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浅谈城市综合管廊电气工程相关问题

更新时间:2023-08-01点击次数:629次
浅谈城市综合管廊电气工程相关问题

任运业

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:当前,我国正在不断加大城市管网建设和改造力度,持续推进综合管廊建设,以实现城市工程管线集中的敷设、地下空间资源的综合利用。本文简单阐述了我国综合管廊工程发展情况,重点针对综合管廊电气工程相关问题展开了探讨。

关键词:综合管廊;电气工程;设计;相关问题

0引言

“面子"是城市的风貌,而“里子"则是城市的良心,综合管廊是城市重要的地下公共设施,用于容纳2类及以上城市工程管线的构筑物及附属设施,以实现“统一规划、统一建设、统一管理",对于地下空间的综合利用与集约化管理具有重要意义。

1我国综合管廊工程发展情况

综合管廊,又称共同沟、共同管道,其建于城市地下、用于敷设市政公用管线,即在地下构建一个公用隧道空间,将多种公用管线进行集中铺设,设专门的检修口、投料口、监测系统,实现统一规划、设计、建设与管理。管廊内主要容纳的管线包括电力、通讯、自来水、热力等,根据实际需要也可将排水管线收纳在内。

2015年,《国务院办公厅关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》(国办发[2015]61号)提出,到2020年,建成一批具有先进水平的地下综合管廊并投入运营,以有效改善反复开挖地面的“马路拉链"问题,提升管线安全水平,逐步消除主要街道蜘蛛网式架空线,美化城市地面景观;2016年2月6日,《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》指出,需认真总结推广试点城市经验,逐步推进城市地下综合管廊建设,统筹各类管线敷设,综合利用地下空间资源,提高城市综合承载能力。总之,综合管廊作为城市的地下生命线,正突飞猛进般地迎来建设高潮。

2城市综合管廊电气工程相关问题

城市综合管廊电气工程主要服务的是管廊后期的运营管理,下文重点针对此展开了相关论述。

2.1供配电系统相关问题

①供电点设置。综合管廊沿线需设置供电点,电源总配电箱应设置在管廊的进出口处,遵循“数量少、造价低"的原则,每处供电点供电防火区间数量控制在5~6个(供电范围为1~1.2km),②负荷等级。综合管廊的消防设备、监控与报警设备、应急照明设备应按现行国家标准《供配电系统设计规范》(GB50052)规定的二级负荷供电;天然气管道舱的监控与报警设备、管道紧急切断阀、事故风机需按二级负荷供电,且宜采用两回线路供电;两回线路供电存在困难时,需另外设置备用电源。其余用电设备均可按照三级负荷进行供电。③配电系统。综合管廊低压配电系统应采用TN-S接地系统,对于用电设备端子处的电压偏差允许值需满足《供配电系统设计规范》(GB50052-2009)第5.0.4条规定。

2.2电缆相关问题

①电缆选择。对于非消防设备的供电电缆、控制电缆可选用阻燃电缆,消防设备则要选用耐火电缆或不燃电缆;鼠害严重场所绝缘电缆需具有金属包带或钢带铠装。②电缆敷设。热力管道严禁和电力电缆同舱敷设;110kV及以上电力电缆严禁和通信电缆同侧布置;电力电缆舱室需要每隔200m使用耐火时间超过3h的不燃墙体进行防火分隔,电缆管线穿越防火隔墙处需使用阻火包等严密封堵;消防电缆敷设需满足《建筑设计防火规范》(GB50016-2014)有关要求。

2.3电气设备相关问题

根据城市实际环境,确定综合管廊供配电设备防护等级,不得低于防尘5级、防水4级;天然气管线舱室内的电气设备需要重视防爆。供配电设备应安装在便于维护和操作的地方,不应安装在低洼、可能受积水浸入的地方。

2.4照明相关问题

①照度标准。照明系统分为正常照明及应急照明,应急照明包括备用照明、疏散照明。其中,普通段正常照明照度不小于10lx,防火分区门等处的局部照度不小于100lx;应急照明设置疏散照明,疏散照明包括疏散通道安全照明、疏散指示标志灯,疏散安全照明照度不小于5lx,疏散指示灯照度不小于0.5lx。②光源选择。一般照明灯具采用T5型防水防尘荧光灯,每5m一盏,吸顶安装;备用照明采用每15m设置一盏应急照明灯,自带蓄电池,应急时间90min,吸顶安装;疏散照明采用疏散指示灯、安全出口指示灯。③照明供电及线路敷设。一般照明供电及线路敷设线路应符合《建筑照明设计标准》(GB50034-2013)要求,应急照明供电及线路敷设线路应符合《建筑设计防火规范》(GB50016-2014)的有关规定。

2.5监控报警系统相关问题

2.5.1自控系统

由于综合管廊都是处于地下,空气质量相对较差、温度、有毒有害气体、氧气浓度检测尤为重要。自动控制系统,分为控制中心集中监控管理、现场控制站。控制中心主要设备包括中央监控服务器、中控操作站、数据库服务器、DLP组合式背投等;现场控制站以每3个防火分区为一个单位进行考虑,居中防火分区设置一控制站,左右两边防火分区设置远程I/O站。PLC控制站、远程I/O站均位于综合管廊配电控制间:①PLC控制站工作任务包括:监测各防火分区内氧气、一氧化碳、温湿度、液位等参数;检测水泵、风机工作状态;根据防火区内氧气、温湿度实时检测值对各风机进行控制;根据积水坑液位对水泵进行控制;现场可控设备可由操作人员通过就地箱控制,也可由PLC自动控制。②远程I/O站的监控范围是相邻的三段防火分区内设备、仪表,主要任务为:监测各防火分区内氧气、一氧化碳、温湿度等参数;检测水泵、风机等工作状态、设备状况。

2.5.2火灾报警系统

为保证综合管廊安全运行,需要设置火灾报警系统,使用以太网技术,在中心控制室通过控制系统、视频监控系统的中心交换机实现两个系统的连接与数据交换,火灾报警系统控制站接入控制系统交换机,火灾报警装置接入视频监控系统,实现控制中心各系统的集成及关联互动。综合管廊内探测、报警设备设置如下:综合管廊通道顶部居中安装感烟探测器,感烟探测器安装间距小于15m布置,可恢复式感温电缆敷设在电缆桥架上面;在各个防火分区出入口处(防火门)等部位设手动报警按钮,每个手动报警间距50m;在区域设备间和地下综合管廊内间距50m设置消防对讲电话(兼作管沟的有线通讯);每个防火分区中间部位设置1个声光报警器。

消防联动设置:①防火分区中的探测器输出报警信号,火灾报警装置联动视频监控系统,跳出该区视频画面,确认警情。②联动排烟系统,综合管廊设排风兼排烟风机,正常情况下为通风换气使用,火灾时则作为排烟风机使用。火灾报警后,消防控制室根据火灾情况启动相关防火分区的排烟风机。③联动电源,火灾确认后,利用火灾联动控制器将非消防电源切断。④联动消防广播系统,发生火灾后,监控中心启动广播切换模块进行消防广播,对报警的防火分区、相邻防火分区开展广播疏散。⑤联动消防电话系统,控制中心可起动消防专用模块和任一电话分机进行通话。

3实例分析综合管廊电气工程

本文结合某地区综合管廊电气工程的设计方案展开了具体分析,该工程设计内容包括10/0.4kV变配电系统;照明系统及接地系统。

(1)负荷分级与供电电源

(1)负荷分级。Ⅱ级消防负荷:消防设备、监控与报警设施、应急照明及疏散指示设施;Ⅱ级非消防负荷:燃气舱风机;Ⅲ级负荷:管廊内的潜水泵、检修插座箱、正常照明、除燃气舱外的排风机及进风机。(2)供电电源。本次设计#1、#2箱式变电所分别采用两回10kV线路供电,10kV供电线路由建设单位向供电公司单独申报。

(2)变配电设计

1.变配电所接线方式。箱式变电所高压侧采用线路变压器组接线。0.4kV侧采用双电源单母线分段联络的接线方式,两台变压器分列运行,母联分闸。管廊内采用放射式及树干式相结合的方式配电,防火分区内以放射式及链式配电方式至用电设备。燃气舱的检修插座仅在环境安全的情况下送电。

2.保护。10kV系统保护:箱式变电所10kV侧环网柜采用负荷开关操作,采用熔断器作为短路及过载保护;0.4kV系统保护:0.4kV侧低压系统总进线断路器设定时限过电流、反时限过电流及零序电流保护。小型电机采用“断路器+接触器+热继电器"保护方式。一般馈电线路采用低压断路器保护。

3.电力测量与计量。低压开关柜的馈出线回路安装具有RS-485通讯接口(Modbus通讯协议)的智能型三相综合电力测控仪,测量电流、电压、功率、电能等电气参数,其测量精度不低于0.2级。

4.无功补偿。用电设备正常运转时平均自然功率因数均低于0.9,不符合供用电规程的要求。为了提高用电设备运行功率因素,在低压侧采用集中补偿方式进行补偿,补偿后变压器高压侧功率因数不低于0.95。

5.设备启动与控制。综合管廊内设备均采用直接启动方式。①风机及正常照明主要采用手动、PLC远程、按钮箱远程三种控制方式,由动力及照明配电箱内的转换开关选择切换。水泵主要采用就地手动及PLC自动控制两种控制方式,由水泵控制箱内的转换开关选择切换。②风机及正常照明在各防火分区两端防火门外、逃生口及吊装口设置本防火分区照明及风机设备的控制按钮。③管廊内风机正常工作时,设备由PLC系统自动控制风机与防火阀的联动。当火灾报警系统关闭防火阀时,风机被强制切断。

(3)综合管廊内照明

1.正常照明。照明灯具安在管廊内吸顶安装,综合舱灯具布置间距6.5m左右,电力舱灯具间距4.6m左右,燃气舱及污水舱灯具间距6.3m左右。一般照明的平均照度不低于25lx,*小照度不小于5lx,在人员出入口及设备操作处将平均照度提高到不小于100lx。

2.应急照明与疏散指示。管廊内应急照明照度不低于5lx。应急照明与疏散指示安装间距不大于20m,由各配电区间消防负荷双电源切换箱供电,灯具蓄电池供电时间不小于60min。在管廊各出入口及防火门上方安装出口标志灯。灯光疏散指示标志设置在距地面1.0m以下,安装间距不大于20m。

3.光源、灯具要求。采用LED光源。综合管廊内采用防触电保护等级为Ⅰ类的防水防潮灯具,防护等级不低于IP54。燃气舱照明灯具采用防爆型灯具,防爆等级ExdⅡBT4。

4.照明配电要求。管廊上层各节点内正常照明、应急照明及疏散指示采用DC24V供电,管廊下层各舱室内正常照明、应急照明、疏散指示标志及安全出口标志灯采用AC220V供电。

(4)电缆电线选择及敷设

综合管廊消防设备、应急照明、疏散照明采用耐火铜芯电缆、电线,除以上设备外其他用电设备均采用阻燃电缆、电线。

电力舱、综合舱及污水舱自用电缆沿工艺专业设计的自用电缆桥架敷设,燃气舱电缆沿电气专业自设的桥架敷设,桥架穿越防火墙时分区段设防火封堵,电缆出桥架后沿墙或顶板穿钢管明敷。电缆、穿线管、桥架等过结构伸缩缝时需做伸缩处理,并保持良好的电气通路。消防线路明敷时,应敷设于涂防火材料的金属管内。

普通电力电缆与消防电力电缆单独设置电缆桥架或敷设在有防火分隔的桥架内,敷设消防线路的桥架外需涂防火材料;动力电缆与信号及控制电缆分开设置电缆桥架。

燃气舱内的照明线路、动力线路等均采用低压流体输送用镀锌焊接钢管配线,穿入燃气舱墙体的电缆、电线、套管穿线后进行隔离密封防爆处理。穿入电力舱、综合舱及污水舱墙体的电缆、电线、套管穿线后进行防火封堵。

(5)电气设备选择

10kV开关柜采用全绝缘负荷开关型环网柜;变电所的10/0.4kV变压器均采用高效节能干式变压器;低压开关柜采用固定式户内成套柜。综合管廊各舱内动力箱、控制箱、插座箱、接线盒等电气设备应防水防潮,防护等级不低于IP54。燃气舱的要求:动力箱、控制箱、插座箱、接线盒等电气设备选用防爆设备,其防爆等级为ExdⅡBT4;供配电线路不得采用无护套的电线;电气线路不应有中间接头,所有的接线需要在防爆接线盒或防爆接线箱内;进出燃气舱的线路需要进行防火防爆气密性封堵。

(6)管廊接地

综合管廊为地下建筑,不需设防直击雷设施。工作接地、保护接地共用接地体接地电阻不大于1Ω。

接地体优先利用综合管廊结构内的主钢筋。接地线干线采用50X5热镀锌扁钢沿综合管廊电缆自用支架(或管廊侧墙顶部)通长敷设,并与各金属电缆支架焊接连接。综合管廊内所有外界可导电金属(金属管道、金属电缆支架等)、外露可导电金属(设备外壳等)和PE线等均应以*短的路径与接地干线做等电位联结。

燃气舱内设置等电位联结,所有裸露的装置外部可导电部分接入等电位系统。燃气管的防静电接地采用管廊接地系统。

(7)燃气舱内电气设备选择及线缆敷设要求

1.爆炸性环境电气设备防爆等级选择

爆炸性气体环境危险区域划分:本次设计燃气舱内天然气管道正常运行时不太可能出现燃气泄露情况,且出现泄漏时,可保证紧急切断阀关断泄露管道。设计考虑将燃气舱定为爆炸性气体环境2区。爆炸性环境内电器设备保护级别选择:天然气主要成分为甲烷,引燃温度组别为T1。根据《爆炸危险环境电力装置设计规范》(GB50058-2014),将电气设备保护级别定为Gb级,防爆结构定为隔爆型(d),电气设备类别定为ⅡB,温度组别定为T4。所以本次设计电气设备防爆等级为EXdⅡBT4。

2爆炸性环境电气设备安装及线缆敷设要求

燃气舱内电气线路和设备装设过载、短路和接地保护,进、排风机还应装设断相保护;燃气舱内线缆敷设穿越防火墙或舱室顶板时,应采用非燃性材料严密封堵;燃气舱内线缆敷设时,应尽量避开可能受到机械损伤、振动、腐蚀等可能对线缆造成损伤的区域,不能避开时,应采取预防措施;燃气舱内线缆保护管采用低压流体输送用镀锌焊接钢管。钢管的螺纹部分应涂以铅油或磷化膏;燃气舱内钢管配线的电气线路应*好隔离密封。

5 AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台

(1)平台概述

AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台集电力监控、能源管理、电气安全、照明控制、环境监测于一体,为建立可靠、安全、高效的综合管廊管理体系提供数据支持,从数据采集、通信网络、系统架构、联动控制和综合数据服务等方面的设计,解决了综合管廊在管理过程中存在内部干扰性强、使用单位多及协调复杂的根本问题,大大提高了系统运行的可靠性和可管理性,提升了管廊基础设施、环境和设备的使用和恢复效率。

(2)平台组成

安科瑞城市地下综合管廊能效管理系统是一个深度集成的自动化平台,它集成了10KV/O.4KV变电站电力监控系统、变电所环境监控系统、智能马达监控系统、电气火灾监控系统、消防设备电源系统、防火门监控系统、智能照明系统、消防应急照明和疏散指示系统。用户可通过浏览器、手机APP获取数据,通过一个平台即可全局、整体的对管廊用电和用电安全进行进行集中监控、统一管理、统一调度,同时满足管廊用电可靠、安全、稳定、高效、有序的要求。

(3)平台拓扑图

(4)平台子系统

电力监控

电力监控主要针对10/0.4kV地面或地下变电所,对变电所高压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控,对0.4kV出线配置多功能计量仪表,用于测控出线回路电气参数和用能情况,可实时监控高低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STS、UPS,包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录等。

环境监测

环境监测包括温湿度、烟感温感、积水浸水、可燃气体浓度、门禁、视频、空调、消防数据的采集、展示和预警,同时也可接入管廊舱室内的水泵和通风排烟风机等设备集成的第三方系统完成管廊环境综合监控。

马达监控

马达监控实现对管廊电机的保护、遥测、遥信、遥控功能,实现对电机过载、短路、缺相、漏电等异常情况的保护、监测和报警。在需要的情况下可以设置联动控制。

综合管廊智能马达控制系统

电气安全

AcrelEMS-UT能效管理系统针对配电系统的电气安全隐患配置相应的电气火灾传感器、温度传感器,消防设备电源传感器、防火门状态传感器,接入消防疏散照明以及指示灯具的状态实时显示,并且对UPS的蓄电池温度、内阻进行实时监视,发生异常时通过声光、短信、APP及时预警。

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智能照明控制

防火分区单独控制,分区内设置智能控制面板就地驱动器;开关驱动器连接消防报警系统,接收消防报警信息,强制打开驱动器回路。

廊内上方安装智能照明传感器,使人员进入管廊内自动开启灯具,在管廊内停留灯具保持常亮,离开后灯具关闭。

除了现场的控制方式外,还可用电脑端实现集中控制,实时远程监控当前区域的照明情况,必要时可远程控制该区域的照明。

考虑现场模块分布较广,距离过长,除了现场的控制方式外,还可用电脑端实现集中控制,实时远程监控当前区域的照明情况,必要时可远程控制该区域的照明。

系统支持单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式,支持延时控制,避免同时亮灯负荷对配电系统造成冲击。模块不依赖系统,可独立工作,每个模块均自带时间模块,可根据经纬度自动识别日出日落时间实现自动控制功能。

4相关平台部署硬件选型清单

电力监控及配电室环境监控系统

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6结语

综上所述,综合管廊已经成为我国城市一大重要地下系统,实现了各种管线的集中建设与集约化管理。电气工程是管廊工程中*主要的附属工程,其为管廊内照明、监控、消防、通风、排水等提供电力保障,需要做好供配电系统、电缆、电气设备、照明系统以及监控与报警系统等相关问题的分析,实现管廊的稳定、安全运营。

参考文献

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[4]甘管乐.综合管廊电气工程相关问题的探讨

[5]安科瑞企业微电网设计应用手册.2020.06版.

[6]安科瑞电气股份有限公司.

[7]安科瑞综合管廊能效管理系统解决方案.2020.06版.

作者简介

任运业,男,现任职于安科瑞电气股份有限公司,主要研究方向为智慧用电的研发与应用。


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