綜合管廊電氣設計相關問題探討

劉勇

（成都市市政工程設計研究院有限公司，四川 成都 610023）

0 引言

本文以筆者負責的一條五艙綜合管廊電氣工程設計為例，綜合多條綜合管廊設計經驗，結合單位建議、綜合管廊第三方定期機電設備檢測評估報告等，探索解決綜合管廊電氣工程中關于供電電源、負荷計算、低壓干線供電方案、設備選型等多方面問題的方法。本文對綜合管廊電氣工程建設、運維均具有一定參考意義。

1 工程概述

某綜合管廊位于成都市西北，跨金牛區、高新區兩個行政區，長約5750m，五艙形式（局部為4 艙）。分別為天然氣管道艙（1 艙）、綜合倉（2 艙）、污水艙（部分路段無此艙）（3 倉）、輸水倉（4 艙）、高壓電力倉（5 艙）。共分為33 個防火分區，斷面如圖1 所示。

圖1 綜合管廊橫斷面

2 負荷分級

根據《綜合管廊工程技術規范》（GB 50838—2015）中7.3.2，即“綜合管廊的消防設備、監控與報警設備、應急照明設備，天然氣管道艙的監控與報警設備、管道緊急切斷閥、事故風機按二級負荷供電，其余用電設備按三級負荷供電[1]”。

在具體項目實施過程中，設計人員對監控與報警設備、應急照明設備，天然氣管道艙的監控與報警設備、管道緊急切斷閥、事故風機按二級負荷基本無異議，但對于排水泵、非天然氣艙風機按二級或三級負荷存在一定分歧，按三級負荷設計雖可滿足綜合管廊相關規范要求，但根據《電力電纜隧道設計規程》（DL/T 5484—2013）中10.0.10 要求，“排水泵按二級負荷供電[2]”。筆者認為，在管廊設置有兩臺變壓器供電的情況下，排水泵按二級負荷配電投資增加很少，但對于日常運維意義重大，應按二級負荷供電。

3 供電電源選擇

根據《供配電系統設計規范》（GB 50052—2009）的相關要求，二級負荷宜由兩回線路供電[3]，變壓器、電池組、蓄電池均可滿足要求，主要有以下3 種方案。

（1）兩路市電。

（2）一路市電+柴油發電機組。

（3）一路市電+蓄電池。

三種方案中，方案（1）由于需兩路中壓電源+兩臺變壓器，成本最高；方案（2）由于綜合管廊為線狀分布，負荷分散，且地下設置柴發發電機房土建成本高，通風、排煙、消防復雜，不適用于綜合管廊備用電源；方案（3）成本適中，但管廊的潮濕、多塵環境造成蓄電池后期維護成本較高。

筆者建議，具體項目應結合管廊的復雜程度、投資金額、運維水平等選擇方案（1）或方案（3），而二級負荷中包含電機時，建議優先選用方案（1），管廊潮濕環境不宜采用應急電源（emergency power supply, EPS）做為電機的備用電源。

本項目1 艙為天然氣管道艙，其送/排風機功率為4kW。二級負荷中存在電機（天然氣艙送風機、排風機、管道緊急切斷閥），且本項目為5 艙管廊（局部4 艙），監控設備眾多，故選用方案（1）作為供電方案。

4 變配電所及供電干線

綜合管廊供電，常見有箱變、地下變配電所兩種方式。箱變成本較低，但需占地，且對片區景觀有一定影響。一般來說，片區環境景觀不敏感時，宜優先選用箱變，否則可選用地下室變配電所。

若路燈、交安等市政用電設施的運維單位與管廊運維單位相同時，箱變（變電所）宜統籌考慮相關設施供電，以便集約資源。

本項目所屬道路為綜合改造項目，地面設置有軌電車，空間有限，故采用地下室變電所型式。管廊采用雙層結構，相對于常規管廊覆土厚度偏小，變配電所的位置選擇受限。管廊沿線設置7 個變配電所，分別為1#～7#變配電所，供電半徑不超600m，每個變配電所為4～5 個防火分區供電。

管廊跨越兩個行政區，第一區段約3.5km，第二區段約2.2km，經過與屬地供電部門溝通，2 個行政區內管廊各設置1 總變配電所，結合外部10kV 電源點位置，10kV 通道建設情況，選擇3#、7#變配電所為管廊總變配電所。3#/2#/1#/4#變配電所10kV 供電方案如圖2 所示，7#/6#/5#變配電所供電方案類似，不再贅述。

圖2 3#/2#/1#/4# 變配電所10kV 供電方案

5 負荷計算

綜合管廊主要用電設備為照明、風機、水泵以及監控與報警設備。

負荷計算需了解綜合管廊在各種狀態下設備運行要求，負荷狀態。綜合管廊主要運行工況如下。

（1）正常自動運行時，監控與報警設備運行，風機根據管廊余熱，余濕，有害氣體情況或換氣要求周期性運行。照明設施根據安防聯動需要部分運行。水泵一般不運行。

（2）人工巡檢時，監控與報警設備運行，提前半小時開啟人員需要進入的艙室風機（一般開啟整個變配電所供電范圍風機）。照明設施運行（一般開啟整個變配電所供電范圍風機）。水泵一般不運行。

（3）中、高壓電力電纜敷設或艙內管道安裝時，監控與報警設備運行，相應艙室照明、風機開啟。水泵一般不運行。敷設中、高壓電纜時，使用電纜牽引機、輸送器。一根電纜長約600 余m，電纜敷設時，一般使用牽引機一臺，輸送機若干臺，牽引機功率約3～4kW，輸送機約1～2kW，通過管廊檢修插座箱供電，總體功率較小。管道安裝施工時，一般需使用電焊機，電焊機功率5～15kW 不等，通過插座箱供電。

（4）火災工況，通過兩路信號確認火災后，火災區域若有人，人員先通過逃生口疏散，切斷非消防電源，關閉火災區域風機，啟動自動滅火裝置，滅火后啟動事故后排風機。

（5）天然氣艙任意一只天然氣探測器超過一級報警濃度設定值時，可燃氣體報警聯動控制器啟動事故段防火分區和監控中心的聲光警報器，聯動啟動含天然氣管道艙室事故段防火分區及同艙室相鄰防火分區的事故風機，切除非相關設備電源，聯動視頻監控系統[4]。

通過以上分析可知，綜合管廊在管道安裝時負荷較大，而管道安裝時具體的設備計算容量則與管道安裝作業面的劃分、施工組織方案有較大關系。人員巡檢前管廊的通風時，根據運檢需要，依次開啟相關艙室所有防火分區風機，此時若開啟艙室的多少對變壓器負荷率影響較大，因此合理的制定運檢方案對優化變壓器的負荷率有積極意義。

綜合管廊負荷運行不同于常規的工業民用建筑，尚無較成熟的負荷計算方法，目前可參照類似工程，如電力電纜隧道進行負荷計算，后期根據已建成綜合管廊實際運行數據，優化完善后續項目的負荷計算。項目典型變配電所負荷計算如表1、表2 所示。特殊說明如下：應燃氣運維單位要求，預留燃氣電動斷閥12kW。統籌本道路照明供電，預留路燈負荷50kW，若無此因素，變壓器容量可降低一個規格。

6 低壓干線供電方案

常見的低壓配電系統有放射式、樹干式、鏈式。結合綜合管廊的負荷分布特點及電纜施放，筆者認為，對于非消防負荷，單倉、雙倉綜合管廊可按樹干式配電，三倉及以上管廊建議按放射式配電。對于消防負荷根據《建筑設計防火規范（2018 年版）》（GB 50016—2014）10.1.6 條要求，“消防用電設備應采用專用的供電回路，當建筑內的生產、生活用電被切斷時，應仍能保證消防用電[5]”。

管廊的消防設備為自動火災報警系統，自動滅火系統，防火門監控系統等，用電負荷小，沿管廊呈線狀分布，采用樹干式配電較為合理，本項目變配電所低壓干線如圖3 所示。

表1 典型變配電所T1 變壓器負荷計算

表2 典型配電所T2 變壓器負荷計算

7 10kV 開關柜、配電箱選型

7.1 10kV 開關柜

對于規模較大，供電可靠性要求較高的場合，例如管廊控制中心、分控中心、總變配電所可選用中置柜，管廊夾層由于空間受限、環境潮濕、夏季凝露嚴重等因素，宜優先選用小尺寸、無油化、全絕緣全密封免維護的環網柜，本項目選用全絕緣六氟化硫環網柜，配斷路器保護。

7.2 配電箱

根據以往項目經驗，筆者所在城市，位于地下的管廊內部冬暖夏涼，在夏季，空氣濕度偏大，管廊內部金屬橋架，配電箱內凝露現象嚴重，對箱體、元器件金屬觸頭、端子排等造成腐蝕，極易導致短路或觸頭卡死等故障。

圖3 變配電所低壓干線

本項目在配電箱內設置溫濕度傳感器、控制器及加熱片，可根據配電箱溫度、濕度、環境溫度自動啟停加熱片。當條件許可時，可選用智能測溫除濕防凝露系統，可對配電室溫濕度實時采樣，數據上傳；設置設備編碼地址，遠程調整運行參數，故障上傳，更加精準除濕防凝露。

8 結語

目前該管廊已竣工驗收，正常運行一年有余。筆者將繼續跟蹤管廊電氣設備運行狀態、變壓器負荷率等，以便優化后續類似項目設計。