趙 明, 李東晉

[1.林同棪國際工程咨詢(中國)有限公司, 重慶 401121;2.重慶杰地建筑設(shè)計(jì)有限公司, 重慶 401121]

0 引 言

綜合管廊是建于城市地下用于容納兩類及以上城市工程管線的構(gòu)筑物及附屬設(shè)施,并設(shè)投料口、進(jìn)風(fēng)排風(fēng)機(jī)、人員出入口、通風(fēng)、監(jiān)控等附屬系統(tǒng)。通過統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)和管理,綜合管廊避免了敷設(shè)或維修地下管線反復(fù)挖掘道路的情況,減少對道路交通和居民出行的影響和干擾,保持路面的完整和美觀。

城市綜合管廊附屬工程電氣部分主要包括供配電系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)、接地保護(hù)系統(tǒng)、監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng),部分管廊還要求設(shè)置智慧系統(tǒng)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和市場的需求,綜合管廊建設(shè)也進(jìn)入了高速發(fā)展期。現(xiàn)在城市綜合管廊設(shè)計(jì)主要依據(jù)規(guī)范GB 50838—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》、GB/T 51274—2017《城鎮(zhèn)綜合管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和圖集17GL602《綜合管廊監(jiān)控及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工》、17GL603《綜合管廊監(jiān)控及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工》,但這些規(guī)范和圖集僅對綜合管廊基本設(shè)計(jì)做了概況性的描述,對于長距離綜合管廊的供配電系統(tǒng)、監(jiān)控及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)仍值得探討,以下結(jié)合某科學(xué)大道綜合管廊工程的設(shè)計(jì)情況,對長距離綜合管廊設(shè)計(jì)提出相應(yīng)要點(diǎn)。

1 工程概況

科學(xué)大道上干線綜合管廊總長約60 km,其中已實(shí)施的核心區(qū)段整段均敷設(shè)有干線綜合管廊,長度約28.6 km。干線綜合管廊由兩個(gè)艙組成:高壓艙和綜合艙。綜合管廊斷面圖如圖1所示。

圖1 綜合管廊斷面圖

2 綜合管廊系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)

綜合管廊強(qiáng)電系統(tǒng)一般包括供電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)、接地保護(hù)系統(tǒng)和監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)。

2.1 供電系統(tǒng)

以往新建管廊的高壓供電方案主要包含:單側(cè)電源雙回路樹干式供電、兩路獨(dú)立的市政電源供電、多路市政電源供電、雙側(cè)電源雙回路樹干式供電、雙側(cè)電源環(huán)網(wǎng)式供電、單側(cè)電源樹干式供電等。

項(xiàng)目采用的是單側(cè)電源雙回路樹干式供電方案。

根據(jù)該項(xiàng)目的特點(diǎn),綜合管廊用電設(shè)備負(fù)荷等級(jí)如表1所示。

表1 綜合管廊內(nèi)用電設(shè)備負(fù)荷分級(jí)

項(xiàng)目管廊總長度較長,若變電所間距過小,管廊內(nèi)占地面積較多,投資會(huì)增加;變電所間距過大,會(huì)造成變電所出線電纜截面過大,也會(huì)使總造價(jià)過高。變電所的設(shè)置間距對管廊供配電設(shè)計(jì)具有決定性意見。本項(xiàng)目對以往管廊項(xiàng)目的總結(jié)并結(jié)合項(xiàng)目的特點(diǎn),決定全線管廊配電所供電半徑控制在800 m內(nèi),最大不超過900 m。

本工程管廊電壓為10/0.4 kV,根據(jù)項(xiàng)目總體規(guī)劃及實(shí)施順序,平均每10～12 km由供電部門引兩回10 kV線路環(huán)網(wǎng)供電至各個(gè)變電所,根據(jù) 《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊》(4版)(上冊)供配電章節(jié)相關(guān)內(nèi)容可知,10 kV電纜送電容量可達(dá)0.4～4 MW,供電距離在6 km以下;工程采用環(huán)網(wǎng)供電,所連接的變電所不超過7個(gè)。各變電所兩臺(tái)變壓器互為備用。以項(xiàng)目中其中一段12 km管廊供電系統(tǒng)為例,供電網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖2所示。

為了避免影響沿線景觀、提高土地利用率,將變電所設(shè)置在管廊設(shè)備間內(nèi),可抵御洪澇災(zāi)害,保證供電可靠性。由于二級(jí)負(fù)荷及消防負(fù)荷在總計(jì)算負(fù)荷中占比較大,單臺(tái)變壓器要承擔(dān)所有二級(jí)消防負(fù)荷的要求,變壓器負(fù)載率較低,應(yīng)合理選擇變壓器,使單臺(tái)變壓器承擔(dān)所有二級(jí)消防負(fù)荷時(shí)總的負(fù)載率控制在110%內(nèi)。

2.2 配電系統(tǒng)

2.2.1 0.4 kV配電方案

以往綜合管廊0.4 kV配電系統(tǒng)采用如下幾種方式:

圖2 供電網(wǎng)絡(luò)示意圖

(1) 放射式配電方式(1臺(tái)變壓器或2臺(tái)變壓器+集中EPS的電源方案);

(2) 放射式配電方式(1臺(tái)變壓器+分散式EPS的電源方案);

(3) 樹干式配電方式(1臺(tái)變壓器或2臺(tái)變壓器+集中式EPS的電源方案);

(4) 樹干式與放射式相結(jié)合方式。

工程采用第4種配電方式,消防水泵采用放射式配電方式,其余負(fù)荷采用樹干式配電方式,在滿足用電可靠性前提下,更多地節(jié)約了配電電纜用量。

2.2.2 電線、電纜的選擇

現(xiàn)有城市綜合管廊配電系統(tǒng)一般采用樹干式配電,預(yù)分支電纜或剛性密集型母線的形式。剛性密集型母線因其施工難度較高、占據(jù)空間較大等原因較少被設(shè)計(jì)采用。預(yù)分支電纜類似母線槽配電方式,具有良好的性能,安裝方便、占用空間小,在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)中廣泛使用,缺點(diǎn)是故障難以現(xiàn)場修復(fù),該電纜不具有互換性,從項(xiàng)目施工及后期管理反饋情況來看,暴露出來的問題越來越多;現(xiàn)有的城市綜合管廊作為城市總體規(guī)劃的一部分,一般都考慮了與相鄰道路的綜合管廊接通,在建設(shè)工程中逐漸形成閉環(huán)的設(shè)計(jì)理念,預(yù)分支電纜樹干式配出,電纜及其分支電纜的長度必須在設(shè)計(jì)時(shí)現(xiàn)場確認(rèn)后方可訂貨并安裝,且需要極高的精度;一旦施工完畢,后期無法再增加分支,只能更改整條配出電纜,并替換配電柜的饋線開關(guān),費(fèi)用多、影響大,后期運(yùn)維困難。項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用電纜T接箱方式替代預(yù)分支電纜分支配電形式,當(dāng)分支電纜發(fā)生故障或增加分支電纜,改造較為方便,實(shí)際投資也未見明顯提高,后期運(yùn)維經(jīng)濟(jì)性大大提高。

2.3 應(yīng)急照明系統(tǒng)

由于規(guī)范的不斷完善,項(xiàng)目的應(yīng)急照明采用雙電源供電,末端設(shè)自動(dòng)切換裝置。疏散應(yīng)急照明采用電源集中控制型智能應(yīng)急照明系統(tǒng)。在配電裝置處設(shè)蓄電池,持續(xù)供電時(shí)間≥1.5 h,集中電源的蓄電池組達(dá)到使用壽命周期后,標(biāo)稱的剩余容量應(yīng)保證放電時(shí)間不小于1.5 h。燈具的主電源和蓄電池電源由集中電源提供,燈具主電源和蓄電池電源在集中電源內(nèi)部實(shí)現(xiàn)輸出后由同一配電回路為燈具供電。

智能應(yīng)急照明控制主機(jī)設(shè)置在消防控制中心,任一臺(tái)應(yīng)急照明控制器直接控制燈具的總數(shù)量不應(yīng)大于3 200臺(tái)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí),智能應(yīng)急照明系統(tǒng)可根據(jù)火災(zāi)探測器的信號(hào),由該系統(tǒng)提供相應(yīng)的疏散預(yù)案,自動(dòng)變換疏散指示燈的疏散方向;當(dāng)發(fā)生恐怖事件、失電、地震、水災(zāi)等,可以在智能疏散指示總控系統(tǒng)中人為發(fā)出信號(hào),調(diào)整疏散方向,控制人流疏散,防止人員慌亂。應(yīng)急照明系統(tǒng)和消防報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng),借助消防報(bào)警系統(tǒng)探測器探測到的火災(zāi)信息,通過主機(jī)預(yù)設(shè)的逃生方案對疏散方向做局部優(yōu)化調(diào)整,保證人員朝遠(yuǎn)離起火點(diǎn)的方向疏散。

2.4 接地保護(hù)系統(tǒng)

綜合管廊內(nèi)低壓電氣系統(tǒng)為TN系統(tǒng),末端線路保護(hù)多利用低壓配電箱饋線回路的剩余電流保護(hù)動(dòng)作斷路器兼單相接地故障保護(hù)。由于末端防火分區(qū)低壓配電箱饋出至末端用電設(shè)備的配線線路較長,可能存在線路的單相接地故障電流過小,保護(hù)裝置不能及時(shí)跳開的情況。若保護(hù)裝置拒動(dòng),短路故障電流會(huì)長期存在,導(dǎo)致電纜過熱,引起電氣火災(zāi),危及正常用戶的電力線路,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,更可能危及到用戶和巡檢人員的人身安全。故在設(shè)計(jì)時(shí),需要復(fù)核斷路器的保護(hù)靈敏度,必要時(shí)設(shè)置專用的帶接地故障保護(hù)的斷路器以提高靈敏度,在TN-S或TN-C-S系統(tǒng)中亦可采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)斷路器。

2.5 監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)

綜合管廊內(nèi)設(shè)置環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

2.5.1 監(jiān)控中心

60 km的綜合管廊共設(shè)置一座主監(jiān)控中心,并結(jié)合當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)規(guī)劃要求及建設(shè)時(shí)序,設(shè)置4個(gè)分監(jiān)控中心,均設(shè)置于地面。其中核心段28.8 km設(shè)置3個(gè)監(jiān)控中心,主監(jiān)控中心為隧道和管廊合建的控制中心,設(shè)置在核心段。各控制中心對綜合管廊進(jìn)行不間斷監(jiān)控,保證綜合管廊安全運(yùn)營。

2.5.2 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

監(jiān)控中心為獨(dú)立的地面建筑,包含消防控制室、消防水泵房等各類設(shè)備用房。除了主監(jiān)控中心和分監(jiān)控中心設(shè)置消防控制室外,還在每個(gè)消防水泵房旁地面處設(shè)置一座消防值班室,是為了保證在發(fā)生火災(zāi)時(shí),當(dāng)聯(lián)動(dòng)控制及消防控制室手動(dòng)啟泵失效的情況下,消防人員能在5 min內(nèi)在消防水泵房現(xiàn)場開啟消防泵。

綜合管廊報(bào)警系統(tǒng)包括火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、燃?xì)馓綔y報(bào)警系統(tǒng)、消防電源監(jiān)控系統(tǒng)。項(xiàng)目采用控制中心報(bào)警系統(tǒng)。主監(jiān)控中心和分監(jiān)控中心消防控制室設(shè)置集中火災(zāi)報(bào)警控制器,消防值班室設(shè)置區(qū)域火災(zāi)報(bào)警控制器。主監(jiān)控中心的消防控制室為主控室,分監(jiān)控中心的消防控制室為分控室。

在消防控制中心由手動(dòng)控制盤按鈕經(jīng)由火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與總線遠(yuǎn)程控制消防水泵,未采用控制電纜控制。根據(jù)GB 50116—2013《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定,消防水泵等重要消防設(shè)備應(yīng)能被設(shè)置在消防控制室內(nèi)的手動(dòng)控制盤以直接連接方式啟動(dòng)或停止;但綜合管廊為帶狀的地下構(gòu)筑物,不少城市綜合管廊規(guī)模較大,長度從幾公里至上百公里,消防控制室至現(xiàn)場的消防設(shè)備距離較遠(yuǎn),采用直接啟動(dòng)線的方式由于距離太長不再適宜。因此,項(xiàng)目由手動(dòng)控制盤按鈕經(jīng)由火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與總線遠(yuǎn)程控制。

3 結(jié) 語

通過對以往城市綜合管廊設(shè)計(jì)特點(diǎn)的概述,以重慶科學(xué)大道綜合管廊實(shí)例,提出了長距離管廊內(nèi)電氣設(shè)備用房及管廊地面監(jiān)控中心的設(shè)計(jì)原則和思路,并總結(jié)了該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要點(diǎn),為類似工程設(shè)計(jì)提供參考。