淺談城市綜合管廊電氣工程相關問題

李明君

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：當前，我國正在不斷加大城市管網建設和改造力度，持續(xù)推進綜合管廊建設，以實現(xiàn)城市工程管線集中的敷設、地下空間資源的綜合利用。本文簡單闡述了我國綜合管廊工程發(fā)展情況，重點針對綜合管廊電氣工程相關問題展開了探討。

關鍵詞：綜合管廊；電氣工程；設計；相關問題

0引言

“面子"是城市的風貌，而“里子"則是城市的良心，綜合管廊是城市重要的地下公共設施，用于容納2類及以上城市工程管線的構筑物及附屬設施，以實現(xiàn)“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設、統(tǒng)一管理"，對于地下空間的綜合利用與集約化管理具有重要意義。

1我國綜合管廊工程發(fā)展情況

綜合管廊，又稱共同溝、共同管道，其建于城市地下、用于敷設市政公用管線，即在地下構建一個公用隧道空間，將多種公用管線進行集中鋪設，設專門的檢修口、投料口、監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)劃、設計、建設與管理。管廊內主要容納的管線包括電力、通訊、自來水、熱力等，根據(jù)實際需要也可將排水管線收納在內。

2015年，《國務院辦公廳關于推進城市地下綜合管廊建設的指導意見》（國辦發(fā)[2015]61號）提出，到2020年，建成一批具有****水平的地下綜合管廊并投入運營，以有效改善反復開挖地面的“馬路拉鏈"問題，提升管線安全水平，逐步消除主要街道蜘蛛網式架空線，美化城市地面景觀；2016年2月6日，《中共中央國務院關于進一步加強城市規(guī)劃建設管理工作的若干意見》指出，需認真總結推廣試點城市經驗，逐步推進城市地下綜合管廊建設，統(tǒng)籌各類管線敷設，綜合利用地下空間資源，提高城市綜合承載能力。總之，綜合管廊作為城市的地下生命線，正突飛猛進般地迎來建設高潮。

2城市綜合管廊電氣工程相關問題

城市綜合管廊電氣工程主要服務的是管廊后期的運營管理，下文重點針對此展開了相關論述。

2.1供配電系統(tǒng)相關問題

①供電點設置。綜合管廊沿線需設置供電點，電源總配電箱應設置在管廊的進出口處，遵循“數(shù)量少、造價低"的原則，每處供電點供電防火區(qū)間數(shù)量控制在5～6個（供電范圍為1～1.2km），②負荷等級。綜合管廊的消防設備、監(jiān)控與報警設備、應急照明設備應按現(xiàn)行國家標準《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》（GB50052）規(guī)定的二級負荷供電；天然氣管道艙的監(jiān)控與報警設備、管道緊急切斷閥、事故風機需按二級負荷供電，且宜采用兩回線路供電；兩回線路供電存在困難時，需另外設置備用電源。其余用電設備均可按照三級負荷進行供電。③配電系統(tǒng)。綜合管廊低壓配電系統(tǒng)應采用TN－S接地系統(tǒng)，對于用電設備端子處的電壓偏差允許值需滿足《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》（GB50052-2009）第5.0.4條規(guī)定。

2.2電纜相關問題

①電纜選擇。對于非消防設備的供電電纜、控制電纜可選用阻燃電纜，消防設備則要選用耐火電纜或不燃電纜；鼠害嚴重場所絕緣電纜需具有金屬包帶或鋼帶鎧裝。②電纜敷設。熱力管道嚴禁和電力電纜同艙敷設；110kV及以上電力電纜嚴禁和通信電纜同側布置；電力電纜艙室需要每隔200m使用耐火時間超過3h的不燃墻體進行防火分隔，電纜管線穿越防火隔墻處需使用阻火包等嚴密封堵；消防電纜敷設需滿足《建筑設計防火規(guī)范》（GB50016-2014）有關要求。

2.3電氣設備相關問題

根據(jù)城市實際環(huán)境，確定綜合管廊供配電設備防護等級，不得低于防塵5級、防水4級；天然氣管線艙室內的電氣設備需要重視防爆。供配電設備應安裝在便于維護和操作的地方，不應安裝在低洼、可能受積水浸入的地方。

2.4照明相關問題

①照度標準。照明系統(tǒng)分為正常照明及應急照明，應急照明包括備用照明、疏散照明。其中，普通段正常照明照度不小于10lx，防火分區(qū)門等處的局部照度不小于100lx；應急照明設置疏散照明，疏散照明包括疏散通道安全照明、疏散指示標志燈，疏散安全照明照度不小于5lx，疏散指示燈照度不小于0.5lx。②光源選擇。一般照明燈具采用T5型防水防塵熒光燈，每5m一盞，吸頂安裝；備用照明采用每15m設置一盞應急照明燈，自帶蓄電池，應急時間90min，吸頂安裝；疏散照明采用疏散指示燈、安全出口指示燈。③照明供電及線路敷設。一般照明供電及線路敷設線路應符合《建筑照明設計標準》（GB50034-2013）要求，應急照明供電及線路敷設線路應符合《建筑設計防火規(guī)范》（GB50016-2014）的有關規(guī)定。

2.5監(jiān)控報警系統(tǒng)相關問題

2.5.1自控系統(tǒng)

由于綜合管廊都是處于地下，空氣質量相對較差、溫度、有毒有害氣體、氧氣濃度檢測尤為重要。自動控制系統(tǒng)，分為控制中心集中監(jiān)控管理、現(xiàn)場控制站。控制中心主要設備包括中央監(jiān)控服務器、中控操作站、數(shù)據(jù)庫服務器、DLP組合式背投等；現(xiàn)場控制站以每3個防火分區(qū)為一個單位進行考慮，居中防火分區(qū)設置一控制站，左右兩邊防火分區(qū)設置遠程I/O站。PLC控制站、遠程I/O站均位于綜合管廊配電控制間：①PLC控制站工作任務包括：監(jiān)測各防火分區(qū)內氧氣、一氧化碳、溫濕度、液位等參數(shù)；檢測水泵、風機工作狀態(tài)；根據(jù)防火區(qū)內氧氣、溫濕度實時檢測值對各風機進行控制；根據(jù)積水坑液位對水泵進行控制；現(xiàn)場可控設備可由操作人員通過就地箱控制，也可由PLC自動控制。②遠程I/O站的監(jiān)控范圍是相鄰的三段防火分區(qū)內設備、儀表，主要任務為：監(jiān)測各防火分區(qū)內氧氣、一氧化碳、溫濕度等參數(shù)；檢測水泵、風機等工作狀態(tài)、設備狀況。

2.5.2火災報警系統(tǒng)

為保證綜合管廊安全運行，需要設置火災報警系統(tǒng)，使用以太網技術，在中心控制室通過控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)的中心交換機實現(xiàn)兩個系統(tǒng)的連接與數(shù)據(jù)交換，火災報警系統(tǒng)控制站接入控制系統(tǒng)交換機，火災報警裝置接入視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)控制中心各系統(tǒng)的集成及關聯(lián)互動。綜合管廊內探測、報警設備設置如下：綜合管廊通道頂部居中安裝感煙探測器，感煙探測器安裝間距小于15m布置，可恢復式感溫電纜敷設在電纜橋架上面；在各個防火分區(qū)出入口處（防火門）等部位設手動報警按鈕，每個手動報警間距50m；在區(qū)域設備間和地下綜合管廊內間距50m設置消防對講電話（兼作管溝的有線通訊）；每個防火分區(qū)中間部位設置1個聲光報警器。

消防聯(lián)動設置：①防火分區(qū)中的探測器輸出報警信號，火災報警裝置聯(lián)動視頻監(jiān)控系統(tǒng)，跳出該區(qū)視頻畫面，確認警情。②聯(lián)動排煙系統(tǒng)，綜合管廊設排風兼排煙風機，正常情況下為通風換氣使用，火災時則作為排煙風機使用。火災報警后，消防控制室根據(jù)火災情況啟動相關防火分區(qū)的排煙風機。③聯(lián)動電源，火災確認后，利用火災聯(lián)動控制器將非消防電源切斷。④聯(lián)動消防廣播系統(tǒng)，發(fā)生火災后，監(jiān)控中心啟動廣播切換模塊進行消防廣播，對報警的防火分區(qū)、相鄰防火分區(qū)開展廣播疏散。⑤聯(lián)動消防電話系統(tǒng)，控制中心可起動消防專用模塊和任一電話分機進行通話。

3實例分析綜合管廊電氣工程

本文結合某地區(qū)綜合管廊電氣工程的設計方案展開了具體分析，該工程設計內容包括10/0.4kV變配電系統(tǒng)；照明系統(tǒng)及接地系統(tǒng)。

（1）負荷分級與供電電源

（1）負荷分級。Ⅱ級消防負荷：消防設備、監(jiān)控與報警設施、應急照明及疏散指示設施；Ⅱ級非消防負荷：燃氣艙風機；Ⅲ級負荷：管廊內的潛水泵、檢修插座箱、正常照明、除燃氣艙外的排風機及進風機。（2）供電電源。本次設計#1、#2箱式變電所分別采用兩回10kV線路供電，10kV供電線路由建設單位向供電公司單獨申報。

（2）變配電設計

1.變配電所接線方式。箱式變電所高壓側采用線路變壓器組接線。0.4kV側采用雙電源單母線分段聯(lián)絡的接線方式，兩臺變壓器分列運行，母聯(lián)分閘。管廊內采用放射式及樹干式相結合的方式配電，防火分區(qū)內以放射式及鏈式配電方式至用電設備。燃氣艙的檢修插座僅在環(huán)境安全的情況下送電。

2.保護。10kV系統(tǒng)保護：箱式變電所10kV側環(huán)網柜采用負荷開關操作，采用熔斷器作為短路及過載保護；0.4kV系統(tǒng)保護：0.4kV側低壓系統(tǒng)總進線斷路器設定時限過電流、反時限過電流及零序電流保護。小型電機采用“斷路器+接觸器+熱繼電器"保護方式。一般饋電線路采用低壓斷路器保護。

3.電力測量與計量。低壓開關柜的饋出線回路安裝具有RS-485通訊接口（Modbus通訊協(xié)議）的智能型三相綜合電力測控儀，測量電流、電壓、功率、電能等電氣參數(shù)，其測量精度不低于0.2級。

4.無功補償。用電設備正常運轉時平均自然功率因數(shù)均低于0.9，不符合供用電規(guī)程的要求。為了提高用電設備運行功率因素，在低壓側采用集中補償方式進行補償，補償后變壓器高壓側功率因數(shù)不低于0.95。

5.設備啟動與控制。綜合管廊內設備均采用直接啟動方式。①風機及正常照明主要采用手動、PLC遠程、按鈕箱遠程三種控制方式，由動力及照明配電箱內的轉換開關選擇切換。水泵主要采用就地手動及PLC自動控制兩種控制方式，由水泵控制箱內的轉換開關選擇切換。②風機及正常照明在各防火分區(qū)兩端防火門外、逃生口及吊裝口設置本防火分區(qū)照明及風機設備的控制按鈕。③管廊內風機正常工作時，設備由PLC系統(tǒng)自動控制風機與防火閥的聯(lián)動。當火災報警系統(tǒng)關閉防火閥時，風機被強制切斷。

（3）綜合管廊內照明

1.正常照明。照明燈具安在管廊內吸頂安裝，綜合艙燈具布置間距6.5m左右，電力艙燈具間距4.6m左右，燃氣艙及污水艙燈具間距6.3m左右。一般照明的平均照度不低于25lx，*小照度不小于5lx，在人員出入口及設備操作處將平均照度提高到不小于100lx。

2.應急照明與疏散指示。管廊內應急照明照度不低于5lx。應急照明與疏散指示安裝間距不大于20m，由各配電區(qū)間消防負荷雙電源切換箱供電，燈具蓄電池供電時間不小于60min。在管廊各出入口及防火門上方安裝出口標志燈。燈光疏散指示標志設置在距地面1.0m以下，安裝間距不大于20m。

3.光源、燈具要求。采用LED光源。綜合管廊內采用防觸電保護等級為Ⅰ類的防水防潮燈具，防護等級不低于IP54。燃氣艙照明燈具采用防爆型燈具，防爆等級ExdⅡBT4。

4.照明配電要求。管廊上層各節(jié)點內正常照明、應急照明及疏散指示采用DC24V供電，管廊下層各艙室內正常照明、應急照明、疏散指示標志及安全出口標志燈采用AC220V供電。

（4）電纜電線選擇及敷設

綜合管廊消防設備、應急照明、疏散照明采用耐火銅芯電纜、電線，除以上設備外其他用電設備均采用阻燃電纜、電線。

電力艙、綜合艙及污水艙自用電纜沿工藝專業(yè)設計的自用電纜橋架敷設，燃氣艙電纜沿電氣專業(yè)自設的橋架敷設，橋架穿越防火墻時分區(qū)段設防火封堵，電纜出橋架后沿墻或頂板穿鋼管明敷。電纜、穿線管、橋架等過結構伸縮縫時需做伸縮處理，并保持良好的電氣通路。消防線路明敷時，應敷設于涂防火材料的金屬管內。

普通電力電纜與消防電力電纜單獨設置電纜橋架或敷設在有防火分隔的橋架內，敷設消防線路的橋架外需涂防火材料；動力電纜與信號及控制電纜分開設置電纜橋架。

燃氣艙內的照明線路、動力線路等均采用低壓流體輸送用鍍鋅焊接鋼管配線，穿入燃氣艙墻體的電纜、電線、套管穿線后進行隔離密封防爆處理。穿入電力艙、綜合艙及污水艙墻體的電纜、電線、套管穿線后進行防火封堵。

（5）電氣設備選擇

10kV開關柜采用全絕緣負荷開關型環(huán)網柜；變電所的10/0.4kV變壓器均采用高效節(jié)能干式變壓器；低壓開關柜采用固定式戶內成套柜。綜合管廊各艙內動力箱、控制箱、插座箱、接線盒等電氣設備應防水防潮，防護等級不低于IP54。燃氣艙的要求：動力箱、控制箱、插座箱、接線盒等電氣設備選用防爆設備，其防爆等級為ExdⅡBT4；供配電線路不得采用無護套的電線；電氣線路不應有中間接頭，所有的接線需要在防爆接線盒或防爆接線箱內；進出燃氣艙的線路需要進行防火防爆氣密性封堵。

（6）管廊接地

綜合管廊為地下建筑，不需設防直擊雷設施。工作接地、保護接地共用接地體接地電阻不大于1Ω。

接地體優(yōu)先利用綜合管廊結構內的主鋼筋。接地線干線采用50X5熱鍍鋅扁鋼沿綜合管廊電纜自用支架（或管廊側墻頂部）通長敷設，并與各金屬電纜支架焊接連接。綜合管廊內所有外界可導電金屬（金屬管道、金屬電纜支架等）、外露可導電金屬（設備外殼等）和PE線等均應以*短的路徑與接地干線做等電位聯(lián)結。

燃氣艙內設置等電位聯(lián)結，所有裸露的裝置外部可導電部分接入等電位系統(tǒng)。燃氣管的防靜電接地采用管廊接地系統(tǒng)。

（7）燃氣艙內電氣設備選擇及線纜敷設要求

1.爆炸性環(huán)境電氣設備防爆等級選擇

爆炸性氣體環(huán)境危險區(qū)域劃分：本次設計燃氣艙內天然氣管道正常運行時不太可能出現(xiàn)燃氣泄露情況，且出現(xiàn)泄漏時，可保證緊急切斷閥關斷泄露管道。設計考慮將燃氣艙定為爆炸性氣體環(huán)境2區(qū)。爆炸性環(huán)境內電器設備保護級別選擇：天然氣主要成分為甲烷，其爆炸性氣體分級為Ⅱ*級，引燃溫度組別為T1。根據(jù)《爆炸危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》（GB50058-2014），將電氣設備保護級別定為Gb級，防爆結構定為隔爆型（d），電氣設備類別定為ⅡB，溫度組別定為T4。所以本次設計電氣設備防爆等級為EXdⅡBT4。

2爆炸性環(huán)境電氣設備安裝及線纜敷設要求

燃氣艙內電氣線路和設備裝設過載、短路和接地保護，進、排風機還應裝設斷相保護；燃氣艙內線纜敷設穿越防火墻或艙室頂板時，應采用非燃性材料嚴密封堵；燃氣艙內線纜敷設時，應盡量避開可能受到機械損傷、振動、腐蝕等可能對線纜造成損傷的區(qū)域，不能避開時，應采取預防措施；燃氣艙內線纜保護管采用低壓流體輸送用鍍鋅焊接鋼管。鋼管的螺紋部分應涂以鉛油或磷化膏；燃氣艙內鋼管配線的電氣線路應*好隔離密封。

5 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

EMS PPT組網拓撲結構圖

（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。

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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。

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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。

廊內上方安裝智能照明傳感器，使人員進入管廊內自動開啟燈具，在管廊內停留燈具保持常亮，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)經緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能。

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4相關平臺部署硬件選型清單

電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

6結語

綜上所述，綜合管廊已經成為我國城市一大重要地下系統(tǒng)，實現(xiàn)了各種管線的集中建設與集約化管理。電氣工程是管廊工程中*主要的附屬工程，其為管廊內照明、監(jiān)控、消防、通風、排水等提供電力保障，需要做好供配電系統(tǒng)、電纜、電氣設備、照明系統(tǒng)以及監(jiān)控與報警系統(tǒng)等相關問題的分析，實現(xiàn)管廊的穩(wěn)定、安全運營。

參考文獻

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[4]甘管樂.綜合管廊電氣工程相關問題的探討

[5]安科瑞企業(yè)微電網設計應用手冊.2020.06版.

[6]安科瑞電氣股份有限公司.

[7]安科瑞綜合管廊能效管理系統(tǒng)解決方案.2020.06版.

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。