城市地下综合管廊配电系统配置方案探究

摘 要：随着我国城市化进程的不断加快以及居民对城市功能需求的不断增长，城市地下综合管廊作为一个新型的城市综合设施，在维护和管理上具有更大的优势。该文重点针对城市地下综合管廊电气设计中低压配电系统、照明、智能应急疏散照明系统和自控系统等方案选择进行探讨研究，并结合实际对配电方式及电压损失的处理措施提供解决方法，以期达到经济与效益的完美结合。

关键词：综合管廊;低压配电系统;照明;智能应急疏散照明系统;自控系统;配电方式;电压损失

中图分类号：TM732 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）34-0142-04

Abstract： With the rapid progress of urbanization in China and the continuous growth of residents' demand for urban functions， urban underground comprehensive utility tunnels， as a new type of urban infrastructure， have increasingly appeared in urban construction and old city renovations. Their characteristics make maintenance and management relatively simple. This paper focuses on the electrical design of low-voltage distribution systems， lighting， intelligent emergency evacuation lighting systems， and self-control systems in urban underground comprehensive utility tunnels. This paper discusses and studies the selection of solutions and provides solutions for distribution methods and voltage loss handling measures based on practical considerations， aiming to achieve a perfect combination of economy and efficiency.

Keywords： comprehensive utility tunnel; low-voltage distribution system; lighting; intelligent emergency evacuation lighting system; automatic control system; power distribution method; voltage loss

城市地下综合管廊作为一项新兴工程类型，已逐渐成为城市市政工程建设的主要组成部分，是否具备成熟的地下综合管廊也成为衡量城市市政发展建设的一个重要参考项。城市综合管廊是在城市地下建造一个隧道空间，将电力、燃气、供热供冷和给排水等各种工程管线集于一体，设有专门的检修口、吊装口和自控检测设备系统，对于美化城市市容市貌，降低市政管线维护难度起到了不可替代的作用。综合管廊以项目区域跨度大、结构复杂为特点，保障管廊配电系统的稳定性就显得尤为关键，这无疑是对电气配电系统配置提出了更高的要求。笔者针对地下综合管廊的电气配电系统配置设计，结合规范和项目实际情况进行比较分析，并提出更适合现代城市地下综合管廊的电气配电系统配置方案。

1 配电系统设计

1.1 配电电源的选择

综合管廊位于地下，覆盖面积大，既要考虑到供电可靠性，也要兼顾工程成本投入，所以选择一个合理的供电方式显得十分重要。笔者将目前电气设计中较为常见的2种供电方案提出来进行对比分析。

方案一：采用公民建工程常见的配电方式，针对本项目设置管廊专用变配电室;一般情况下变配电室供电半径为150～180 m，结合大多数项目实际情况，需要在地下设置多处变配电室。

方案二：管廊配电系统电源就近引自相邻地块建筑物内的变配电室内备用回路。

综合以上2种方案，弃选方案一，原因如下。

1）设置管廊专用变配电室会受到供电半径的限制，导致需要建设的变配电房数量增加，且涉及地下开挖等不利因素影响，工程前期成本投入及后期运营维护所需要的人力物力明显增加。

2）管廊内机电设备负荷量不大，若采用设置独立变配电室的方式，单一变配电室承载负荷量少，不够经济。

3）一般市政地下综合管廊主要建设区域位于经济、交通较为发达的区域，该类型区域建筑设施多，有一定的配电裕量，可从周边建筑配电室内空余配电回路引出电源。

综合以上因素考虑，采用方案二就近引电源的供电方式，该方案供电较为灵活，且投入成本低，对项目附近规划不造成影响;不足之处是涉及计费抄表的问题，建设方需事先与供电方达成用电协议。

1.2 供电区域规划

由于城市综合管廊需要服务多个地块，因此地下存在较多条支线管廊。

例如北京某商务区供热供冷管廊工程（以下简称“管廊”）中，支线管廊建设在骆驼湾南路，金中都西路下方，支线管廊线路长度长，离主干线路较远。因此，有必要对整个管廊工程进行配电区域划分，明确每个配电区域供电电源位置和服务范围，若配电分区划分不当会导致管廊内设备后期运营管理混乱、电缆过长、电压过低等问题，极大地影响了管廊内供电可靠性。

从施工及检修方便的角度出发，笔者认为，管廊的检修投料口作为管廊仅有的对外开放区域，空间较大，具有良好的安装检修条件。因此，可将每个供电分区内的总配电箱安装在管廊检修投料口的下方;不仅如此，由于管廊检修投料口一般设置在主干管廊中部区域，在该处引入外部电源，即成为该片区的负荷中心，采用放射式配电的方法进行供电，能够最大程度避免因供电半径过大而导致电缆需要过度增大截面的负面影响，进而节省了工程造价。

按照上述原则，本项目结合实际情况共划分了5个供电区域，片区划分如图1所示。

1.3 低压配电系统设计

按照GB 50838—2015《城市综合管廊工程技术规范》，GB 51348—2019《民用建筑电气设计标准》建筑物供电等级划分，城市综合管廊用电如若不存在可燃物，例如燃气及高压电缆等，一般归类为三级负荷;故项目内所有照明、疏散照明、诱导风机、轴流风机和排水泵等均按三级负荷单路进线供电设计[1]。

虽然管廊整体负荷等级归类为三级负荷，但是为了保证市政管廊稳定运行，笔者建议在外部供电环境允许的情况下，在总配电箱处可以按照取自不同地块的双路电源进线方式进行设计，以提高供电电源的可靠性。整体的配电形式应以放射式配电为主，树干式配电为辅，对于位置临近且负荷性质相似的用电设备统一采取链式配电。

电力配电干线以该项目管廊某个供电分区干线系统图（图2）为例。

长距离供电引发电压损失的处理：综合管廊一般长度较长，动辄上千米，此时供电末端电压将难以满足机电设备额定需求，会导致电动机类设备无法正常启动，或欠压运行，具有一定风险隐患。笔者同样以该项目管廊某个供电分区为例，列举目前工程上普遍采用的增大电缆截面和较为少见的设置升压变压器的方案做一个对比。

由于AP-3至AP-3-1、AP-3-2配电箱距离约为265 m，末端电压损失约为8%，不满足正常供电电压需求，遂考虑2种解决措施。

方案一：将AP-3-1与AP-3-2电缆分别放大一级，均采用WDZC-YJY-（4×150） mm2+（1×70） mm2电缆，经计算，满足电压降在7%以内的要求。

方案二：保持AP-3-1与AP-3-2电缆截面不变，均采用WDZC-YJY-（4×120） mm2+（1×70） mm2的电缆，在二级配电箱进线处增设升压变压器2台100 kVA（360 V/380 V），以提高这2处节点的线电压值至380 V，保障设备稳定运行。

笔者在查阅多家厂商电缆样册及变压器样册后，综合比较弃选方案一，原因在于目前市场内升压变压器100 kVA价格较为低廉，实际现场安装方便;若采取统一增大截面的措施，不仅需要增加电缆桥架的尺寸，放大电缆造成的额外造价费用远高于设置升压变压器的费用。

综上，笔者得出结论，即在综合管廊配电长度较长（大于一般公民建150～180 m供电范围），设备负荷量不高的情况下，建议采用设置小型升压变压器的方式改善供电电压不足问题。

1.4 一般照明设计

综合管廊内照明是保证其正常运行维护的基础，不同于常见的民用建筑，设计时需要考虑以下几点。

1）为达节能目的考虑，建议采用LED照明灯，光源显色指数Ra≥80，色温在2 500～5 000 K之间[2]。

2）由于所处环境潮湿、大部分层高在2.5 m以下，为了充分保证人身安全，照明配电箱出线回路设置了220 V/24 V照明变压器将高电压转换为安全电压，并在照明末端回路设置漏电保护器，以防止触电的情况发生[3]。

特殊照明设计：由于管廊整体位于地下，管廊内地势会随着结构改变而出现较大的波动，导致管廊内标高差距较大（高差可达5～6 m）。这对于检修人员日常维护以及发生险情时逃生是相当不利的，若无合理的照明则极易产生危险。

为了妥善避免未来可能出现的风险隐患，笔者经过反复的调查研究，最终认为本类型问题可借鉴电梯井道照明的灯具布置思路应用于管廊内下沉空间区域。原因在于以下几点。

1）下沉深度高，一般常见的13 W吸顶灯具照度无法满足实际管廊照明需求，且会产生在紧急情况下逃生人员头部顶撞灯具造成触电的危险;若采用增大吸顶灯具功率的方法，则极易对人眼产生眩光，不利于逃生，也不利于日常检修维护。

2）利用电梯井道照明思路，在管廊下沉对壁上设置11 W壁灯，在最高点和最低点0.5 m以内各装一盏，中间每隔不超过4 m的距离装设一盏灯;由于灯光是背对着检修人员，灯光打在混凝土表面形成柔和的漫反射，则有效避免了眩光的产生。

3）在最高处设置声光警报器，旨在为人员起到提醒的作用。

1.5 疏散照明设计

城市综合管廊内投料检修口也作为发生险情时逃生出口使用，规定依据GB 50838—2015《城市综合管廊工程技术规范》：任意2个投料口之间的距离为200 m[4];鉴于此，人员在危急情况下缺少疏散指示，一是会导致慌乱，二是会选择错误的方向往更远的检修口逃生，耽误了救援时间。因而，选择合理的应急疏散照明系统很关键。

笔者结合当前市场产品价格、质量以及项目实际情况考虑决定采用智能应急疏散照明系统。该系统相比于传统应急照明能够更好地满足疏散逃生的要求，将安全出口标志灯、疏散指示灯、部分专用应急照明纳入智能应急疏散照明系统，每个灯均自带地址与监控主机联动，检测每一个应急照明灯具的工作状态。在片区中控室内设置监控主机。智能应急照明在发生险情的时候，可以结合人员所处的位置由计算机生成疏散系统，变更逃生的方向，及时地引导人员往就近的检修投料口疏散[5]。

智能应急疏散照明系统灯具均采用24 V安全电压供电，相较于传统的220 V供电，在火灾的情况下，保障了逃生和救援人员不会因触电而产生危险。由于每个灯具自带地址，运营维护人员可以方便地在消控室内智能应急疏散照明系统监控主机内了解到每一个灯的使用情况，并可以及时更换老旧的灯具。考虑到本工程面积较大，会存在电压损失的情况，在本工程检修投料口处设置了服务该供电片区的电池站，以确保应急照明灯具供电的稳定性[5]。

由于管廊两侧均为大直径水管，壁装疏散指示灯难度较大且不易于辨识。故每隔3 m距离设置尺寸为DN150、防水等级IP64的埋地疏散指示灯。

1.6 照明控制

管廊内照明使用接力照明控制系统，在每个照明回路起始段与终止端设置了单联双控开关，检修人员可以灵活地控制前后方的照明灯具（每回路大约25盏灯，回路距离约为130 m左右），相对于智能感应照明，本设计工程投入费用更低且也同样能实现环保节能的要求。

2 自控系统

2.1 视频安防系统

为了最大程度达到节能目的，管廊内在非检修维护期间可仅保留疏散指示灯作为常亮照明，采用红外夜视摄像机监控管廊内设备的情况。在管廊下沉空间、主支管廊交汇处设置，保证管廊内监控无死角。系统的网络传输采用安防专用局域网，采用6芯千兆光纤传输至供电片区中央控制室。

2.2 通信系统

管廊内需要引入移动网络信号全覆盖，一是方便检修人员地下联络通信;二是为日后采用机器人智能巡检系统奠定通信基础。

2.3 建筑设备监控系统

有效监督廊内设备情况是保证管廊整体稳定运行的关键。以该项目为例，本项目在沟内设置PLC控制器实现对沟内设备的监控管理，监控系统设置在商务区中控室。监控内容包括：所有管道分支处的电动阀，温湿度传感器、进排风机、诱导风机设备运行状态监控、集水坑液位及污水泵运行状态等。

3 结束语

作为当下市政建设的新兴项目，城市地下综合管廊聚集着城市各种“生命管道”，是城市安全运行的基础，对提升城市人居生活环境品质、减少管道线路对周边居住环境的影响、提升城市整体安全水平具有十分重要的作用。城市地下管廊电气系统是保障管廊机电设施设备稳定运行的前提和基础，而管廊配电结构复杂，干线长、支线多、用电负荷和用电电压等级有别于传统公民用建筑配电系统，对熟悉传统配电设计思路的电气设计师而言会造成一定困难。本文就典型城市地下综合管廊电气系统配电规划、配电干线、照明及自控系统进行探讨，研究最优设计方案，旨在起到抛砖引玉之效，与同行们分享。

参考文献：

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.民用建筑电气设计标准： GB 51348—2019[S].北京：中国建筑工业出版社，2019.

[2] 北京照明学会照明设计专业委员会.照明设计手册[M].3版.北京：中国电力出版社，2017.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑照明设计标准：GB/T 50034—2024[S].北京：中国建筑工业出版社，2024.

[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.城市综合管廊工程技术规范：GB 50838—2015[S].北京：中国计划出版社，2015.

[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部.消防应急照明和疏散指示系统技术标准：GB 51309—2018[S].北京：中国计划出版社，2018.

作者简介：柯理翔（1991-），男，讲师，工程师。研究方向为变配电工程。