综合管廊电气设计相关问题探讨

刘勇

（成都市市政工程设计研究院有限公司，四川 成都 610023）

0 引言

本文以笔者负责的一条五舱综合管廊电气工程设计为例，综合多条综合管廊设计经验，结合单位建议、综合管廊第三方定期机电设备检测评估报告等，探索解决综合管廊电气工程中关于供电电源、负荷计算、低压干线供电方案、设备选型等多方面问题的方法。本文对综合管廊电气工程建设、运维均具有一定参考意义。

1 工程概述

某综合管廊位于成都市西北，跨金牛区、高新区两个行政区，长约5750m，五舱形式（局部为4 舱）。分别为天然气管道舱（1 舱）、综合仓（2 舱）、污水舱（部分路段无此舱）（3 仓）、输水仓（4 舱）、高压电力仓（5 舱）。共分为33 个防火分区，断面如图1 所示。

图1 综合管廊横断面

2 负荷分级

根据《综合管廊工程技术规范》（GB 50838—2015）中7.3.2，即“综合管廊的消防设备、监控与报警设备、应急照明设备，天然气管道舱的监控与报警设备、管道紧急切断阀、事故风机按二级负荷供电，其余用电设备按三级负荷供电[1]”。

在具体项目实施过程中，设计人员对监控与报警设备、应急照明设备，天然气管道舱的监控与报警设备、管道紧急切断阀、事故风机按二级负荷基本无异议，但对于排水泵、非天然气舱风机按二级或三级负荷存在一定分歧，按三级负荷设计虽可满足综合管廊相关规范要求，但根据《电力电缆隧道设计规程》（DL/T 5484—2013）中10.0.10 要求，“排水泵按二级负荷供电[2]”。笔者认为，在管廊设置有两台变压器供电的情况下，排水泵按二级负荷配电投资增加很少，但对于日常运维意义重大，应按二级负荷供电。

3 供电电源选择

根据《供配电系统设计规范》（GB 50052—2009）的相关要求，二级负荷宜由两回线路供电[3]，变压器、电池组、蓄电池均可满足要求，主要有以下3 种方案。

（1）两路市电。

（2）一路市电+柴油发电机组。

（3）一路市电+蓄电池。

三种方案中，方案（1）由于需两路中压电源+两台变压器，成本最高；方案（2）由于综合管廊为线状分布，负荷分散，且地下设置柴发发电机房土建成本高，通风、排烟、消防复杂，不适用于综合管廊备用电源；方案（3）成本适中，但管廊的潮湿、多尘环境造成蓄电池后期维护成本较高。

笔者建议，具体项目应结合管廊的复杂程度、投资金额、运维水平等选择方案（1）或方案（3），而二级负荷中包含电机时，建议优先选用方案（1），管廊潮湿环境不宜采用应急电源（emergency power supply, EPS）做为电机的备用电源。

本项目1 舱为天然气管道舱，其送/排风机功率为4kW。二级负荷中存在电机（天然气舱送风机、排风机、管道紧急切断阀），且本项目为5 舱管廊（局部4 舱），监控设备众多，故选用方案（1）作为供电方案。

4 变配电所及供电干线

综合管廊供电，常见有箱变、地下变配电所两种方式。箱变成本较低，但需占地，且对片区景观有一定影响。一般来说，片区环境景观不敏感时，宜优先选用箱变，否则可选用地下室变配电所。

若路灯、交安等市政用电设施的运维单位与管廊运维单位相同时，箱变（变电所）宜统筹考虑相关设施供电，以便集约资源。

本项目所属道路为综合改造项目，地面设置有轨电车，空间有限，故采用地下室变电所型式。管廊采用双层结构，相对于常规管廊覆土厚度偏小，变配电所的位置选择受限。管廊沿线设置7 个变配电所，分别为1#～7#变配电所，供电半径不超600m，每个变配电所为4～5 个防火分区供电。

管廊跨越两个行政区，第一区段约3.5km，第二区段约2.2km，经过与属地供电部门沟通，2 个行政区内管廊各设置1 总变配电所，结合外部10kV 电源点位置，10kV 通道建设情况，选择3#、7#变配电所为管廊总变配电所。3#/2#/1#/4#变配电所10kV 供电方案如图2 所示，7#/6#/5#变配电所供电方案类似，不再赘述。

图2 3#/2#/1#/4# 变配电所10kV 供电方案

5 负荷计算

综合管廊主要用电设备为照明、风机、水泵以及监控与报警设备。

负荷计算需了解综合管廊在各种状态下设备运行要求，负荷状态。综合管廊主要运行工况如下。

（1）正常自动运行时，监控与报警设备运行，风机根据管廊余热，余湿，有害气体情况或换气要求周期性运行。照明设施根据安防联动需要部分运行。水泵一般不运行。

（2）人工巡检时，监控与报警设备运行，提前半小时开启人员需要进入的舱室风机（一般开启整个变配电所供电范围风机）。照明设施运行（一般开启整个变配电所供电范围风机）。水泵一般不运行。

（3）中、高压电力电缆敷设或舱内管道安装时，监控与报警设备运行，相应舱室照明、风机开启。水泵一般不运行。敷设中、高压电缆时，使用电缆牵引机、输送器。一根电缆长约600 余m，电缆敷设时，一般使用牵引机一台，输送机若干台，牵引机功率约3～4kW，输送机约1～2kW，通过管廊检修插座箱供电，总体功率较小。管道安装施工时，一般需使用电焊机，电焊机功率5～15kW 不等，通过插座箱供电。

（4）火灾工况，通过两路信号确认火灾后，火灾区域若有人，人员先通过逃生口疏散，切断非消防电源，关闭火灾区域风机，启动自动灭火装置，灭火后启动事故后排风机。

（5）天然气舱任意一只天然气探测器超过一级报警浓度设定值时，可燃气体报警联动控制器启动事故段防火分区和监控中心的声光警报器，联动启动含天然气管道舱室事故段防火分区及同舱室相邻防火分区的事故风机，切除非相关设备电源，联动视频监控系统[4]。

通过以上分析可知，综合管廊在管道安装时负荷较大，而管道安装时具体的设备计算容量则与管道安装作业面的划分、施工组织方案有较大关系。人员巡检前管廊的通风时，根据运检需要，依次开启相关舱室所有防火分区风机，此时若开启舱室的多少对变压器负荷率影响较大，因此合理的制定运检方案对优化变压器的负荷率有积极意义。

综合管廊负荷运行不同于常规的工业民用建筑，尚无较成熟的负荷计算方法，目前可参照类似工程，如电力电缆隧道进行负荷计算，后期根据已建成综合管廊实际运行数据，优化完善后续项目的负荷计算。项目典型变配电所负荷计算如表1、表2 所示。特殊说明如下：应燃气运维单位要求，预留燃气电动断阀12kW。统筹本道路照明供电，预留路灯负荷50kW，若无此因素，变压器容量可降低一个规格。

6 低压干线供电方案

常见的低压配电系统有放射式、树干式、链式。结合综合管廊的负荷分布特点及电缆施放，笔者认为，对于非消防负荷，单仓、双仓综合管廊可按树干式配电，三仓及以上管廊建议按放射式配电。对于消防负荷根据《建筑设计防火规范（2018 年版）》（GB 50016—2014）10.1.6 条要求，“消防用电设备应采用专用的供电回路，当建筑内的生产、生活用电被切断时，应仍能保证消防用电[5]”。

管廊的消防设备为自动火灾报警系统，自动灭火系统，防火门监控系统等，用电负荷小，沿管廊呈线状分布，采用树干式配电较为合理，本项目变配电所低压干线如图3 所示。

表1 典型变配电所T1 变压器负荷计算

表2 典型配电所T2 变压器负荷计算

7 10kV 开关柜、配电箱选型

7.1 10kV 开关柜

对于规模较大，供电可靠性要求较高的场合，例如管廊控制中心、分控中心、总变配电所可选用中置柜，管廊夹层由于空间受限、环境潮湿、夏季凝露严重等因素，宜优先选用小尺寸、无油化、全绝缘全密封免维护的环网柜，本项目选用全绝缘六氟化硫环网柜，配断路器保护。

7.2 配电箱

根据以往项目经验，笔者所在城市，位于地下的管廊内部冬暖夏凉，在夏季，空气湿度偏大，管廊内部金属桥架，配电箱内凝露现象严重，对箱体、元器件金属触头、端子排等造成腐蚀，极易导致短路或触头卡死等故障。

图3 变配电所低压干线

本项目在配电箱内设置温湿度传感器、控制器及加热片，可根据配电箱温度、湿度、环境温度自动启停加热片。当条件许可时，可选用智能测温除湿防凝露系统，可对配电室温湿度实时采样，数据上传；设置设备编码地址，远程调整运行参数，故障上传，更加精准除湿防凝露。

8 结语

目前该管廊已竣工验收，正常运行一年有余。笔者将继续跟踪管廊电气设备运行状态、变压器负荷率等，以便优化后续类似项目设计。