高速公路隧道排煙風(fēng)機(jī)雙重電源供電方案

董 軒

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 設(shè)計(jì)背景

在《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》第二冊(cè)《交通工程與附屬設(shè)施》JTG D70/2—2014中規(guī)定隧道排煙風(fēng)機(jī)為一級(jí)負(fù)荷，同時(shí)規(guī)定隧道一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由雙重電源供電，因此很多高速公路通風(fēng)設(shè)計(jì)中在隧道變電所中設(shè)置了雙電源在10 kV端切換的裝置，這種設(shè)計(jì)低壓側(cè)只需要一套系統(tǒng)，一個(gè)電源斷電后只需要通過高壓端切換備用電源，就可使低壓系統(tǒng)繼續(xù)投入工作，方案簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用同時(shí)也滿足行業(yè)規(guī)范，但是在實(shí)際的消防驗(yàn)收時(shí)，遇到了一些問題。

在《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50016—2014消防電源及其配電一章中強(qiáng)制規(guī)定防煙和排煙風(fēng)機(jī)房的消防用電設(shè)備應(yīng)在其配電線路的最末一級(jí)配電箱處設(shè)置自動(dòng)切換裝置。顯然按照此規(guī)范，上述的設(shè)計(jì)方案并不能滿足要求，因此針對(duì)消防國標(biāo)的要求，本文對(duì)供電方案做了一些改進(jìn)。

2 設(shè)計(jì)方案

因?yàn)? km的隧道超出了單個(gè)變電所的供電半徑，所以在隧道入口和出口分別設(shè)置一座10 kV變電所，向供電部門申請(qǐng)雙重電源（當(dāng)一路電源故障，另一路電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞），一路電源引至隧道入口變電所，另一路電源引至隧道出口變電所。入口變電所的電源進(jìn)線經(jīng)環(huán)網(wǎng)柜用高壓電纜引出，穿過隧道至出口變電所，作為出口變電所的第二電源；出口變電所的電源進(jìn)線亦同理用高壓電纜引出至入口變電所作為第二電源，這樣實(shí)現(xiàn)了每個(gè)變電所的雙電源接入[1-2]，見圖 1。

圖1 雙電源接入方案

射流風(fēng)機(jī)供電通常有兩種方式，一種是變電所低壓直供，另一種是在風(fēng)機(jī)附近設(shè)置地埋式變壓器供電。變電所低壓直供方式的優(yōu)點(diǎn)是簡單可靠，投資比較小；缺點(diǎn)是供電半徑短，對(duì)于射流風(fēng)機(jī)組較多的隧道，其對(duì)遠(yuǎn)端風(fēng)機(jī)的供電能力不足。地埋式變壓器供電方式需要在每組風(fēng)機(jī)附近設(shè)置一臺(tái)環(huán)網(wǎng)型地埋式變壓器，用高壓電纜連接起來，其優(yōu)點(diǎn)是供電半徑大，適合遠(yuǎn)距離風(fēng)機(jī)供電，缺點(diǎn)是需增加地埋式變壓器并且設(shè)置專用洞室，投資比較大。綜合以上兩種方案，本設(shè)計(jì)采取兩種方式相結(jié)合的方式，即近端風(fēng)機(jī)用低壓電纜直供，遠(yuǎn)端風(fēng)機(jī)采取地埋式變壓器供電方式，見第75頁圖2。

2.1 變壓器直供方式

變電所設(shè)置兩臺(tái)scb13節(jié)能型變壓器，變壓器1接主電源，變壓器2接第二電源，兩臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行并且相互獨(dú)立，變壓器1和變壓器2分別引出低壓供電回路至風(fēng)機(jī)末端配電箱，在配電箱內(nèi)設(shè)置ATS雙電源自動(dòng)切換裝置，自投自復(fù)。

2.2 地埋式變壓器供電方式

變電所10 kV主電源和10 kV第二電源通過環(huán)網(wǎng)柜分別引出一條高壓供電回路至隧道，主電源回路接1、3、5地埋式變壓器，第二電源回路接2、4、6地埋式變壓器，變壓器低壓側(cè)引出兩條低壓回路，一條回路為本變壓器對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)組供電，另一條回路作為鄰近的另一組風(fēng)機(jī)的備用供電回路。在強(qiáng)電側(cè)電纜溝內(nèi)，高壓供電回路宜與其他電纜分列兩側(cè)或置于底層，以留出安全距離。

圖2 隧道入口側(cè)風(fēng)機(jī)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[3]

3 配電電纜計(jì)算

隧道每組風(fēng)機(jī)功率60 kW，因此配電電纜的計(jì)算十分重要。

3.1 變壓器容量

以入口變電所為例，假定負(fù)荷只有風(fēng)機(jī)，備用負(fù)荷同時(shí)系數(shù)按0.5計(jì)。

選定 Snt1=250 kVA的變壓器，負(fù)載率 η=199.06/250×100%=80%滿足規(guī)范要求。

b）地埋式變壓器容量計(jì)算：

選定 Sntd=125 kVA的變壓器，負(fù)載率 η=97.5/125×100%=78%滿足規(guī)范要求。

3.2 按經(jīng)濟(jì)電流密度法選取電纜，按最大負(fù)荷1 500 h計(jì)算

通過查表得高壓和低壓經(jīng)濟(jì)電流密度分別為1.6 A/mm2、1.7 A/mm2.

地埋變高壓電纜截面積：

低壓直供的風(fēng)機(jī)電纜截面積：

3.3 按線路電壓降驗(yàn)算電纜，用力矩法計(jì)算

驗(yàn)算25 mm2高壓電纜壓降滿足要求。

驗(yàn)算滿足電壓降要求。

3.4 按線路載流量驗(yàn)算

查表得交聯(lián)聚乙烯電纜25 mm2和70 mm2載流量分別為96 A、183 A，則：

高壓電纜電流：

風(fēng)機(jī)組電纜電流：

驗(yàn)算滿足載流量要求。

3.5 短路熱穩(wěn)定性驗(yàn)算[4]

短路電流計(jì)算：假定電力系統(tǒng)10 kV在變電所進(jìn)線端的對(duì)稱短路電流初始值為IQ"=6 kA（實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)向地方供電部門索取該參數(shù)或電網(wǎng)阻抗），kd、k1、k2、k3 為短路點(diǎn)。

e）熱穩(wěn)定性驗(yàn)算。

高壓電纜：設(shè)保護(hù)電器動(dòng)作時(shí)間0.1 s，計(jì)算系數(shù)取143，

低壓電纜：設(shè)短路電流持續(xù)0.1 s，計(jì)算系數(shù)取143，

S2、S3不再驗(yàn)算，綜上高壓和低壓電纜熱穩(wěn)定性驗(yàn)算都滿足要求。

4 結(jié)語

本雙重電源設(shè)計(jì)方案中的ATS都具有自投自復(fù)功能，具有較高的自動(dòng)化程度，不需要人工切換電源，避免了誤操作。由于本設(shè)計(jì)中應(yīng)用的ATS自動(dòng)切換裝置較多，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)嚴(yán)格把控ATS自動(dòng)切換裝置的質(zhì)量，并且加強(qiáng)日常維護(hù)。