齊航、楊秦飛

（鄭州工商學(xué)院，河南鄭州451400）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)交通建設(shè)事業(yè)也取得較大的進(jìn)步。在以往的交通建設(shè)中，一些特殊區(qū)域如山地、溝壑等地形，無(wú)法直接修建公路，需要長(zhǎng)距離繞行，造成很大的不便。而通過(guò)市政隧道工程的建設(shè)，能夠一定程度縮短通行距離。在市政隧道工程中，供配電系統(tǒng)的作用十分重要，對(duì)于隧道運(yùn)行的安全性也有很大的影響。由于市政隧道工程中供配電系統(tǒng)更為復(fù)雜、特殊，所以必須做好科學(xué)的電氣設(shè)計(jì)，以確保安全性。

1 市政隧道工程中供配電系統(tǒng)的基本概述

當(dāng)前市政隧道工程中主要使用10kV 左右的供配電變電站，能對(duì)隧道供電需求加以滿(mǎn)足。不過(guò)，由于容易受到各類(lèi)因素的干擾，導(dǎo)致供配電系統(tǒng)可能發(fā)生電壓不穩(wěn)的問(wèn)題。例如，白天設(shè)備運(yùn)行數(shù)量多，電壓相對(duì)較低，而晚間設(shè)備運(yùn)行數(shù)量減少，電壓就會(huì)升高。由于長(zhǎng)時(shí)間電壓不穩(wěn)定，隧道內(nèi)照明燈等設(shè)備也容易出現(xiàn)問(wèn)題。例如在電壓較低的情況下，容易引起觸發(fā)器誤操作；在低電壓較高的情況下，能源損耗會(huì)有所增加[1]。因此無(wú)論電壓過(guò)高或過(guò)低，對(duì)于隧道內(nèi)部用電設(shè)備都有不利影響，對(duì)其正常運(yùn)轉(zhuǎn)及使用壽命都會(huì)造成影響。因此，在市政隧道工程中，供配電系統(tǒng)非常重要，應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使電力系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量得到提升。不過(guò)，隧道工程中的供配電系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，對(duì)于具體的設(shè)計(jì)有著較高的要求，其自身也具有很多明顯的特點(diǎn)。

2 市政隧道工程中供配電系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

市政隧道工程中的供配電系統(tǒng)，不同于其他普通的供配電系統(tǒng)，具有一些獨(dú)特的特點(diǎn)。例如，其對(duì)安全性、可靠性有著更高的要求。作為市政隧道中的重要組成部分，供配電系統(tǒng)必須保證更高的安全性，一旦發(fā)生故障問(wèn)題，由于隧道內(nèi)部空間狹小、過(guò)于封閉，在引發(fā)火災(zāi)的情況下，將會(huì)對(duì)設(shè)備和人員造成更大的威脅。所以必須重視火災(zāi)預(yù)防工作，保證供配電系統(tǒng)符合相關(guān)的技術(shù)及安全標(biāo)準(zhǔn)，最大限度減少故障發(fā)生[2]。另外，市政隧道工程通常規(guī)模較大、長(zhǎng)度較長(zhǎng)，施工過(guò)程中也需要使用很多電力設(shè)備。基于此在具體設(shè)計(jì)當(dāng)中，要考慮到工程項(xiàng)目實(shí)際需求，確保設(shè)備選擇合適。同時(shí)，要開(kāi)展好電力設(shè)備質(zhì)量檢測(cè)工作，不要應(yīng)用不合格的設(shè)備，造成供配電系統(tǒng)安全受到影響。在市政隧道工程供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)于系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用需求必須充分考慮，將相關(guān)的配套設(shè)施加以完善，保證項(xiàng)目整體協(xié)調(diào)發(fā)展，確保供配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

3 市政隧道工程中供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)

3.1 變壓器容量設(shè)計(jì)

在市政隧道工程中，供配電系統(tǒng)應(yīng)用的用電設(shè)備數(shù)量較多，其中變壓器十分重要。在具體設(shè)計(jì)當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制變壓器的實(shí)際容量，進(jìn)而為供配電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性提供保障。需要根據(jù)工程實(shí)際情況，合理選擇變壓器容量設(shè)計(jì)。例如，可以參考隧道變電所的總負(fù)荷參數(shù)水平，對(duì)變壓器合理容量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。利用兩臺(tái)相同容量的變壓器，對(duì)總負(fù)荷進(jìn)行平攤，這樣能夠確保在一臺(tái)變壓器出現(xiàn)故障的情況下，另一臺(tái)變壓器仍能夠正常運(yùn)行，承擔(dān)相應(yīng)的負(fù)荷，避免對(duì)供電穩(wěn)定性造成影響[3]。

3.2 電源末端切換設(shè)計(jì)

在市政隧道工程的供配電系統(tǒng)建設(shè)中，需要考慮到防火方面的需求。其最基本要求是火災(zāi)隱患的及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并在最短時(shí)間內(nèi)撲滅。其中火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、消防設(shè)施系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最為重要。具體的電氣設(shè)計(jì)中，使用雙電源末端切換的方式，能使防火系統(tǒng)運(yùn)行安全性得到確保。在相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范上，盡管沒(méi)有做出具體規(guī)定，不過(guò)考慮到實(shí)際情況仍然應(yīng)當(dāng)采取該項(xiàng)設(shè)計(jì)措施。雖然這種設(shè)計(jì)方式也有一定的弊端，例如會(huì)促使低壓柜回路，電纜使用數(shù)量增多，供電面積提升，工程成本升高，且由于隧道內(nèi)部環(huán)境比較特殊，末端切換箱容易發(fā)生腐蝕損壞，使用功能降低的問(wèn)題[4]。但是應(yīng)用該設(shè)計(jì)方式后，如果某一路電纜出現(xiàn)故障，仍然能有備用的電纜持續(xù)維持供電，使供電的穩(wěn)定性得到保障。在實(shí)際建設(shè)當(dāng)中，市政隧道工程都采用并列鋪設(shè)電纜的模式，如果某條電纜出現(xiàn)機(jī)械破壞，其他部分也可能受到影響。而在每條電纜上安裝短路保護(hù)裝置，就能有效減少過(guò)流損壞的問(wèn)題。另外，還可采取鎧裝電纜的方式，能夠預(yù)防老鼠等災(zāi)害。

3.3 供電線(xiàn)路改造設(shè)計(jì)

在市政隧道當(dāng)中，一般電纜是在隧道的位置上懸掛布設(shè)，與隧道一側(cè)緊貼，因此比較容易發(fā)生腐蝕的情況。部分電纜布設(shè)位置相對(duì)較高，還有些電纜需要穿越墻體，相應(yīng)的防腐措施可能不及時(shí)、不到位，存在防腐操作的盲區(qū)，因此導(dǎo)致很多工程中電纜防腐措施的實(shí)效性低于70%。針對(duì)此類(lèi)情況，在供電線(xiàn)路改造設(shè)計(jì)中，可以選擇使用MYJV22-6、10 型交聯(lián)聚乙烯內(nèi)鋼帶鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電纜。此類(lèi)電纜對(duì)于腐蝕問(wèn)題能夠有效解決，減少和預(yù)防電纜鋼絲受到腐蝕的情況。另外，還能夠隨時(shí)對(duì)腐蝕狀態(tài)進(jìn)行檢查，為相關(guān)工作的開(kāi)展提供便利[5]。

3.4 變壓器保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

市政隧道工程中的供配電系統(tǒng)中，為確保電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，就需要使用相應(yīng)的保護(hù)裝置。在變壓器運(yùn)行中，一般以斷路器作為變壓器保護(hù)裝置，而較少使用負(fù)荷開(kāi)關(guān)和熔斷器相結(jié)合的方式。不過(guò)相關(guān)研究顯示，負(fù)荷開(kāi)關(guān)加熔斷器的方式具有更大優(yōu)勢(shì)，在市政隧道工程中實(shí)用性也更強(qiáng)。主要是因?yàn)樵趯?shí)際用電當(dāng)中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生利用開(kāi)關(guān)切換負(fù)荷的情況，但較少出現(xiàn)短路保護(hù)發(fā)生的情況。所以，在變壓器保護(hù)裝置設(shè)計(jì)中，使用負(fù)荷開(kāi)關(guān)加熔斷器的模式，利用負(fù)荷開(kāi)關(guān)對(duì)負(fù)荷切換加以控制，同時(shí)通過(guò)斷路器實(shí)現(xiàn)斷路保護(hù)。限流熔斷器的保護(hù)動(dòng)作可在10ms 內(nèi)完成，應(yīng)用效果及發(fā)展前景都比較理想[6]。在某些城市中對(duì)此也做出相關(guān)的規(guī)定，如規(guī)定單臺(tái)變壓器最大容量不超過(guò)1600kVA 的情況下，應(yīng)使用負(fù)荷開(kāi)關(guān)加熔斷器的方式作為保護(hù)措施。如果單臺(tái)變壓器容量超過(guò)1600kVA，則可以使用斷路器提供保護(hù)。在公路隧道中，保護(hù)方案的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)考慮到具體規(guī)范及實(shí)際情況。以10kV 供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求為準(zhǔn)，如果配電變壓器容量在500kVA 以下，應(yīng)使用高壓熔斷器提供保護(hù)；如果配電變壓器容量在500kVA 以上，應(yīng)使用高壓斷路器提供保護(hù)。

3.5 電纜連接器改造設(shè)計(jì)

在市政隧道中，很多供電線(xiàn)路故障的發(fā)生，都與其在隧道內(nèi)受到擠壓或剮蹭有關(guān)。而在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，由于連接器密封不合格，可能發(fā)生滲漏的情況。另外，過(guò)去應(yīng)用電纜連接線(xiàn)的連接工藝相對(duì)復(fù)雜，連接器自身體積比較大，因而在市政隧道工程內(nèi)安裝難度較大，容易受到擠壓而發(fā)生損壞。對(duì)此，可以設(shè)計(jì)使用高壓連接器，能夠較大程度上簡(jiǎn)化連接工藝，并且縮小整體體積更節(jié)省空間。通過(guò)對(duì)電纜連接器的改造設(shè)計(jì)，減少連接器故障引發(fā)的高壓停電問(wèn)題，使供配電系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性更高。

3.6 低壓斷路器失壓脫扣器設(shè)計(jì)

市政隧道工程中的供電安全非常重要，在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以應(yīng)用低壓斷路器失壓脫扣器的附件。這樣一來(lái)如果出現(xiàn)異常情況，能夠?qū)⒁恍┫鄬?duì)不重要的負(fù)荷減去，降低整體供電壓力，進(jìn)而維持重要負(fù)荷的穩(wěn)定供電。但在失壓脫扣器附件的具體應(yīng)用當(dāng)中，尚未形成完全自動(dòng)化的狀態(tài)，仍有部分環(huán)節(jié)需要依靠人工操作，應(yīng)用比較煩瑣[7]。另外，失壓脫扣器的運(yùn)行狀態(tài)為長(zhǎng)期帶電運(yùn)行，會(huì)造成電能的浪費(fèi)，還會(huì)發(fā)出較大的噪音。此外，失壓脫扣器對(duì)隧道環(huán)境還有很高的要求，如果電網(wǎng)電壓升高或隧道環(huán)境比較潮濕，都可能造成失壓脫扣器燒壞的情況。因此，在具體設(shè)計(jì)中，可以將重要負(fù)荷與非重要負(fù)荷分別在不同母線(xiàn)上搭載。這樣如果突然發(fā)生失電的情況，可以將非重要負(fù)荷母線(xiàn)總進(jìn)線(xiàn)斷路器跳開(kāi)，改由應(yīng)急電源負(fù)責(zé)重要負(fù)荷的供電。

4 結(jié)語(yǔ)

市政隧道工程是城市交通建設(shè)發(fā)展中的一個(gè)重要部分，對(duì)于改善交通狀況、提高交通運(yùn)行效率都有重要的價(jià)值。供配電系統(tǒng)是市政隧道工程中的重要部分，其與普通的供配電系統(tǒng)相比，具有相對(duì)獨(dú)特的特點(diǎn)。由于隧道內(nèi)部情況更為復(fù)雜，因此對(duì)供配電系統(tǒng)應(yīng)開(kāi)展更為科學(xué)的電氣設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，避免發(fā)生安全事故。