城市地下综合管廊的电气设计及产品选型方案

摘要:综合管廊在我国有“共同沟、综合管沟、共同管道”等多种称谓，在欧美等国家称为“UrbanMunicipalTunnel”。城市综合管廊是在城市道路下面建设，将电力、电信、供水、燃气、热力等管线集中在一起，实行“统一规划、统一建设、统一管理”，以做到地下空间的综合利用和资源共享。本文以北方某城市为例，阐述综合管廊电气设计。
关键词:综合管廊；电气设计
一、工程概况
      北方某城市地铁2#线沿线地下综合管廊建设工程，全长10.69km，分为综合舱、热力舱、电力舱，防火分区按180m设防。
二、负荷等级
      根据综合管廊运行的安全要求和负荷性质，管廊供电整体按照二级负荷考虑。综合管廊内附属监控设备、液压井盖、电力舱排烟风机、应急照明宜按二级负荷供电；正常照明、排水泵、送风机、排风机、检修插座箱等其余用电设备可按三级负荷供电。

三、供电电源
      综合管廊附属用电设备具有负荷容量相对较小而数量众多、在管廊沿线呈带状分布特点。管廊与地铁2号线平行分布在道路两侧，地铁二号线一期工程与管廊相关的地铁站为9座，每个车站均设有35/0.4kV车站降压变电所，降压变电所为单母线分段接线型式（地铁工程电力已设）。管廊以6～8个防火分区为一个供电区间，每一供电区间设一座分供电所，分供电所设于管廊各供电区间的中间位置；依次相邻两防火分区设一配电所，每个防火分区设1台消防负荷动力配电柜和非消防负荷动力配电柜（包括同一防火分区多个舱室）。为此，管廊分供电所两路电源引自相应地铁站降压变电所不同母线侧，分供电所以树干式的供电方式负责向两侧管廊各配电所供电。管廊供电示意图如右图所示（FP为非消防负荷动力配电柜、XP为消防负荷动力配电柜，n=4、6、8）。
四、供配电系统构成
      综合管廊供电系统由两大部分组成，一部分为外部电源，即地铁站0.4kV低压配电系统；另一部分为综合管廊内部供电系统，即管廊内部的供电系统。
      本工程采用0.4kV分散供电方式，故本工程供电系统由地铁站降压变电所、分供电所、配电所、管廊各防火分区用电设备等组成。
      综合管廊供电系统担负着管廊运行所需电能的供应，是管廊安全、可靠运行的重要保证。
      综合管廊用电负荷按其用途的不同可分为两类，一类是二级负荷，即消防负荷，包括应急照明负荷、排风机、监控与报警设备；另一类是三级负荷，即非消防负荷，包括普通照明负荷、检修插座负荷、排水泵负荷等。
在上述两大类的用电负荷中，既有二级负荷又有三级负荷，综合管廊供电系统就是要满足这些不同级的负荷不同需求，以使其发挥各自的功能与作用，保证管廊安全、可靠地运行。
五、主接线形式
      地铁站车站降压变电所0.4kV侧为单母线分段接线（地铁工程已设）。管廊内分供电所采用单母线分段接线，正常运行时两进线电源同时运行（地铁站降压变电所两电源同时运行），母线联络断路器处于分闸位置，当一路电源停电及检修时，其中一路电源应能担负全部的用电负荷。两进线断路器及母线联络断路器形成三合二电气联锁及机械连锁。
配电所消防负荷动力配电柜和非消防负荷动力配电柜采用单母线不分段接线型式。
六、无功补偿及计量
      每个分供电所电源进线侧采用就地集中补偿方式，使得功率因数补偿到0.95以上，电容器投切方式采用分组自动投切，三相自动平衡。
      每个分供电所电源进线侧设电能计量测量装置，便于管廊内部管理核算及供电局计量。
七、照明系统
1.安全疏散
      综合管廊内设正常照明和应急照明。
      （1）照明灯具在管廊内顶部吸顶安装，管廊内人行道上正常照明平均照度不应小于15lx，照度不应低于5lx。在出入口和设备操作处照度值可提高到100lx，分供电所、配电所照度不低于200lx，监控站照度不低于300lx。
      （2）应急照明采用智能应急照明与疏散照明控制系统，应急照明照度不低于5lx，应急电源持续供电时间不应小于60min。人员出入口、紧急逃生口、各防火分区防火门上方应设置安全出口标志灯，疏散指示灯设置在距地坪高度1.0m以下，间距不应大于20m。
      （3）管廊内灯具应为防触电保护等级Ⅰ类设备，能触及的可导电部分应与固定线路中的保护(PE)线可靠连接。灯具应采用防潮防水措施，防护等级不低于IP54。灯具应采用节能型光源。
八、电线电缆的选择及敷设
      管廊内供电电缆采用预分支电缆。非消防电缆采用阻燃电缆，消防电缆采用不燃电缆或耐火电缆。管廊内自用电缆敷设以电缆桥架为主，电缆桥架采用无孔槽盒式桥架。电缆出电缆桥架后穿钢管敷设，暗敷设时沿管廊墙壁、顶板敷设，保护层厚度不宜小于30mm；明敷设时，穿线钢管应涂防火材料。
九、防雷
      本工程全在地下，地下部分不设直击雷防护措施，在配电系统中设置防雷电感应过电压保护装置，并在管廊内设等电位联结系统。
十、接地
      综合管廊结构内钢筋网可靠连接，形成可靠自然接地体。综合管沟内所有电缆支架、金属构件、电缆金属套、金属管道以及电气设备金属外壳均经接地线与主接地网、结构内钢筋相互连接，并做等电位连接。管廊内的接地线形成环形接地网。接地线采用40×5mm的热镀锌扁钢。综合管廊内电气工作接地、保护接地、监控与报警系统弱电接地共用接地系统，综合接地电阻不大于1Ω。当实测接地电阻不满足要求时，利用管廊外壁预埋接地联结板(每100m设置一块）增设人工接地极。
十一、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。

十二、相关平台部署硬件选型清单
1.电力监控及配电室环境监控系统

 
2.智能照明系统

 
3.电气火灾监控系统

 
4.消防设备电源监控系统

5.防火门监控系统

 
6.消防应急照明和疏散指示系统

参考文献
[1]GB50838-2015,城市综合管廊工程技术规范.
[2]GB50217-2007,电力工程电缆设计规范.
[3]安科瑞电气股份有限公司官网.
[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.
[6]12D101-5,110kV及以下电缆敷设.
[7]GB50054-2011,低压配电设计规范.
[8]湘2015SZ102-3,城市综合管廊附属工程.
[9]张祎，张继辉，浅谈地下综合管廊电气设计.