谈城市综合管廊配电能效管理平台设计要点

时间：2023-07-31作者：安科瑞电气股份有限公司浏览：331

摘要：随着我国经济的飞速发展，城市的土地资源愈发紧张，使综合管廊在城市规划中的地位变得越来越高。但是我国的综合管廊建设实践历史较短，仍然存在较多问题。基于此，文章在介绍综合管廊的起源与发展的基础上，分析了综合管廊工程中电气自控工程的特殊要求；随后从图纸绘制、供电负荷计算、报警与监控系统的系统集成、配电形式和供电方案设计、管廊的接地系统设计、照明系统设计、安全防范系统设计、计算机系统设计、通信系统设计等方面分析了综合管廊工程中电气自控工程的设计要点。
关键词：城市综合管廊；电气自控设计；供配电系统；城市建设；通信网络
引言
       综合管廊的建设不仅能缓解城市用地紧张的局面，还能保护各类管线，减少管线铺设对城市道路的损坏。综合管廊具有供电距离长、容量分散等特点，这就要求在建设管廊时做好电气自控设计工作。基于此，文章从综合管廊的起源及发展入手，以综合管廊工程中电气自控工程的特点为出发点，分析了综合管廊工程中的电气自控设计要点。
1城市综合管廊工程的起源及发展
      综合管廊作为地下管道的综合通道，可以实现设计、建设、管理的多方统一，可以结合城市建设中的排水、电力、通信等管道，在很大程度上推动城市建设的步伐，是一项综合性、实用性较强的工程项目。综合管廊工程面世是在19世纪，当时的巴黎为处理、整治地下各类管道分布杂乱、不便于管理的问题，提出地下管道整改计划，综合管廊的建设随即开展。经过不断的建设与完善，建成后的巴黎城市综合管廊工程总长度百余千米，在巴黎城市建设中起着十分重要的作用[1]。随后，在汉堡、伦敦等城市以及美国等国家也开始筹备、构建城市综合管廊项目。目前，随着经济和科技的进步，综合管廊工程也在不断发展与完善，已然成为**城市正常运转的重要基础设施，也成了城市地下空间建设不可缺少的一部分。我国虽在城市综合管廊工程方面起步较晚，但已经出台城市综合管廊工程建设的有关文件，为综合管廊的建设和发展提供了有效**。
2城市综合管廊工程的建设特点
       综合管廊工程不同于以往的地下工程项目，其建设存在以下特点。
(1)因地下作业缺少自然光照，需长时间用人工照明等方式提供正常的工作光源。
(2)通常情况下，综合管廊修建后只有巡检人员会定期进入例行检查，而无其他人员逗留，因此需要取消消防广播的安装。实施的消防措施也与普通的地下建筑有较大区别，如不可使用常规喷淋灭火装置，需采用气体灭火装置。
(3)天然气管道和天然气舱等均为易爆危险区域，在选择监控系统和电气设备时，应充分考虑防爆因素，同时还应设置探测可燃气体的报置。
(4)相关规范中要求，无特殊情况时，项目设备供电应选用二级负荷，以确保连续供电和人员安全。其中，监控系统、报警系统、应急照明系统、消防系统等多使用EPS、UPS来保证供电的稳定性。
(5)电力舱包含10kV、110kV、220kV的电力电缆，同时排放比例较密集，开启工作模式后会散发大量热量，存在火灾隐患，需设置温度监测系统对其进行实时管控。
(6)因地下空间多数存在潮湿、阴冷、通风较差等问题，需安装通风机或通风设备开展干燥和换气作业，电气自控设备的防护等级要普通等级。
(7)除设备和环境监测、预警报警系统外，还需配备通信、安防等系统来确保人员的安全。总而言之，综合管廊工程的整体长度较长，建设方可依照以上较为的特点进行总结和设计，并根据实际施工情况作出整改和调整，以确保整体工程的合理性、可靠性、实用性、稳定性和安全性[2]。
3城市综合管廊工程中电气自控设计的要点


3.1电气自控图纸绘制
      在绘制电气自控图纸时，应做好以下工作：


图纸应符合管廊设施的相关技术规范；

监控、报警系统应综合考虑系统集成，以利于工程顺利开展；

电缆编号和设备标注应清晰、简洁、准确；
在绘制长距离图纸时，应确保其整体、局部、细节等方面的完整、精准；
需总结监控、报警系统，形成模块化的设计方案。
3.2供电负荷计算
       一般采用系数法计算供电负荷，但该方法在现有的参考资料中的阐述并不完整。因此，电气设计人员可以将电气理论知识作为出发点，结合自身的设计经验和计算负荷的定义，了解、研讨工程的运行模式，计算供电负荷。通常，在高压供电的情况下，应配备2台变压器进行作业，在其中1台因故障无法正常运行、停止工作时，另1台可承担二级以上的供电负荷，以确保监控系统以及应急照明、消防等设备的正常使用[3]。考虑到地下空间的特点，主要负荷为照明负荷且较稳定，可不必区分管廊舱室和工程地域的性质；检修箱、排水泵、防盗井盖等的负荷时间短，不会影响供电负荷计算；工程对散热和通风的具体要求存在差异，风机的负荷存在明显差别。3.3系统集成
       在明确系统要求和设备特征的前提下，若想将一些子系统集成到其他子系统中，需注意以下事项：
(1)为**管廊按照计划平稳运行，需统一管理平台，以工程的实际建设准则为依据，并在控制中心或监控中心中进行设置；
(2)在电力系统中，可构建电缆环流监测、电缆局部放电监测、接地故障电流监测、电缆温度监测等系统，并与火灾报警系统进行联动；
(3)热力、燃气、给排水系统中可设置管道流量、压力、温度监测系统，可适当针对重要阀门进行控制和调节，并将其集成到设备和环境监测系统中；
(4)在设备和环境监控系统中，集成具有特殊要求的管廊结构位移监测系统和管廊设置*低点水位探测器。
3.4配电形式和供电方案设计


       在相关技术规范中明确规定，各管廊内部每个独立舱室应作为防火分区，并采取防火分区的配电模式。各个配电单元电源线的进线截面需符合此配电单元内所有设备的要求。同时，还应将不同的防火分区消防设备配电干线进行分区处理，选取与之匹配的配电回路进行配电。 

(1)低压配电系统。

       低压配电系统采用220/380V放射式与树干式相结合的配电方式，低压电源电缆自变电所引出，分别引向各个防火分区的用电设备。

(2)消防负荷。

       采用双电源供电，并在末端箱内自动切换。两路电源引自变电所内不同的变压器。

(3)排烟、排风机设备。

       排烟、排风机设备的过载保护只报警，不跳闸。

(4)排风、排烟机。

       平时由自控系统控制，在火灾时，由消防控制室控制，消防控制室具有控制有限权。燃气舱用电设备、消防设备、监控与报警系统、应急照明系统等，均为综合管廊工程的二级用电负荷，需按照二级负荷的具体要求进行供电。同时，还应依照建设规范合理地设置配电间、分变电所、主变电所，并统一管廊防火分区与节点等的代号和名称编号，进一步落实BIM数字化管理。

       目前，高压10kV电源为综合管廊的常用供电电源，其主变电所一般情况下与监控中心相连，并设置在室内；分变电所采用管廊节点和箱式变电站结合的模式。为了赋予管廊更多的管理功能，部分城市会要求在管廊内添加电信广电终端箱、供电电缆分支箱、交接箱、环网柜等设备。管廊供电还应充分考虑周边的城市设施，如安防报警、交通信号、广告照明、道路照明等设施，做好协调供电工作。在城市地下道路用电为一级负荷时，可采用双重电源模式，以满足实际的供电需求。例如，在路灯照明的控制过程中，建造方需预留出线回路，以确保其路灯照明符合要求。
3.5管廊接地系统设计
      相关规范中对管廊接地系统的规定较为详细，结合管廊内变电所信息化建设的要求，以及相关设计手册和参考材料，低压接地系统多采用TN-S系统。管廊内部接地网除使用管廊本体钢筋外，应依照相关要求和标准使用规格合格的热镀锌扁钢。为**电气通路，在伸缩缝处可用软铜编织带替换热镀锌扁钢带进行连接，或采用国标图集14D504中的连接方式；在通过分区防火门时，应改为暗敷。在建设现场常发现综合管廊节点位置的管线和设备无处接地的现象。为此，在设计中应在变电所节点处增设MEB总等电位端子箱，用于管线接地；在投料口、通风口、引出口均应增设LEB局部等电位端子箱。
3.6照明系统设计
       照明设备通常情况下可分为正常照明设备和应急照明设备。综合管廊中的照明亮度一般设置在50lx，在利于人们通行的同时，也便于管线检修工作的开展。另外，管廊内部的照明设备只有在检修阶段才开启。在设计时，应依照实际需求，适当增加或减少照明亮度，避免能源浪费；应在出口位置和设备操作部位增加照明亮度。在综合管廊内部，要求疏散照明设备的亮度不小于0.51x，应急电源的供电时间大于1h。此外，还应选用防水、防潮的灯具，防护级别在IP54以上。
3.7安全防范系统设计
      可将安全防范系统划分为闭路电视监控系统、出入口控制系统和防盗报警系统。在设计过程，需注意以下内容。


(1)将控制监控机房设置在控制中心内，于每个区域的设备之间设置机柜监视器；

(2)分别在区域设备门口和综合管廊全部检修口的位置设置门禁读卡器设备；

(3)为及时针对非法进入进行报警，可在综合管廊的进料口和区域设备之间的位置设置防盗报警探测设备，防盗报警探测器可选用红外微波双鉴探测器；
(4)在进行防火分区工作时，每间隔200m可使用吸安装办法，安装1台球形摄像机，其针对管廊内部情况可起到24h监控的作用。
3.8计算机系统设计
       管廊监控中心计算机系统可监控管廊全部防火分区的运行状态，其中的设备包括监控工作站计算机、安防监控计算机、工业以太网光电交换机、各类数据服务器、相关输入输出设备，等等。在工业以太网光电交换机的作用下，可连接设备监控工作站的计算机与现场控制站的PLC控制器，计算机可以与PLC控制进行通信并下达相关命令，同时还可以启动和关闭现场设备。计算机采用SCAND组态软件操作，可直观地在显示屏幕上呈现管廊内设备控制的模拟图像，并显示设备的运行情况、故障信息和相关数据等。此外，设备监控工作站计算机能和火灾自动报警系统连接、通信，在接收火灾报警消息后，能让全部PLC控制器将相关消防设备的控制权限转移到火灾自动报警控制器。安防控制计算机和安防主机、视频主机的通信作用在于避免遗漏管廊内安全报警器传递的报警信息，还能在计算机屏幕上显示相关部位的视频画面。同时，利用控制中心内的数据和网络服务器能组建和完善综合管廊网络监控平台，并在互联网协助下，充分利用移动电子设备随时了解、监测综合管廊的运行情况；还可根据实际需求设置不同等级的控制权限，直接控制管廊内的设备。
3.9通信系统设计


       固定电话系统及无线通信系统是通信系统的内容。其中，无线通信系统又可划分为以下两个系统。

(1)管廊内人员安全控制支撑系统

       人员安全管控系统可以用于管廊内的无线语音通信。将脐带式无线通信基站组安装在管廊内部，让管廊内部处于无线语音通信覆盖范围，随后给相关工作人员派发智能终端，以起到终端定位的作用。同时，还可接入公共电话交换网络，与当地业务电话、办公电话之间进行连接。

(2)无线AP系统

       无线AP系统的主要组成包括分控中心的无线控制器AC、工作站、光纤环网、管廊现场无线AP等。在防火分区内，每间隔100m应配备1台无线AP。

4 AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台
4.1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、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。
4.2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、、有序的要求。


4.3平台拓扑图



4.4平台子系统
4.4.1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。



4.4.2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。


4.4.3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。



4.4.4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。



4.4.5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。



5 相关平台部署硬件选型清单
5.1电力监控及配电室环境监控系统



5.2智能照明系统



5.3电气火灾监控系统





5.4消防设备电源监控系统



6结束语
       综上所述，城市综合管廊的建设不仅可以规划城市的地下空间，也是国家发展和进步的体现。相关人员应明确综合管廊工程中电气自控工程的特点，以及综合管廊工程中电气自控的设计要点，做好相关设计、建造工作，为综合管廊项目的顺利实施与完工，为城市发展和国家进步奠定坚实的基础。
参考文献
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[3]冷雪琪.城市地下综合管廊设计风险评价与防范研究[D].重庆:重庆大学,2020.
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[5]安科瑞电气股份有限公司官网.
[6]安科瑞综合管廊能效管理系统解决方案.2020.06版.
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[9]候瑞堃，蔡芙蓉.城市综合管廊电气自控设计的要点分析


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