浅述综合管廊供配电系统设计方案

摘要:城市综合管廊的供配电系统设计多种多样，通过对综合管廊自用负荷的分析及安全运行的因素考虑，并结合综合管廊设计案例，简要总结综合管廊供配电系统设计要点。
关键词:综合管廊；负荷等级；供配电方案
一、引言
       近年来，随着国家对城市化建设的快速推进，对基础设施建设提出了更高的标准和要求，建设地下综合管廊是实现城市基础设施弹性化、集约化和可持续发展的重要措施，因此国家相继出台了一系列推动综合管廊建设的意见和规范，越来越多的城市都在加快推进综合管廊的规划、建设。
        综合管廊的功能相对明确单一，其作为城市主动脉，重要性不言而喻，供配电系统作为综合管廊主要的附属工程，为管廊内消防、通风、排水、照明、监控、安防、通信等系统提供电力保证，因此保障管廊安全运行是供配电系统设计的首要目标。
        通过对多个综合管廊项目的分析，并结合笔者参与的项目，对综合管廊的供配电设计方案进行简要介绍。
二、项目概况
        西安市某新区南北三号路综合管廊为该区先期启动建设的管廊之一，位于道路非机动车道及人行道下，全长约1.1km。收纳的管线包括电力、通信、给水、再生水、污水、雨水、天然气，设有综合舱、缆线舱、天然气舱、雨水舱，采用钢筋混凝土结构，详见图1。

三、负荷分级 
       综合管廊做为城市重要的基础设施之一，中断供电将存在重大的安全隐患，因此确定为二级负荷供电。采用两路电源供电，以保证供电的可靠性，每回路均能负担100％二级负荷。负荷分类如表1所示。

四、供电电源 
       综合管廊供电电源的方案选择，主要依据管廊的建设规模、近远期规划情况、周边电源情况、管廊的运营模式等综合确定。 
       南北三号路综合管廊为该新区先期 启动建设的多条管廊之一，该区域管廊规划密度高，各管廊之间相互连通，成网成片，因此供电电源的选择应统筹考虑(见图2)。

       由于综合管廊内用电设备均为0.4kv低压设备，因此供电电源可采用10kv或0.4kV供电方案。
       结合常宁新区综合管廊规划特点，若采用0.4kV供电方案，受电压损失影响，各条综合管廊需频繁从附近变电站引接电源，考虑常宁新区多为待开发地块，因此存在电源引接困难等问题，且为后期管廊的管理、运维造成诸多不便，因此确定本工程采用10kV供电方案。同时常宁新区规划建设有综合管廊监控中心一座，设计将该监控中心，作为10kV配电中心，对区域内综合管廊进行统一的运营管理、监控管理及配电管理。
五、供电方案 
       综合管廊采用10kV供电，0.38kV配电的形式。在综合管廊沿线设置10/0.4kv分变电所(或箱式变电站，以下简称箱变)，对管廊内附属设施进行低压配电。
       根据综合管廊二级负荷供电需求。需由供电中心敷设两路10kV电缆为管廊沿线箱变供电，供电中心由于需增加出线间隔而扩大规模，同时为少量的二级负荷需额外敷设一路价格高昂的10kV电缆，而且该种供电方式，在管廊现场箱变内常设置有两台变压器，同时工作，互为备用，可见此种供电方案前期投入资金较大，供配电系统设计冗杂，双变压器的运行，也为后期的运维增加成本。
       由于综合管廊的供配电系统存在比较鲜明的特点，如负荷分散，供电距离较长，且所有电气设备运行的同时系数较低等，二级负荷相较于整个配电系统而言，容量更小且供电时间要求短。根据这些特点，在管廊现场设置一台变压器加一台EPS的配电形式，变压器作为管廊正常运行的供电电源，EPS作为正常供电以外的备用电源，即可满足二级负荷的供电要求。
       同时lOkV供电系统采用环网式供电，各箱变内设置一进两出共三面10kV环网柜，一路出线接自用变压器，一路出线与片区内相邻、相交道路管廊的变压器相连，组成环网供电系统，10kV线路首尾两端均由监控中心的10kV不同母线段引出，(监控中心进线电源采用双回路供电)，提高供电可靠性。
       日常运行时，10kV环网线路中间位置断开，两段10kV供电线路独立运行，当环网内某一箱变出现故障或监控中心1Okv母线需要检修时，可调整环网系统内10kV断路器的开合，切换供电线路。
        南北三号路综合管廊即采用10kV环网式供电，电源由片区内监控中心10kV配电室引出，管廊现场箱变设置变压器一台，对本工程进行低压配电，并在管廊内配电室，设置EPS电源柜一台，作为本工程二级负荷的备用电源。
六、供配电系统 
       综合管廊采用10kV供电，0.38kV配电的形式，10kV配电线路沿管廊内敷设，根据管廊用电负荷密度较低，总容量较小等特点，综合考虑监控中心服务半径，电缆电压损失等因素，确定10kV供电线路按6km控制，每回10kV线路正常运行所带变压器数量按5台(或1000kVA)控制。
       监控中心10kV配电系统，采用分段单母线接线，母线不分段运行的配电方式，两路10kV总电源，在进线柜内设合闸闭锁装置，严禁同时合闸。
       综合管廊内用电设备容量相对较小，数量较多，且分散，在管廊沿线呈线型分布，从配电系统的合理性考虑，供电距离越短，电压损失越小，从投资造价角度考虑，箱变数量设置越少，投资越低，结合市政道路供配电设计经验及管廊防火分区的划分特性，配电半径按照600m~700m(约3个~4个防火分区)控制，极限不大于lkm(5个防火分区)。
       管廊0．38kV配电以防火分区作为配电单元，各分区分别设置总动力配电箱及双电源配电箱。总动力箱负责配电单元内三级负荷的配电，采用单电源进线，由箱变直接引入。双电源箱负责配电单元内二级负荷配电，采用双电源进线，一路由箱变引入，一路由EPS引入。考虑管廊内供电距离长、负荷分散、使用频率较低等特点，由箱变至各配电单元采用预分支电缆树干式配电，此方案可有效减少配电主干电缆的使用，节约投资，提高利用率。
七、照明系统
        综合管廊内照明分为正常照明和应急照明。各分区出入口、逃生口、管廊人员出入口位置，均应设置控制开关，供人员进入该防火分区时使用。应急照明需与火灾报警控制器联动，且优先级高于手动控制和自动控制。
八、AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台
1.平台概述
        AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台集电力监控、能源管理、电气安全、照明控制、环境监测于一体，为建立可靠、安全、高效的综合管廊管理体系提供数据支持，从数据采集、通信网络、系统架构、联动控制和综合数据服务等方面的设计，解决了综合管廊在管理过程中存在内部干扰性强、使用单位多及协调复杂的根本问题，大大提高了系统运行的可靠性和可管理性，提升了管廊基础设施、环境和设备的使用和恢复效率。
2.平台组成
       安科瑞城市地下综合管廊能效管理系统是一个深度集成的自动化平台，它集成了10KV/O.4KV变电站电力监控系统、变电所环境监控系统、智能马达监控系统、电气火灾监控系统、消防设备电源系统、防火门监控系统、智能照明系统、消防应急照明和疏散指示系统。用户可通过浏览器、手机APP获取数据，通过一个平台即可全局、整体的对管廊用电和用电安全进行进行集中监控、统一管理、统一调度，同时满足管廊用电可靠、安全、稳定、高效、有序的要求。
3.平台拓扑图

 
4.平台子系统
4.1电力监控
        电力监控主要针对10/0.4kV地面或地下变电所，对变电所高压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控，对0.4kV出线配置多功能计量仪表，用于测控出线回路电气参数和用能情况，可实时监控高低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STS、UPS，包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录等。

 
4.2环境监测
       环境监测包括温湿度、烟感温感、积水浸水、可燃气体浓度、门禁、视频、空调、消防数据的采集、展示和预警，同时也可接入管廊舱室内的水泵和通风排烟风机等设备集成的第三方系统完成管廊环境综合监控。

 

4.3马达监控
       马达监控实现对管廊电机的保护、遥测、遥信、遥控功能，实现对电机过载、短路、缺相、漏电等异常情况的保护、监测和报警。在需要的情况下可以设置联动控制。

 
4.4电气安全
       AcrelEMS-UT能效管理系统针对配电系统的电气安全隐患配置相应的电气火灾传感器、温度传感器，消防设备电源传感器、防火门状态传感器，接入消防疏散照明以及指示灯具的状态实时显示，并且对UPS的蓄电池温度、内阻进行实时监视，发生异常时通过声光、短信、APP及时预警。
 

4.5智能照明控制
①　防火分区单独控制，分区内设置智能控制面板就地驱动器；开关驱动器连接消防报警系统，接收消防报警信息，强制打开驱动器回路。
②　廊内上方安装智能照明传感器，使人员进入管廊内自动开启灯具，在管廊内停留灯具保持常亮，离开后灯具关闭。
③　除了现场的控制方式外，还可用电脑端实现集中控制，实时远程监控当前区域的照明情况，必要时可远程控制该区域的照明。
④　考虑现场模块分布较广，距离过长，除了现场的控制方式外，还可用电脑端实现集中控制，实时远程监控当前区域的照明情况，必要时可远程控制该区域的照明。
⑤　系统支持单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式，支持延时控制，避免同时亮灯负荷对配电系统造成冲击。模块不依赖系统，可独立工作，每个模块均自带时间模块，可根据经纬度自动识别日出日落时间实现自动控制功能。

九、相关平台部署硬件选型清单














十、结语
        综合管廊作为重要的市政基础设施，在设计阶段就应该充分考虑各种因素，对设计方案优化比选。供配电设计作为其中不可或缺的一项内容，更应在保证功能条件下，提高设计的可靠性、安全性和经济性。
        综合管廊采用单套箱变配电，半径按600m～700m控制，采用预分支电缆树干式供电，并采用EPS作为备用电源，既能保证供电的安全、可靠，并能大大减少工程投资。
参考文献
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[4]安科瑞企业微电网设计应用手册.2020.06版.
[5]安科瑞综合管廊能效管理系统解决方案.2020.06版.
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[8]孟冲，综合管廊供配电系统设计.