.8km～1.2km(考慮到供電壓降，低壓供電距離不宜過長)分別設置1臺變壓器，序號相同的變壓器A與B(如1#變A與1#變B)及其低壓系統(tǒng)組成一個分變電所，同時為管廊相同的區(qū)段供電。每回10kV線路T接的變壓器數(shù)量不應超過5臺。

采用單母線不分段時，可采用圖2系統(tǒng)接線。

圖2 單母線不分段系統(tǒng)圖

正常運行時，兩路10kV線路一用一(熱)備，每一路進線可承擔100%負荷。當一路發(fā)生故障時，由雙電源切換裝置切換至另一路供電，兩個進線斷路器同時只能合閘一個。采用該接線方式時，出線回路數(shù)不應超過6回。從母線引兩回10kV線路給相同段的綜合管廊供電，每隔0.8km～1.2km分別設置1臺變壓器，分變電所的設置及每回10kV線路T接的變壓器數(shù)量與前述單母線分段相同。

2.2 兩種中壓系統(tǒng)接線方案穩(wěn)定性分析及適用情況

采用系統(tǒng)圖1的單母線分段接線方案時，任一段母線故障仍可保證綜合管廊的供電，供電可靠性較高，同時10kV出線數(shù)量較多，適用于綜合管廊規(guī)模較大，成“十”字形、“井”字形分布的情況。采用系統(tǒng)圖2的單母線不分段接線方案，當母線故障時，將導致為管廊供電的兩回10kV線路同時停電，因此，可靠性低于單母線分段接線。同時10kV出線不應超過6回，較適用于綜合管廊規(guī)模一般，成“一”字形、“T”字形分布的情況。牛寨山路綜合管廊長1.724km，規(guī)模不大，呈“一”字形分布，可采用圖2系統(tǒng)接線方式。

2.3 低壓系統(tǒng)設計

2.3.1低壓系統(tǒng)總體設計

綜合管廊低壓供電系統(tǒng)，應根據(jù)綜合管廊內的負荷情況及運行環(huán)境進行設計。

由于綜合管廊內部空間較為狹小，采用PE線與N線分開的TN-S系統(tǒng)，有利于減少對人員的間接電擊危害，因此，綜合管廊一般采用TN-S系統(tǒng)接地型式。綜合管廊的接地網(wǎng)應采用環(huán)形接地網(wǎng)，接地電阻不應大于1歐，同時宜與監(jiān)控與報警系統(tǒng)的功能接地、雷電防護接地共用接地網(wǎng)。

以牛寨山路綜合管廊為例，存在如表1所示二級負荷和三級負荷，根據(jù)《城市綜合管廊工程技術規(guī)范》(GB50838-2015)，綜合管廊應以防火分區(qū)作為配電區(qū)間，因此，應在每個防火區(qū)段的配電間設置1臺二級負荷配電箱和1臺三級防負荷配電箱，分別為本區(qū)間的二級負荷和三級負荷供電。二級負荷配電箱，由2臺變壓器的二級負荷總配電柜各引一回路，經(jīng)ATS雙電源切換裝置進行供電，三級負荷配電箱，由2臺變壓器中任一臺變壓器的三級負荷總配電柜引一回路進行供電。低壓配電系統(tǒng)接線如圖3所示。

圖3 低壓配電系統(tǒng)圖

為保證末端設備供電電壓，每個分變電所供電的配電區(qū)間宜4～6個，由分變電所從中間往兩側供電，每側各供2～3個配電區(qū)間(每個配電區(qū)間約200m)。

當管廊規(guī)模較小，并且從公共電網(wǎng)取得低壓電源容易的情況下，可直接從公共電網(wǎng)引接兩回0.4kV低壓線路進行供電(兩回0.4kV低壓線路須分別引自由兩回10kV線路分別供電的變壓器母線)，采用圖4配電系統(tǒng)接線方式。

圖4 從公共電網(wǎng)引接兩回0.4kV低壓線路的配電系統(tǒng)圖

主接線采用單母線分段，兩路進線同時供電，各帶50%負荷，兩個低壓進線斷路器和母聯(lián)斷路器應設置電氣連鎖，3個斷路器同時只能合2個。

2.3.2防火分區(qū)配電單元系統(tǒng)設計

(1)二級負荷配電箱系統(tǒng)設計

二級負荷配電箱分別從2臺二級負荷總配電柜(分別由2臺變壓器供電)或2段低壓母線，各引一回低壓線路，通過ATS雙電源切換裝置進行供電。

綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)中的環(huán)境與設備監(jiān)控、安全防范、專用通信系統(tǒng)主要由進行數(shù)據(jù)實時處理的電子設備構成，對電源穩(wěn)定性、連續(xù)性要求較高，應采用不間斷電源裝置進行供電。因此，應由二級負荷配電箱先供電給UPS，再由UPS給以上系統(tǒng)供電。

根據(jù)《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》(GB50116-2013)，監(jiān)控與報警系統(tǒng)中的火災自動報警系統(tǒng)應設置交流電源和蓄電池備用電源，交流電源應采用消防電源，備用電源可采用火災報警控制器自帶的直流備用電源[4]。因此，火災報警系統(tǒng)應由二級(消防)負荷配電箱供電，同時火災報警控制器需自帶直流備用電源。

由于管廊內空間較為狹小，環(huán)境潮濕，同時，因應急照明回路不可裝設剩余電流保護電器，為保障人員安全，應急照明燈具應采用24V安全電壓進行供電，因此應急照明回路電源需先進行降壓。

文中以牛寨山路綜合管廊負荷為例，二級負荷配電箱系統(tǒng)圖如圖5所示。

圖5 二級負荷配電箱系統(tǒng)圖

(2)三級負荷配電箱系統(tǒng)設計

三級負荷配電箱從2臺三級負荷總配電柜中的任1臺或2段低壓母線的任1段，引接一回低壓線路進行供電。

由于管廊內空間狹小，環(huán)境潮濕，因此，管廊內的一般照明回路，應采用帶剩余電流動作保護的開關[5]。檢修插座回路需連接移動電氣設備，因此，也應采用帶剩余電流動作保護的開關，以保障人員安全。當發(fā)生火災時，應能聯(lián)動斷開三級負荷(非消防負荷)配電箱的進線開關。因此，進線開關應具有火災自動報警聯(lián)動控制功能。

以牛寨山路綜合管廊負荷為例，三級負荷配電箱系統(tǒng)圖如圖6所示。

圖6 三級負荷配電箱系統(tǒng)圖

3 結語

本文通過對牛寨山路綜合管廊的負荷情況和供電要求進行分析，提出具有類似負荷情況的綜合管廊，在規(guī)模、布局、取得電源容易程度不同情況下的中壓和低壓供電系統(tǒng)接線方案，同時對所提出的兩種中壓供電系統(tǒng)方案的可靠性及防火分區(qū)配電單元的系統(tǒng)設計，進行了簡要分析，以供同行討論。

參考文獻

[1] GB 50838-2015 城市綜合管廊工程技術規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2015.

[2] GB50052-2009 供配電系統(tǒng)設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2010.

[3] 工業(yè)與民用配電設計手冊(第三版)[M].北京：中國電力出版社，2005.

[4] GB50116-2013 火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2013.

[5] 工業(yè)與民用配電設計手冊(第四版)[M].北京：中國電力出版社，2017.