城市综合管廊内附属设施控制方法探讨*

李 高 林

[上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司, 上海　200092]

0　引　言

城市工程管线主要包含电力、通信、燃气、热力、给排水等各种市政公用管线,传统建设方式为单独规划、设计、建设,从而导致地下空间利用不充分,并且不利于后期维护。城市综合管廊即在城市地下建造一个隧道空间,将各种城市工程管线部分或全部纳入该空间内敷设,从而方便实施统一规划、设计、建设及管理,有效地保障城市的良好运行。

1　综合管廊舱室类型

综合管廊内容纳的管线类型众多,各种管线的性质及敷设要求各异,有特殊要求的管线需独立舱室敷设或者不可与某种管线共舱敷设。根据舱室内敷设的管线类型,综合管廊舱室大致可分为天然气管道舱(简称燃气舱)、热力舱、电力舱、水舱(含给水、雨水、污水、再生水管线等)、综合舱(含水、电信、电力等管线)、非含电综合舱(不含电力电缆的综合舱)等类型。

2　综合管廊内附属设施的种类

根据GB 50838—2015《城市综合管廊工程技术规范》[1]规定,综合管廊内附属设施主要有消防系统、通风系统、供电系统、照明系统、监控与报警系统、排水系统及标识系统。本文就通风系统、照明系统及排水系统的用电设备控制进行探讨。

3　管廊内通风机的控制要求及方案

(1) 设置通风系统的目的。① 平时通风:为保证管廊内温/湿度满足内部敷设的管线运行要求,设置通风机进行通风换气,使得温/湿度控制在要求范围之内。同时城市综合管廊属于地下密闭空间,空气流通性较差,导致有害气体沉积及氧气含量下降,不利于人员进入管廊内部进行巡视及维护,设置通风系统进行通风换气,保障进入人员的人身安全。② 事故通风:天然气管道舱存在可燃气体泄漏的可能,需要及时将可燃气体排出管廊外,降低管廊内可燃气体浓度,防止爆炸事故发生及扩散。③ 灾后排烟:电力舱或综合舱内含有大量的电力电缆,存在过载、短路、漏电等电气事故,可能会引发火灾。根据国家标准GB 50838—2015规定,综合管廊舱室内发生火灾时发生火灾的防火分区及相邻分区的通风设备应能够自动关闭,使相应区段内密闭隔氧,以便于自动灭火装置实施灭火,火灾扑灭后人员进入前需要通过通风设备排出火灾产生的有毒烟气,方便人员进入。

(2) 通风系统的控制要求。不同舱室内设置的通风系统用途不相同,燃气舱内的通风系统既需要平时通风又需要事故通风;电力舱或综合舱内的通风系统既需要平时通风又需要灾后排烟;其余类型舱室内只需要平时通风。

根据GB 50838—2015规定,平时通风机仅需间隔一段时间或者舱室内温/湿度超过某个设定值时开启,通风机由BA系统、按钮(箱面按钮、按钮盒)控制;事故通风由可燃气体报警系统或火灾报警系统联动控制,当可燃气体探测器探测到舱室内天然气浓度大于其爆炸下限浓度值20%时,可燃气体报警系统应联动开启事故段及相邻分区的事故通风机,同时通风机也可由BA系统、风机按钮(箱面按钮、远方按钮盒)控制;平时通风在火灾时需要关闭的通风机由火灾报警系统联动控制,当火灾探测器探测到火灾时,火灾报警系统应联动关闭发生火灾的分区及相邻分区的通风机,火灾扑灭后人员进入前进行的灾后排烟应可在风机就近设置的按钮(箱面按钮、按钮盒)或者直接接送的临时电源来开启通风机。

(3) 控制要求的电路实现。通风机一次配电系统如图1所示。

普通舱仅需平时通风,控制要求比较简单,风机由BA系统及按钮控制,控制方式分为远方控制、就地控制,远方控制分为BA控制、按钮盒控制,就地控制为箱面按钮控制。

仅需平时通风的风机两种接线方案如图2所示。

图2(a)中,按钮盒控制与BA控制回路共用一套启停中间继电器KA1、KA2,通过中间继电器来控制通风机的启停,如果其中一个继电器或者继电器线圈回路故障且通风机为远方控制时,则不能正常开启或者停止通风机。图2(b)中,按钮盒控制与BA控制回路分别采用两套启停中间继电器KA1～KA4,使得按钮盒控制回路与BA控制回路分开,发生上述故障时通风机仍可实现远方控制,提高通风机远方控制的可靠性,但是图2(b)的控制回路比图2(a)的控制回路较复杂,增加实际运行时检修及维护的成本,设计时可根据管廊实际运行需求进行选择设计。

图1　通风机一次配电系统

图2　仅需平时通风的风机两种接线方案

燃气舱内既需要平时通风又需要事故通风,二次控制方案只需在平时通风控制的基础上增加可燃气体报警系统或火灾报警系统对通风机的强制开停机。

燃气舱内通风机的二次控制原理图如图3所示,具体二次控制原理图应根据通风机的形式做相应的调整。燃气舱内通风机平时通风控制方案与图2中的一样。

图3是在图2(b)的基础上进行设计的。根据GB 50838—2015规定,当可燃气体探测器探测到舱室内天然气浓度大于其爆炸下限浓度值20%时,可燃气体报警系统应联动开启事故段及相邻分区的事故通风机,图3(a)、(b)均满足系统联动开机的要求,图3(b)主要是增加系统联动停机的功能,然而综合管廊及涉及天燃气的相关规范目前暂无条文规定需要联动停机,是否有此必要呢?一般在综合管廊内敷设的天然气管道属于城市的干、支线管道,管径较大,一旦管道发生严重的破损,甚至断裂,虽然可燃气体报警系统可以及时联动关闭天然气阀门,但是管道内还存有大量的天然气,相应管廊段内的天然气浓度上升很快,极易超过其爆炸上限值,若此时事故风机继续开启通风排气,一方面可能使得相应管廊段内天然气的浓度又回到爆炸下限值与爆炸上限值之间,反而增大管廊内发生爆炸事故的可能性,另一方面由于管廊内天然气浓度较高,此时继续排气会导致通风机出风口处天然气浓度迅速上升,使得出风口处可能发生爆燃等二次事故,威胁地面安全。所以,当可燃气体报警系统探测到管廊内天然气的浓度超过某一设定值或天然气浓度增速超过某一设定值时,应联动关停风机以等待专业人员进行处理。因此,推荐采用图3(b)的方案。

图3　燃气舱内通风机二次控制原理图

电力舱或者综合舱内既需要平时通风又需要灾后排烟,同时在发生火灾时需要关闭风机,所以二次控制方案在平时通风控制的回路中增加火灾报警系统强制停机开关触点,当火灾报警系统检测到火灾时会联动关闭风机。电力舱内通风机二次控制原理图如图4所示。

图4　电力舱内通风机二次控制原理图

电力舱内通风机为火灾后排烟,不同于火灾时需要运行的排烟风机,该风机不属于消防设备,所以对其配电及控制回路在火灾中的线路完整性不作要求,火灾后若其配电回路及控制回路未受损,则可通过按钮(箱面按钮、按钮盒)开启风机进行通风排烟;火灾后若其配电回路或控制回路受损不能正常运行,检修人员则可通过外部人员进出口进入到风机间内,通过一次系统中设置的就地隔离开关箱(见图1)接入临时电源,直接开启风机。通过以上论述可知,电力舱内通风机的控制不需要与消防风机那样设计,图4中控制方案即可满足要求[2]。

4　管廊内照明的控制要求及方案

按规范要求,干支型城市综合管廊全线均应设置正常照明和应急照明,应急照明可兼做平时照明。

(1) 照明系统的控制要求。综合管廊绝大部分为地下空间,平时工作人员在进入管廊前需要打开相应段内的照明,所以管廊内照明系统应可以在远方进行控制(BA、出入口处按钮箱);火灾时需要满足消防联动及疏散要求,当管廊内发生火灾时需通过火灾报警系统联动开启相应段内的应急照明,用于协同火灾确认及必要疏散。综合管廊内照明按钮箱一般设置于每段人员出入口处及相邻段防火门处,同时在配电箱箱面设置照明开关按钮,以实现照明系统的就地控制。

(2) 控制要求的电路实现。一般照明配电系统及二次控制原理图如图5所示。应急照明配电系统及二次控制原理图如图6所示。

图5　一般照明配电系统及二次控制原理图

图6　应急照明配电系统及二次控制原理图

平时为满足照度要求,需开启管廊内相应区段所有的照明,包括一般照明及兼做一般照明的应急照明,所以远方控制时BA系统及按钮箱控制可合用一套开、关灯中间继电器KA1、KA2,利用KA1、KA2中间继电器的辅助触点实现正常照明及应急照明的同开同关。

火灾时为满足消防联动及疏散要求,火灾报警系统应联动点亮应急照明,在应急照明控制回路中跳过选择开关直接并入火灾报警系统开关触点,使得火灾时应急照明可靠点亮(见图6)。

5　管廊内排水泵的控制要求及方案

综合管廊在使用过程中可能会出现结构渗漏水或者管道检修放空水的状况。因此,为满足排水要求,综合管廊每段需设置排水泵。

(1) 排水泵的控制要求。设置排水泵主要是为了管廊内集水坑水位不超越规定的水位,传统控制方式是采用浮球液位开关进行就地液位自控+BA监视。随着智慧管廊的逐渐兴起,为满足智能化控制,排水泵采用液位保护+BA控制的综合控制。

(2) 控制要求的电路实现。排水泵一次配电系统及液位示意图如图7所示。

图7　排水泵一次配电系统及液位开关示意图

排水泵二次控制原理图如图8所示。

图8(a)方案为就地液位自控,是目前排水泵常用的一种控制方式,通过集水坑内设置的浮球液位开关来自动控制排水泵的开停,使得集水坑内液位保持在高水位(SL2)与低水位(SL1)之间。该控制方案中BA只监视排水泵的运行及故障状态,不参与排水泵的开停控制。当综合管廊内水管放空时,管廊内多台排水泵可能会同时启动,对于管廊配电系统冲击较大。

图8　排水泵二次控制原理图

图8(b)方案中水泵主要由BA系统进行控制,BA系统在溢流液位(SL3)与超低液位(SL1)(低于该水位,水泵继续运行会受损)之间可以独立控制水泵的启停,液位控制仅作为保护措施,仅在高于溢流水位(SL3)时强制开泵及低于超低水位(SL1)时保护停泵,液位保护控制仅作为BA控制失效后的后备措施。该方案可通过后台PLC编程避免多台排水泵同时启动,以免对管廊配电系统造成冲击。

目前,地下综合管廊逐步向智慧化发展,为了更好地实现智能控制,推荐采用图8(b)方案。

6　结　语

结合综合管廊内几类主要附属设施的控制要求,探讨相应的二次控制原理图,为了使二次控制原理图更加简洁明了,列举的原理图均未列入信号反馈电路。目前,综合管廊正处于蓬勃发展的阶段,列举的几种控制方案应根据实际应用效果不断改进,如双速风机、双泵轮换等各工艺新需求,以满足综合管廊建设水平的不断提高。