城市地下綜合管廊配電系統(tǒng)配置方案探究

摘 要：隨著我國城市化進程的不斷加快以及居民對城市功能需求的不斷增長，城市地下綜合管廊作為一個新型的城市綜合設(shè)施，在維護和管理上具有更大的優(yōu)勢。該文重點針對城市地下綜合管廊電氣設(shè)計中低壓配電系統(tǒng)、照明、智能應(yīng)急疏散照明系統(tǒng)和自控系統(tǒng)等方案選擇進行探討研究，并結(jié)合實際對配電方式及電壓損失的處理措施提供解決方法，以期達(dá)到經(jīng)濟與效益的完美結(jié)合。

關(guān)鍵詞：綜合管廊;低壓配電系統(tǒng);照明;智能應(yīng)急疏散照明系統(tǒng);自控系統(tǒng);配電方式;電壓損失

中圖分類號：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：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

城市地下綜合管廊作為一項新興工程類型，已逐漸成為城市市政工程建設(shè)的主要組成部分，是否具備成熟的地下綜合管廊也成為衡量城市市政發(fā)展建設(shè)的一個重要參考項。城市綜合管廊是在城市地下建造一個隧道空間，將電力、燃?xì)?、供熱供冷和給排水等各種工程管線集于一體，設(shè)有專門的檢修口、吊裝口和自控檢測設(shè)備系統(tǒng)，對于美化城市市容市貌，降低市政管線維護難度起到了不可替代的作用。綜合管廊以項目區(qū)域跨度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜為特點，保障管廊配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性就顯得尤為關(guān)鍵，這無疑是對電氣配電系統(tǒng)配置提出了更高的要求。筆者針對地下綜合管廊的電氣配電系統(tǒng)配置設(shè)計，結(jié)合規(guī)范和項目實際情況進行比較分析，并提出更適合現(xiàn)代城市地下綜合管廊的電氣配電系統(tǒng)配置方案。

1 配電系統(tǒng)設(shè)計

1.1 配電電源的選擇

綜合管廊位于地下，覆蓋面積大，既要考慮到供電可靠性，也要兼顧工程成本投入，所以選擇一個合理的供電方式顯得十分重要。筆者將目前電氣設(shè)計中較為常見的2種供電方案提出來進行對比分析。

方案一：采用公民建工程常見的配電方式，針對本項目設(shè)置管廊專用變配電室;一般情況下變配電室供電半徑為150～180 m，結(jié)合大多數(shù)項目實際情況，需要在地下設(shè)置多處變配電室。

方案二：管廊配電系統(tǒng)電源就近引自相鄰地塊建筑物內(nèi)的變配電室內(nèi)備用回路。

綜合以上2種方案，棄選方案一，原因如下。

1）設(shè)置管廊專用變配電室會受到供電半徑的限制，導(dǎo)致需要建設(shè)的變配電房數(shù)量增加，且涉及地下開挖等不利因素影響，工程前期成本投入及后期運營維護所需要的人力物力明顯增加。

2）管廊內(nèi)機電設(shè)備負(fù)荷量不大，若采用設(shè)置獨立變配電室的方式，單一變配電室承載負(fù)荷量少，不夠經(jīng)濟。

3）一般市政地下綜合管廊主要建設(shè)區(qū)域位于經(jīng)濟、交通較為發(fā)達(dá)的區(qū)域，該類型區(qū)域建筑設(shè)施多，有一定的配電裕量，可從周邊建筑配電室內(nèi)空余配電回路引出電源。

綜合以上因素考慮，采用方案二就近引電源的供電方式，該方案供電較為靈活，且投入成本低，對項目附近規(guī)劃不造成影響;不足之處是涉及計費抄表的問題，建設(shè)方需事先與供電方達(dá)成用電協(xié)議。

1.2 供電區(qū)域規(guī)劃

由于城市綜合管廊需要服務(wù)多個地塊，因此地下存在較多條支線管廊。

例如北京某商務(wù)區(qū)供熱供冷管廊工程（以下簡稱“管廊”）中，支線管廊建設(shè)在駱駝灣南路，金中都西路下方，支線管廊線路長度長，離主干線路較遠(yuǎn)。因此，有必要對整個管廊工程進行配電區(qū)域劃分，明確每個配電區(qū)域供電電源位置和服務(wù)范圍，若配電分區(qū)劃分不當(dāng)會導(dǎo)致管廊內(nèi)設(shè)備后期運營管理混亂、電纜過長、電壓過低等問題，極大地影響了管廊內(nèi)供電可靠性。

從施工及檢修方便的角度出發(fā)，筆者認(rèn)為，管廊的檢修投料口作為管廊僅有的對外開放區(qū)域，空間較大，具有良好的安裝檢修條件。因此，可將每個供電分區(qū)內(nèi)的總配電箱安裝在管廊檢修投料口的下方;不僅如此，由于管廊檢修投料口一般設(shè)置在主干管廊中部區(qū)域，在該處引入外部電源，即成為該片區(qū)的負(fù)荷中心，采用放射式配電的方法進行供電，能夠最大程度避免因供電半徑過大而導(dǎo)致電纜需要過度增大截面的負(fù)面影響，進而節(jié)省了工程造價。

按照上述原則，本項目結(jié)合實際情況共劃分了5個供電區(qū)域，片區(qū)劃分如圖1所示。

1.3 低壓配電系統(tǒng)設(shè)計

按照GB 50838—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》，GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》建筑物供電等級劃分，城市綜合管廊用電如若不存在可燃物，例如燃?xì)饧案邏弘娎|等，一般歸類為三級負(fù)荷;故項目內(nèi)所有照明、疏散照明、誘導(dǎo)風(fēng)機、軸流風(fēng)機和排水泵等均按三級負(fù)荷單路進線供電設(shè)計[1]。

雖然管廊整體負(fù)荷等級歸類為三級負(fù)荷，但是為了保證市政管廊穩(wěn)定運行，筆者建議在外部供電環(huán)境允許的情況下，在總配電箱處可以按照取自不同地塊的雙路電源進線方式進行設(shè)計，以提高供電電源的可靠性。整體的配電形式應(yīng)以放射式配電為主，樹干式配電為輔，對于位置臨近且負(fù)荷性質(zhì)相似的用電設(shè)備統(tǒng)一采取鏈?zhǔn)脚潆姟?/p>

電力配電干線以該項目管廊某個供電分區(qū)干線系統(tǒng)圖（圖2）為例。

長距離供電引發(fā)電壓損失的處理：綜合管廊一般長度較長，動輒上千米，此時供電末端電壓將難以滿足機電設(shè)備額定需求，會導(dǎo)致電動機類設(shè)備無法正常啟動，或欠壓運行，具有一定風(fēng)險隱患。筆者同樣以該項目管廊某個供電分區(qū)為例，列舉目前工程上普遍采用的增大電纜截面和較為少見的設(shè)置升壓變壓器的方案做一個對比。

由于AP-3至AP-3-1、AP-3-2配電箱距離約為265 m，末端電壓損失約為8%，不滿足正常供電電壓需求，遂考慮2種解決措施。

方案一：將AP-3-1與AP-3-2電纜分別放大一級，均采用WDZC-YJY-（4×150） mm2+（1×70） mm2電纜，經(jīng)計算，滿足電壓降在7%以內(nèi)的要求。

方案二：保持AP-3-1與AP-3-2電纜截面不變，均采用WDZC-YJY-（4×120） mm2+（1×70） mm2的電纜，在二級配電箱進線處增設(shè)升壓變壓器2臺100 kVA（360 V/380 V），以提高這2處節(jié)點的線電壓值至380 V，保障設(shè)備穩(wěn)定運行。

筆者在查閱多家廠商電纜樣冊及變壓器樣冊后，綜合比較棄選方案一，原因在于目前市場內(nèi)升壓變壓器100 kVA價格較為低廉，實際現(xiàn)場安裝方便;若采取統(tǒng)一增大截面的措施，不僅需要增加電纜橋架的尺寸，放大電纜造成的額外造價費用遠(yuǎn)高于設(shè)置升壓變壓器的費用。

綜上，筆者得出結(jié)論，即在綜合管廊配電長度較長（大于一般公民建150～180 m供電范圍），設(shè)備負(fù)荷量不高的情況下，建議采用設(shè)置小型升壓變壓器的方式改善供電電壓不足問題。

1.4 一般照明設(shè)計

綜合管廊內(nèi)照明是保證其正常運行維護的基礎(chǔ)，不同于常見的民用建筑，設(shè)計時需要考慮以下幾點。

1）為達(dá)節(jié)能目的考慮，建議采用LED照明燈，光源顯色指數(shù)Ra≥80，色溫在2 500～5 000 K之間[2]。

2）由于所處環(huán)境潮濕、大部分層高在2.5 m以下，為了充分保證人身安全，照明配電箱出線回路設(shè)置了220 V/24 V照明變壓器將高電壓轉(zhuǎn)換為安全電壓，并在照明末端回路設(shè)置漏電保護器，以防止觸電的情況發(fā)生[3]。

特殊照明設(shè)計：由于管廊整體位于地下，管廊內(nèi)地勢會隨著結(jié)構(gòu)改變而出現(xiàn)較大的波動，導(dǎo)致管廊內(nèi)標(biāo)高差距較大（高差可達(dá)5～6 m）。這對于檢修人員日常維護以及發(fā)生險情時逃生是相當(dāng)不利的，若無合理的照明則極易產(chǎn)生危險。

為了妥善避免未來可能出現(xiàn)的風(fēng)險隱患，筆者經(jīng)過反復(fù)的調(diào)查研究，最終認(rèn)為本類型問題可借鑒電梯井道照明的燈具布置思路應(yīng)用于管廊內(nèi)下沉空間區(qū)域。原因在于以下幾點。

1）下沉深度高，一般常見的13 W吸頂燈具照度無法滿足實際管廊照明需求，且會產(chǎn)生在緊急情況下逃生人員頭部頂撞燈具造成觸電的危險;若采用增大吸頂燈具功率的方法，則極易對人眼產(chǎn)生眩光，不利于逃生，也不利于日常檢修維護。

2）利用電梯井道照明思路，在管廊下沉對壁上設(shè)置11 W壁燈，在最高點和最低點0.5 m以內(nèi)各裝一盞，中間每隔不超過4 m的距離裝設(shè)一盞燈;由于燈光是背對著檢修人員，燈光打在混凝土表面形成柔和的漫反射，則有效避免了眩光的產(chǎn)生。

3）在最高處設(shè)置聲光警報器，旨在為人員起到提醒的作用。

1.5 疏散照明設(shè)計

城市綜合管廊內(nèi)投料檢修口也作為發(fā)生險情時逃生出口使用，規(guī)定依據(jù)GB 50838—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》：任意2個投料口之間的距離為200 m[4];鑒于此，人員在危急情況下缺少疏散指示，一是會導(dǎo)致慌亂，二是會選擇錯誤的方向往更遠(yuǎn)的檢修口逃生，耽誤了救援時間。因而，選擇合理的應(yīng)急疏散照明系統(tǒng)很關(guān)鍵。

筆者結(jié)合當(dāng)前市場產(chǎn)品價格、質(zhì)量以及項目實際情況考慮決定采用智能應(yīng)急疏散照明系統(tǒng)。該系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)應(yīng)急照明能夠更好地滿足疏散逃生的要求，將安全出口標(biāo)志燈、疏散指示燈、部分專用應(yīng)急照明納入智能應(yīng)急疏散照明系統(tǒng)，每個燈均自帶地址與監(jiān)控主機聯(lián)動，檢測每一個應(yīng)急照明燈具的工作狀態(tài)。在片區(qū)中控室內(nèi)設(shè)置監(jiān)控主機。智能應(yīng)急照明在發(fā)生險情的時候，可以結(jié)合人員所處的位置由計算機生成疏散系統(tǒng)，變更逃生的方向，及時地引導(dǎo)人員往就近的檢修投料口疏散[5]。

智能應(yīng)急疏散照明系統(tǒng)燈具均采用24 V安全電壓供電，相較于傳統(tǒng)的220 V供電，在火災(zāi)的情況下，保障了逃生和救援人員不會因觸電而產(chǎn)生危險。由于每個燈具自帶地址，運營維護人員可以方便地在消控室內(nèi)智能應(yīng)急疏散照明系統(tǒng)監(jiān)控主機內(nèi)了解到每一個燈的使用情況，并可以及時更換老舊的燈具?？紤]到本工程面積較大，會存在電壓損失的情況，在本工程檢修投料口處設(shè)置了服務(wù)該供電片區(qū)的電池站，以確保應(yīng)急照明燈具供電的穩(wěn)定性[5]。

由于管廊兩側(cè)均為大直徑水管，壁裝疏散指示燈難度較大且不易于辨識。故每隔3 m距離設(shè)置尺寸為DN150、防水等級IP64的埋地疏散指示燈。

1.6 照明控制

管廊內(nèi)照明使用接力照明控制系統(tǒng)，在每個照明回路起始段與終止端設(shè)置了單聯(lián)雙控開關(guān)，檢修人員可以靈活地控制前后方的照明燈具（每回路大約25盞燈，回路距離約為130 m左右），相對于智能感應(yīng)照明，本設(shè)計工程投入費用更低且也同樣能實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的要求。

2 自控系統(tǒng)

2.1 視頻安防系統(tǒng)

為了最大程度達(dá)到節(jié)能目的，管廊內(nèi)在非檢修維護期間可僅保留疏散指示燈作為常亮照明，采用紅外夜視攝像機監(jiān)控管廊內(nèi)設(shè)備的情況。在管廊下沉空間、主支管廊交匯處設(shè)置，保證管廊內(nèi)監(jiān)控?zé)o死角。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸采用安防專用局域網(wǎng)，采用6芯千兆光纖傳輸至供電片區(qū)中央控制室。

2.2 通信系統(tǒng)

管廊內(nèi)需要引入移動網(wǎng)絡(luò)信號全覆蓋，一是方便檢修人員地下聯(lián)絡(luò)通信;二是為日后采用機器人智能巡檢系統(tǒng)奠定通信基礎(chǔ)。

2.3 建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

有效監(jiān)督廊內(nèi)設(shè)備情況是保證管廊整體穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。以該項目為例，本項目在溝內(nèi)設(shè)置PLC控制器實現(xiàn)對溝內(nèi)設(shè)備的監(jiān)控管理，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置在商務(wù)區(qū)中控室。監(jiān)控內(nèi)容包括：所有管道分支處的電動閥，溫濕度傳感器、進排風(fēng)機、誘導(dǎo)風(fēng)機設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控、集水坑液位及污水泵運行狀態(tài)等。

3 結(jié)束語

作為當(dāng)下市政建設(shè)的新興項目，城市地下綜合管廊聚集著城市各種“生命管道”，是城市安全運行的基礎(chǔ)，對提升城市人居生活環(huán)境品質(zhì)、減少管道線路對周邊居住環(huán)境的影響、提升城市整體安全水平具有十分重要的作用。城市地下管廊電氣系統(tǒng)是保障管廊機電設(shè)施設(shè)備穩(wěn)定運行的前提和基礎(chǔ)，而管廊配電結(jié)構(gòu)復(fù)雜，干線長、支線多、用電負(fù)荷和用電電壓等級有別于傳統(tǒng)公民用建筑配電系統(tǒng)，對熟悉傳統(tǒng)配電設(shè)計思路的電氣設(shè)計師而言會造成一定困難。本文就典型城市地下綜合管廊電氣系統(tǒng)配電規(guī)劃、配電干線、照明及自控系統(tǒng)進行探討，研究最優(yōu)設(shè)計方案，旨在起到拋磚引玉之效，與同行們分享。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.民用建筑電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)： GB 51348—2019[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2019.

[2] 北京照明學(xué)會照明設(shè)計專業(yè)委員會.照明設(shè)計手冊[M].3版.北京：中國電力出版社，2017.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 50034—2024[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2024.

[4] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范：GB 50838—2015[S].北京：中國計劃出版社，2015.

[5] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：GB 51309—2018[S].北京：中國計劃出版社，2018.

作者簡介：柯理翔（1991-），男，講師，工程師。研究方向為變配電工程。