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：隨著我國經濟的飛速發展，城市的土地資源愈發緊張，使綜合管廊在城市規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。基于此，文章在介紹綜合管廊的起源與發展的基礎上，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、報警與監控系統的系統集成、配電形式和供電方案設計、管廊的接地系統設計、照明系統設計、安全防范系統設計、計算機系統設計、通信系統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；城市建設；通信網絡

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?，文章從綜合管廊的起源及發展入手，以綜合管廊工程中電氣自控工程的特點為出發點，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展

綜合管廊作為地下管道的綜合通道，可以實現設計、建設、管理的多方統一，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，隨著經濟和科技的進步，綜合管廊工程也在不斷發展與完善，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別，如不可使用常規噴淋滅火裝置，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域，在選擇監控系統和電氣設備時，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，以確保連續供電和人員安全。其中，監控系統、報警系統、應急照明系統、消防系統等多使用EPS、UPS來保證供電的穩定性。

（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大量熱量，存在火災隱患，需設置溫度監測系統對其進行實時管控。

（6）因地下空間多數存在潮濕、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，電氣自控設備的防護等級要高于普通等級。

（7）除設備和環境監測、預警報警系統外，還需配備通信、安防等系統來確保人員的安全。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范；

監控、報警系統應綜合考慮系統集成，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、細節等方面的完整、精準；

需總結監控、報警系統，形成模塊化的設計方案。

3.2供電負荷計算

一般采用系數法計算供電負荷，但該方法在現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點，結合自身的設計經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，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，以確保監控系統以及應急照明、消防等設備的正常使用[3]。考慮到地下空間的特點，主要負荷為照明負荷且較穩定，可不必區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系統集成

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

為保障管廊按照計劃平穩運行，需統一管理平臺，以工程的實際建設準則為依據，并在控制中心或監控中心中進行設置；

在電力系統中，可構建電纜環流監測、電纜局部放電監測、接地故障電流監測、電纜溫度監測等系統，并與火災報警系統進行聯動；

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

在設備和環境監控系統中，集成具有特殊要求的管廊結構位移監測系統和管廊設置*低點水位探測器。

3.4配電形式和供電方案設計

在相關技術規范中明確規定，各管廊內部每個獨立艙室應作為防火分區，并采取防火分區的配電模式。各個配電單元電源線的進線截面需符合此配電單元內所有設備的要求。同時，還應將不同的防火分區消防設備配電干線進行分區處理，選取與之匹配的配電回路進行配電。 （1）低壓配電系統。低壓配電系統采用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的用電設備。

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

（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、監控與報警系統、應急照明系統等，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，還應依照建設規范合理地設置配電間、分變電所、主變電所，并統一管廊防火分區與節點等的代號和名稱編號，進一步落實BIM數字化管理。

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控中心相連，并設置在室內；分變電所采用管廊節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添加電信廣電終端箱、供電電纜分支箱、交接箱、環網柜等設備。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管廊接地系統設計

相關規范中對管廊接地系統的規定較為詳細，結合管廊內變電所信息化建設的要求，以及相關設計手冊和參考材料，低壓接地系統多采用TN-S系統。管廊內部接地網除使用管廊本體鋼筋外，應依照相關要求和標準使用規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；在通過分區防火門時，應改為暗敷。在建設現場常發現綜合管廊節點位置的管線和設備無處接地的現象。為此，在設計中應在變電所節點處增設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安全防范系統設計

可將安全防范系統劃分為閉路電視監控系統、出入口控制系統和防盜報警系統。在設計過程，需注意以下內容。

將控制監控機房設置在控制中心內，于每個區域的設備之間設置機柜監視器；

分別在區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，其針對管廊內部情況可起到24h監控的作用。

3.8計算機系統設計

管廊監控中心計算機系統可監控管廊全部防火分區的運行狀態，其中的設備包括監控工作站計算機、安防監控計算機、工業以太網光電交換機、各類數據服務器、相關輸入輸出設備，等等。在工業以太網光電交換機的作用下，可連接設備監控工作站的計算機與現場控制站的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場設備。計算機采用SCAND組態軟件操作，可直觀地在顯示屏幕上呈現管廊內設備控制的模擬圖像，并顯示設備的運行情況、故障信息和相關數據等。此外，設備監控工作站計算機能和火災自動報警系統連接、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、視頻監控主機的通信作用在于避免遺漏管廊內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控畫面。同時，利用控制中心內的數據和網絡服務器能組建和完善綜合管廊網絡監控平臺，并在互聯網協助下，充分利用移動電子設備隨時了解、監測綜合管廊的運行情況；還可根據實際需求設置不同等級的控制權限，直接控制管廊內的設備。

3.9通信系統設計

固定電話系統及無線通信系統是通信系統的核心內容。其中，無線通信系統又可劃分為以下兩個系統。（1）管廊內人員安全控制支撐系統。人員安全管控系統可以用于管廊內的無線語音通信。將臍帶式無線通信基站組安裝在管廊內部，讓管廊內部處于無線語音通信覆蓋范圍，隨后給相關工作人員派發專用智能終端，以起到終端定位的作用。同時，還可接入公共電話交換網絡，與當地業務**、辦公電話之間進行連接。（2）無線AP系統。無線AP系統的主要組成包括分控中心的無線控制器AC、工作站、光纖環網、管廊現場無線AP等。在防火分區內，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控、能源管理、電氣安全、照明控制、環境監測于一體，為建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體系提供數據支持，從數據采集、通信網絡、系統架構、聯動控制和綜合數據服務等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內部干擾性強、使用單位多及協調復雜的根本問題，大大提高了系統運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環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變電站電力監控系統、變電所環境監控系統、智能馬達監控系統、電氣火災監控系統、消防設備電源系統、防火門監控系統、智能照明系統、消防應急照明和疏散指示系統。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數據，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控、統一管理、統一調度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩定、高效、有序的要求。

（3）平臺拓撲圖

（4）平臺子系統

電力監控

電力監控主要針對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和用能情況，可實時監控高低壓供配電系統開關柜、變壓器微機保護測控裝置、發電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。

環境監測

環境監測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體濃度、門禁、視頻、空調、消防數據的采集、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完成管廊環境綜合監控。

馬達監控

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

綜合管廊智能馬達控制系統

電氣安全

AcrelEMS-UT能效管理系統針對配電系統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、防火門狀態傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態實時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內阻進行實時監視，發生異常時通過聲光、短信、APP及時預警。

智能照明控制

防火分區單獨控制，分區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，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。

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

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

系統支持單控、區域控制、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造成沖擊。模塊不依賴系統，可獨立工作，每個模塊均自帶時間模塊，可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控制功能。

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劃城市的地下空間，也是國家發展和進步的體現。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，為城市發展和國家進步奠定堅實的基礎。

參考文獻

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作者簡介

李明君，男，現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與應用。