综合管廊供电系统方案设计探讨——以牛寨山路综合管廊负荷情况为例

严锦尧

(福建省交通规划设计院 福建福州 350004)

0 引言

综合管廊是近年来我国城市基础设施建设的主要内容之一。保证综合管廊内照明、通风、排水、监控、报警、消防等设施的供电可靠性，是综合管廊内管线稳定运行及日常维护的必要条件。本文以平潭综合实验区牛寨山路综合管廊的负荷情况为例，通过负荷等级和供电要求的分析，提出具有类似负荷的综合管廊，在规模、布局、取得电源容易程度不同的情况下，中压和低压供电系统的接线方案，以供讨论。

1 负荷分析及供电要求

不同的负荷等级所对应的供电要求不同，因此，在进行综合管廊供电系统设计之前，应先对综合管廊内的负荷进行分析，明确综合管廊内有哪些负荷等级，再根据不同负荷等级的供电要求，进行供电系统设计。下文以牛寨山路综合管廊的负荷情况为例进行分析。

1.1 牛寨山路综合管廊的负荷情况

牛寨山路综合管廊位于平潭综合实验区金井湾片区，呈“一”字形布置，全长1.724km，包含9个完整的防火分区，为包含电力、通信缆线的综合管廊。管廊内的负荷有：照明、通风机、排水泵、检修插座、监控与报警(含环境与设备监控、安全防范、专用通信、火灾报警)、应急照明、消防、电动液压逃生井盖等。

1.2 牛寨山路综合管廊负荷等级分析

根据《城市综合管廊工程技术规范》(GB50838-2015)7.3.2条，“综合管廊的消防设备、监控与报警设备、应急照明设备应按现行国家标准《供配电系统设计规范》GB50052规定的二级负荷供电。”[1,2]因此，应将牛寨山路综合管廊内的消防、监控与报警、应急照明设备列为二级负荷。电动液压逃生井盖做为发生火灾等事故情况下逃生出口，属于消防设备，应列为二级负荷。其他用电设备列为三级负荷，如表1所示。

表1 牛寨山路综合管廊负荷表

1.3 供电要求

图1 单母线分段系统图

根据《城市综合管廊工程技术规范》(GB50838-2015)7.3.2条规定，表1所列的二级负荷应按《供配电系统设计规范》(GB50052-2009)规定的二级负荷进行供电。根据《供配电系统设计规范》(GB50052-2009)3.0.7条“二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6kV及以上专用的架空线路供电。”同时，根据该条款的条文解释可知，负荷较小或地区供电条件困难，允许采用一回6kV及以上的专用架空线路供电，是考虑到架空线路修复方便。如果线路自变电所引出采用电缆线路时，则应采用两回线路供电。由于综合管廊主要建设在城市规划区内，一般情况下不允许采用架空线路，而应采用电缆线路。因此，为综合管廊二级负荷供电的线路一般应采用两回电缆线路。另外，根据《工业与民用配电设计手册》[3]，二级负荷对供电电源的要求规定，除采用两回线路外变压器也应采用两台。若采用两回10kV线路一台变压器的供电方式，当变压器故障时，将造成管廊内二级负荷长时间停电，不利于管廊稳定运行。综上分析，给牛寨山路综合管廊二级负荷供电系统应采用双回10kV电缆线路和两台变压器供电方式。

2 供电系统设计

2.1 中压系统设计

双回10kV线路供电时，可采用以下两种接线形式：

(1)单母线分段，两段母线分列运行，两回线路同时供电，互为备用。

(2)单母线不分段，两回线路一路供电，一路(热)备用。

由于综合管廊属于带状结构，负荷成线性分布，相应的分变电所应沿管廊沿线布置，因此分变电所变压器与10kV中压馈电干线宜采用树干式接线方式。

当采用单母线分段时，可采用图1的系统接线。

正常运行时，两路10kV线路同时供电，母联开关断开，两回线路各带一半负荷，当其中一路电源失电时，母联开关闭合，由另一路10kV线路负责全部负荷的供电。两个进线断路器与母联断路器应设置电气联锁，3个断路器只能同时合闸2个。从两段母线各引一回10kV线路给相同段的综合管廊供电，每隔0.8km～1.2km(考虑到供电压降，低压供电距离不宜过长)分别设置1台变压器，序号相同的变压器A与B(如1#变A与1#变B)及其低压系统组成一个分变电所，同时为管廊相同的区段供电。每回10kV线路T接的变压器数量不应超过5台。

采用单母线不分段时，可采用图2系统接线。

图2 单母线不分段系统图

正常运行时，两路10kV线路一用一(热)备，每一路进线可承担100%负荷。当一路发生故障时，由双电源切换装置切换至另一路供电，两个进线断路器同时只能合闸一个。采用该接线方式时，出线回路数不应超过6回。从母线引两回10kV线路给相同段的综合管廊供电，每隔0.8km～1.2km分别设置1台变压器，分变电所的设置及每回10kV线路T接的变压器数量与前述单母线分段相同。

2.2 两种中压系统接线方案稳定性分析及适用情况

采用系统图1的单母线分段接线方案时，任一段母线故障仍可保证综合管廊的供电，供电可靠性较高，同时10kV出线数量较多，适用于综合管廊规模较大，成“十”字形、“井”字形分布的情况。采用系统图2的单母线不分段接线方案，当母线故障时，将导致为管廊供电的两回10kV线路同时停电，因此，可靠性低于单母线分段接线。同时10kV出线不应超过6回，较适用于综合管廊规模一般，成“一”字形、“T”字形分布的情况。牛寨山路综合管廊长1.724km，规模不大，呈“一”字形分布，可采用图2系统接线方式。

2.3 低压系统设计

2.3.1低压系统总体设计

综合管廊低压供电系统，应根据综合管廊内的负荷情况及运行环境进行设计。

由于综合管廊内部空间较为狭小，采用PE线与N线分开的TN-S系统，有利于减少对人员的间接电击危害，因此，综合管廊一般采用TN-S系统接地型式。综合管廊的接地网应采用环形接地网，接地电阻不应大于1欧，同时宜与监控与报警系统的功能接地、雷电防护接地共用接地网。

以牛寨山路综合管廊为例，存在如表1所示二级负荷和三级负荷，根据《城市综合管廊工程技术规范》(GB50838-2015)，综合管廊应以防火分区作为配电区间，因此，应在每个防火区段的配电间设置1台二级负荷配电箱和1台三级防负荷配电箱，分别为本区间的二级负荷和三级负荷供电。二级负荷配电箱，由2台变压器的二级负荷总配电柜各引一回路，经ATS双电源切换装置进行供电，三级负荷配电箱，由2台变压器中任一台变压器的三级负荷总配电柜引一回路进行供电。低压配电系统接线如图3所示。

图3 低压配电系统图

为保证末端设备供电电压，每个分变电所供电的配电区间宜4～6个，由分变电所从中间往两侧供电，每侧各供2～3个配电区间(每个配电区间约200m)。

当管廊规模较小，并且从公共电网取得低压电源容易的情况下，可直接从公共电网引接两回0.4kV低压线路进行供电(两回0.4kV低压线路须分别引自由两回10kV线路分别供电的变压器母线)，采用图4配电系统接线方式。

图4 从公共电网引接两回0.4kV低压线路的配电系统图

主接线采用单母线分段，两路进线同时供电，各带50%负荷，两个低压进线断路器和母联断路器应设置电气连锁，3个断路器同时只能合2个。

2.3.2防火分区配电单元系统设计

(1)二级负荷配电箱系统设计

二级负荷配电箱分别从2台二级负荷总配电柜(分别由2台变压器供电)或2段低压母线，各引一回低压线路，通过ATS双电源切换装置进行供电。

综合管廊监控与报警系统中的环境与设备监控、安全防范、专用通信系统主要由进行数据实时处理的电子设备构成，对电源稳定性、连续性要求较高，应采用不间断电源装置进行供电。因此，应由二级负荷配电箱先供电给UPS，再由UPS给以上系统供电。

根据《火灾自动报警系统设计规范》(GB50116-2013)，监控与报警系统中的火灾自动报警系统应设置交流电源和蓄电池备用电源，交流电源应采用消防电源，备用电源可采用火灾报警控制器自带的直流备用电源[4]。因此，火灾报警系统应由二级(消防)负荷配电箱供电，同时火灾报警控制器需自带直流备用电源。

由于管廊内空间较为狭小，环境潮湿，同时，因应急照明回路不可装设剩余电流保护电器，为保障人员安全，应急照明灯具应采用24V安全电压进行供电，因此应急照明回路电源需先进行降压。

文中以牛寨山路综合管廊负荷为例，二级负荷配电箱系统图如图5所示。

图5 二级负荷配电箱系统图

(2)三级负荷配电箱系统设计

三级负荷配电箱从2台三级负荷总配电柜中的任1台或2段低压母线的任1段，引接一回低压线路进行供电。

由于管廊内空间狭小，环境潮湿，因此，管廊内的一般照明回路，应采用带剩余电流动作保护的开关[5]。检修插座回路需连接移动电气设备，因此，也应采用带剩余电流动作保护的开关，以保障人员安全。当发生火灾时，应能联动断开三级负荷(非消防负荷)配电箱的进线开关。因此，进线开关应具有火灾自动报警联动控制功能。

以牛寨山路综合管廊负荷为例，三级负荷配电箱系统图如图6所示。

图6 三级负荷配电箱系统图

3 结语

本文通过对牛寨山路综合管廊的负荷情况和供电要求进行分析，提出具有类似负荷情况的综合管廊，在规模、布局、取得电源容易程度不同情况下的中压和低压供电系统接线方案，同时对所提出的两种中压供电系统方案的可靠性及防火分区配电单元的系统设计，进行了简要分析，以供同行讨论。

参考文献

[1] GB 50838-2015 城市综合管廊工程技术规范[S].北京：中国计划出版社，2015.

[2] GB50052-2009 供配电系统设计规范[S].北京：中国计划出版社，2010.

[3] 工业与民用配电设计手册(第三版)[M].北京：中国电力出版社，2005.

[4] GB50116-2013 火灾自动报警系统设计规范[S].北京：中国电力出版社，2013.

[5] 工业与民用配电设计手册(第四版)[M].北京：中国电力出版社，2017.