談城市綜合管廊配電能效管理平臺設計要點

李明君

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市的土地資源愈發(fā)緊張，使綜合管廊在城市規(guī)劃中的地位變得越來越高。但是我國的綜合管廊建設實踐歷史較短，仍然存在較多問題?；诖?，文章在介紹綜合管廊的起源與發(fā)展的基礎上，分析了綜合管廊工程中電氣自控工程的特殊要求；隨后從圖紙繪制、供電負荷計算、報警與監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)集成、配電形式和供電方案設計、管廊的接地系統(tǒng)設計、照明系統(tǒng)設計、安全防范系統(tǒng)設計、計算機系統(tǒng)設計、通信系統(tǒng)設計等方面分析了綜合管廊工程中電氣自控工程的設計要點。

關鍵詞：城市綜合管廊；電氣自控設計；供配電系統(tǒng)；城市建設；通信網(wǎng)絡

0引言

綜合管廊的建設不僅能緩解城市用地緊張的局面，還能保護各類管線，減少管線鋪設對城市道路的損壞。綜合管廊具有供電距離長、容量分散等特點，這就要求在建設管廊時做好電氣自控設計工作?；诖耍恼聫木C合管廊的起源及發(fā)展入手，以綜合管廊工程中電氣自控工程的特點為出發(fā)點，分析了綜合管廊工程中的電氣自控設計要點。

1城市綜合管廊工程的起源及發(fā)展

綜合管廊作為地下管道的綜合通道，可以實現(xiàn)設計、建設、管理的多方統(tǒng)一，可以結合城市建設中的排水、電力、通信等管道，在很大程度上推動城市建設的步伐，是一項綜合性、實用性較強的工程項目。綜合管廊工程面世是在19世紀，當時的巴黎為處理、整治地下各類管道分布雜亂、不便于管理的問題，提出地下管道整改計劃，綜合管廊的建設隨即開展。經(jīng)過不斷的建設與完善，建成后的巴黎城市綜合管廊工程總長度百余千米，在巴黎城市建設中起著十分重要的作用[1]。隨后，在漢堡、倫敦等城市以及美國等國家也開始籌備、構建城市綜合管廊項目。目前，隨著經(jīng)濟和科技的進步，綜合管廊工程也在不斷發(fā)展與完善，已然成為保障城市正常運轉的重要基礎設施，也成了城市地下空間建設****的一部分。我國雖在城市綜合管廊工程方面起步較晚，但已經(jīng)出臺城市綜合管廊工程建設的有關文件，為綜合管廊的建設和發(fā)展提供了有效保障。

2城市綜合管廊工程的建設特點

綜合管廊工程不同于以往的地下工程項目，其建設存在以下特點。

（1）因地下作業(yè)缺少自然光照，需長時間用人工照明等方式提供正常的工作光源。

（2）通常情況下，綜合管廊修建后只有巡檢人員會定期進入例行檢查，而無其他人員逗留，因此需要取消消防廣播的安裝。實施的消防措施也與普通的地下建筑有較大區(qū)別，如不可使用常規(guī)噴淋滅火裝置，需采用氣體滅火裝置。

（3）天然氣管道和天然氣艙等均為易爆危險區(qū)域，在選擇監(jiān)控系統(tǒng)和電氣設備時，應充分考慮防爆因素，同時還應設置探測可燃氣體的報警裝置。

（4）相關規(guī)范中要求，無特殊情況時，項目設備供電應選用二級負荷，以確保連續(xù)供電和人員安全。其中，監(jiān)控系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、應急照明系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等多使用EPS、UPS來保證供電的穩(wěn)定性。

（5）電力艙包含10kV、110kV、220kV的電力電纜，同時排放比例較密集，開啟工作模式后會散發(fā)大量熱量，存在火災隱患，需設置溫度監(jiān)測系統(tǒng)對其進行實時管控。

（6）因地下空間多數(shù)存在潮濕、陰冷、通風較差等問題，需安裝通風機或通風設備開展干燥和換氣作業(yè)，電氣自控設備的防護等級要高于普通等級。

（7）除設備和環(huán)境監(jiān)測、預警報警系統(tǒng)外，還需配備通信、安防等系統(tǒng)來確保人員的安全。總而言之，綜合管廊工程的整體長度較長，建設方可依照以上較為突出的特點進行總結和設計，并根據(jù)實際施工情況作出整改和調整，以確保整體工程的合理性、可靠性、實用性、穩(wěn)定性和安全性[2]。

3城市綜合管廊工程中電氣自控設計的要點

3.1電氣自控圖紙繪制

在繪制電氣自控圖紙時，應做好以下工作：

圖紙應符合管廊設施的相關技術規(guī)范；

監(jiān)控、報警系統(tǒng)應綜合考慮系統(tǒng)集成，以利于工程順利開展；

電纜編號和設備標注應清晰、簡潔、準確；

在繪制長距離圖紙時，應確保其整體、局部、細節(jié)等方面的完整、精準；

需總結監(jiān)控、報警系統(tǒng)，形成模塊化的設計方案。

3.2供電負荷計算

一般采用系數(shù)法計算供電負荷，但該方法在現(xiàn)有的參考資料中的闡述并不完整。因此，電氣設計人員可以將電氣理論知識作為出發(fā)點，結合自身的設計經(jīng)驗和計算負荷的定義，了解、研討工程的運行模式，計算供電負荷。通常，在高壓供電的情況下，應配備2臺變壓器進行作業(yè)，在其中1臺因故障無法正常運行、停止工作時，另1臺可承擔二級以上的供電負荷，以確保監(jiān)控系統(tǒng)以及應急照明、消防等設備的正常使用[3]?？紤]到地下空間的特點，主要負荷為照明負荷且較穩(wěn)定，可不必區(qū)分管廊艙室和工程地域的性質；檢修箱、排水泵、防盜井蓋等的負荷時間短，不會影響供電負荷計算；工程對散熱和通風的具體要求存在差異，風機的負荷存在明顯差別。

3.3系統(tǒng)集成

在明確系統(tǒng)要求和設備特征的前提下，若想將一些子系統(tǒng)集成到其他子系統(tǒng)中，需注意以下事項：

為保障管廊按照計劃平穩(wěn)運行，需統(tǒng)一管理平臺，以工程的實際建設準則為依據(jù)，并在控制中心或監(jiān)控中心中進行設置；

在電力系統(tǒng)中，可構建電纜環(huán)流監(jiān)測、電纜局部放電監(jiān)測、接地故障電流監(jiān)測、電纜溫度監(jiān)測等系統(tǒng)，并與火災報警系統(tǒng)進行聯(lián)動；

熱力、燃氣、給排水系統(tǒng)中可設置管道流量、壓力、溫度監(jiān)測系統(tǒng)，可適當針對重要閥門進行控制和調節(jié)，并將其集成到設備和環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中；

在設備和環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中，集成具有特殊要求的管廊結構位移監(jiān)測系統(tǒng)和管廊設置*低點水位探測器。

3.4配電形式和供電方案設計

在相關技術規(guī)范中明確規(guī)定，各管廊內(nèi)部每個獨立艙室應作為防火分區(qū)，并采取防火分區(qū)的配電模式。各個配電單元電源線的進線截面需符合此配電單元內(nèi)所有設備的要求。同時，還應將不同的防火分區(qū)消防設備配電干線進行分區(qū)處理，選取與之匹配的配電回路進行配電。 （1）低壓配電系統(tǒng)。低壓配電系統(tǒng)采用220/380V放射式與樹干式相結合的配電方式，低壓電源電纜自變電所引出，分別引向各個防火分區(qū)的用電設備。

（2）消防負荷。采用雙電源供電，并在末端箱內(nèi)自動切換。兩路電源引自變電所內(nèi)不同的變壓器。

（3）排煙、排風機設備。排煙、排風機設備的過載保護只報警，不跳閘。

（4）排風、排煙機。平時由自控系統(tǒng)控制，在火災時，由消防控制室控制，消防控制室具有控制有限權。燃氣艙用電設備、消防設備、監(jiān)控與報警系統(tǒng)、應急照明系統(tǒng)等，均為綜合管廊工程的二級用電負荷，需按照二級負荷的具體要求進行供電。同時，還應依照建設規(guī)范合理地設置配電間、分變電所、主變電所，并統(tǒng)一管廊防火分區(qū)與節(jié)點等的代號和名稱編號，進一步落實BIM數(shù)字化管理。

目前，高壓10kV電源為綜合管廊的常用供電電源，其主變電所一般情況下與監(jiān)控中心相連，并設置在室內(nèi)；分變電所采用管廊節(jié)點和箱式變電站結合的模式。為了賦予管廊更多的管理功能，部分城市會要求在管廊內(nèi)添加電信廣電終端箱、供電電纜分支箱、交接箱、環(huán)網(wǎng)柜等設備。管廊供電還應充分考慮周邊的城市設施，如安防報警、交通信號、廣告照明、道路照明等設施，做好協(xié)調供電工作。在城市地下道路用電為一級負荷時，可采用雙重電源模式，以滿足實際的供電需求。例如，在路燈照明的控制過程中，建造方需預留出線回路，以確保其路燈照明符合要求。

3.5管廊接地系統(tǒng)設計

相關規(guī)范中對管廊接地系統(tǒng)的規(guī)定較為詳細，結合管廊內(nèi)變電所信息化建設的要求，以及相關設計手冊和參考材料，低壓接地系統(tǒng)多采用TN-S系統(tǒng)。管廊內(nèi)部接地網(wǎng)除使用管廊本體鋼筋外，應依照相關要求和標準使用規(guī)格合格的熱鍍鋅扁鋼。為保障電氣通路，在伸縮縫處可用軟銅編織帶替換熱鍍鋅扁鋼帶進行連接，或采用國標圖集14D504中的連接方式；在通過分區(qū)防火門時，應改為暗敷。在建設現(xiàn)場常發(fā)現(xiàn)綜合管廊節(jié)點位置的管線和設備無處接地的現(xiàn)象。為此，在設計中應在變電所節(jié)點處增設MEB總等電位端子箱，用于管線接地；在投料口、通風口、引出口均應增設LEB局部等電位端子箱。

3.6照明系統(tǒng)設計

照明設備通常情況下可分為正常照明設備和應急照明設備。綜合管廊中的照明亮度一般設置在50lx，在利于人們通行的同時，也便于管線檢修工作的開展。另外，管廊內(nèi)部的照明設備只有在檢修階段才開啟。在設計時，應依照實際需求，適當增加或減少照明亮度，避免能源浪費；應在出口位置和設備操作部位增加照明亮度。在綜合管廊內(nèi)部，要求疏散照明設備的亮度不小于0.51x，應急電源的供電時間大于1h。此外，還應選用防水、防潮的燈具，防護級別在IP54以上。

3.7安全防范系統(tǒng)設計

可將安全防范系統(tǒng)劃分為閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)和防盜報警系統(tǒng)。在設計過程，需注意以下內(nèi)容。

將控制監(jiān)控機房設置在控制中心內(nèi)，于每個區(qū)域的設備之間設置機柜監(jiān)視器；

分別在區(qū)域設備門口和綜合管廊全部檢修口的位置設置門禁讀卡器設備；

為及時針對非法進入進行報警，可在綜合管廊的進料口和區(qū)域設備之間的位置設置防盜報警探測設備，防盜報警探測器可選用紅外微波雙鑒探測器；

在進行防火分區(qū)工作時，每間隔200m可使用吸頂安裝辦法，安裝1臺球形攝像機，其針對管廊內(nèi)部情況可起到24h監(jiān)控的作用。

3.8計算機系統(tǒng)設計

管廊監(jiān)控中心計算機系統(tǒng)可監(jiān)控管廊全部防火分區(qū)的運行狀態(tài)，其中的設備包括監(jiān)控工作站計算機、安防監(jiān)控計算機、工業(yè)以太網(wǎng)光電交換機、各類數(shù)據(jù)服務器、相關輸入輸出設備，等等。在工業(yè)以太網(wǎng)光電交換機的作用下，可連接設備監(jiān)控工作站的計算機與現(xiàn)場控制站的PLC控制器，計算機可以與PLC控制進行通信并下達相關命令，同時還可以啟動和關閉現(xiàn)場設備。計算機采用SCAND組態(tài)軟件操作，可直觀地在顯示屏幕上呈現(xiàn)管廊內(nèi)設備控制的模擬圖像，并顯示設備的運行情況、故障信息和相關數(shù)據(jù)等。此外，設備監(jiān)控工作站計算機能和火災自動報警系統(tǒng)連接、通信，在接收火災報警消息后，能讓全部PLC控制器將相關消防設備的控制權限轉移到火災自動報警控制器。安防控制計算機和安防主機、視頻監(jiān)控主機的通信作用在于避免遺漏管廊內(nèi)安全報警器傳遞的報警信息，還能在計算機屏幕上顯示相關部位的視頻監(jiān)控畫面。同時，利用控制中心內(nèi)的數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡服務器能組建和完善綜合管廊網(wǎng)絡監(jiān)控平臺，并在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)助下，充分利用移動電子設備隨時了解、監(jiān)測綜合管廊的運行情況；還可根據(jù)實際需求設置不同等級的控制權限，直接控制管廊內(nèi)的設備。

3.9通信系統(tǒng)設計

固定電話系統(tǒng)及無線通信系統(tǒng)是通信系統(tǒng)的核心內(nèi)容。其中，無線通信系統(tǒng)又可劃分為以下兩個系統(tǒng)。（1）管廊內(nèi)人員安全控制支撐系統(tǒng)。人員安全管控系統(tǒng)可以用于管廊內(nèi)的無線語音通信。將臍帶式無線通信基站組安裝在管廊內(nèi)部，讓管廊內(nèi)部處于無線語音通信覆蓋范圍，隨后給相關工作人員派發(fā)專用智能終端，以起到終端定位的作用。同時，還可接入公共電話交換網(wǎng)絡，與當?shù)貥I(yè)務**、辦公電話之間進行連接。（2）無線AP系統(tǒng)。無線AP系統(tǒng)的主要組成包括分控中心的無線控制器AC、工作站、光纖環(huán)網(wǎng)、管廊現(xiàn)場無線AP等。在防火分區(qū)內(nèi)，每間隔100m應配備1臺無線AP。

4 AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺

（1）平臺概述

AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)測于一體，為建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體系提供數(shù)據(jù)支持，從數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡、系統(tǒng)架構、聯(lián)動控制和綜合數(shù)據(jù)服務等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內(nèi)部干擾性強、使用單位多及協(xié)調復雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環(huán)境和設備的使用和恢復效率。

（2）平臺組成

安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)是一個深度集成的自動化平臺，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能馬達監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)、消防設備電源系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、高效、有序的要求。

（3）平臺拓撲圖

（4）平臺子系統(tǒng)

電力監(jiān)控

電力監(jiān)控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監(jiān)控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關柜、變壓器微機保護測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。

環(huán)境監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體濃度、門禁、視頻、空調、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預警，同時也可接入管廊艙室內(nèi)的水泵和通風排煙風機等設備集成的第三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。

馬達監(jiān)控

馬達監(jiān)控實現(xiàn)對管廊電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，實現(xiàn)對電機過載、短路、缺相、漏電等異常情況的保護、監(jiān)測和報警。在需要的情況下可以設置聯(lián)動控制。

綜合管廊智能馬達控制系統(tǒng)

電氣安全

AcrelEMS-UT能效管理系統(tǒng)針對配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳感器、溫度傳感器，消防設備電源傳感器、防火門狀態(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進行實時監(jiān)視，發(fā)生異常時通過聲光、短信、APP及時預警。

智能照明控制

防火分區(qū)單獨控制，分區(qū)內(nèi)設置智能控制面板就地驅動器；開關驅動器連接消防報警系統(tǒng)，接收消防報警信息，強制打開驅動器回路。

廊內(nèi)上方安裝智能照明傳感器，使人員進入管廊內(nèi)自動開啟燈具，在管廊內(nèi)停留燈具保持常亮，離開后燈具關閉。

除了現(xiàn)場的控制方式外，還可用電腦端實現(xiàn)集中控制，實時遠程監(jiān)控當前區(qū)域的照明情況，必要時可遠程控制該區(qū)域的照明。

考慮現(xiàn)場模塊分布較廣，距離過長，除了現(xiàn)場的控制方式外，還可用電腦端實現(xiàn)集中控制，實時遠程監(jiān)控當前區(qū)域的照明情況，必要時可遠程控制該區(qū)域的照明。

系統(tǒng)支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調光控制等多種控制方式，支持延時控制，避免同時亮燈負荷對配電系統(tǒng)造成沖擊。模塊不依賴系統(tǒng)，可獨立工作，每個模塊均自帶時間模塊，可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能。

5 相關平臺部署硬件選型清單

6結束語

綜上所述，城市綜合管廊的建設不僅可以規(guī)劃城市的地下空間，也是國家發(fā)展和進步的體現(xiàn)。相關人員應明確綜合管廊工程中電氣自控工程的特點，以及綜合管廊工程中電氣自控的設計要點，做好相關設計、建造工作，為綜合管廊項目的順利實施與完工，為城市發(fā)展和國家進步奠定堅實的基礎。

參考文獻

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[9]候瑞堃，蔡芙蓉.城市綜合管廊電氣自控設計的要點分析

作者簡介

李明君，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智慧用電的研發(fā)與應用。