[分享]综合管廊供配电系统设计优化分析

发表于2019-07-03     330人浏览     1人跟帖     总热度:758  

由于城市发展需要,很多埋入地下的管线需要增减、维修或重新敷设,这就需要将道路重新破开,会使有限的道路空间变得更加狭小,对交通和居民出行造成较大的影响和干扰。综合管廊工程有助于消除“拉链路”、保障交通通畅,可收纳多种不同市政管线(给水管道、热力管道、再生水管道、电力电信电缆、燃气管道等);采用综合管廊后,所有的管线扩容、维修及维护改造将在管廊内进行,对路面没有任何影响;采用综合管廊,可以开发利用城市地下空间、保证城市地下管线安全运营、节约宝贵的土地资源。综合管廊作为城市道路地下空间开发利用的重要部分,在保障城市供应、克服城市规划与市政管线发展变化之间的矛盾、提升城市品位的前提下,对有效集约城市地下空间、促进城市的可持续发展有着非常大的作用,其建设对优化城市环境、合理利用城市地下空间具有重要意义。

综合管廊附属工程包括:消防系统、排水系统、通风系统、供配电及照明系统、监控与报警系统、标识系统等。其中,供配电系统为管廊消防系统、排水系统、通风系统、照明系统、监控与报警系统等提供电力保障及控制接口,是管廊最主要的附属工程。综合管廊的供配电系统的设计原则对工程造价及安全运行有较大影响,对此本文结合相关规范、手册、标准图集等和工程实例提出一种综合管廊供配电工程的设计方式。

供配电系统设计要点

供配电设计中,负荷分级及负荷计算为首要任务,综合管廊供电系统包含了很多附属设备,大致可分为:应急照明系统、健康设备及消防设备,此类设备属于二级负荷设备,均可采用二级负荷设备供电原则,其余的设备为三级负荷。供电电源及供电电压等级根据负荷分级选择;供电电压选择,应从用电容量、用电设备特性、供电距离、供电线路的回路数、用电单位的远景规划、当地公共电网现状和它的发展规划以及经济合理等因素考虑决定;供配电系统设计还应根据工程特点、规模和发展规划,做到远近期结合,在满足近期使用要求的同时,兼顾未来发展的需要;供配电系统设计应采用符合国家现行有关标准的高效节能、环保、安全、性能先进的电气产品。

供电方案设计

负荷等级及电源


根据综合管廊负荷运行的安全要求,管廊内的消防、监控、应急照明等设备为二级负荷;检修插座箱、排水泵、普通照明等为三级负荷,详细负荷分级见表1。

综合管廊供配电系统设计优化分析_1
10
20
kV
供电方案


根据《工业与民用供配电设计手册》(4版)上册供配电章节相关内容可知,10 kV电缆送电容量可达0. 4 ~ 4 MW,供电距离在6 km以下;采用20 kV电缆供电送电容量可高达10 MW,供电距离可达12 km以下。在同等条件下,采用高一级电压等级配电可使供电范围更大,送电容量更高,也将方便后期管廊的扩建,因此,如果新建管廊周边有20 kV的高压电源,则应优先考虑。根据以往新建管廊设计经验,高压供电方案主要包含如下一些情况。

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单侧电源双回路树干式供电

在综合管廊沿线设置n个变电站,共申请两路10(20)kV市政电源,各变电站间通过双回路树干式供电。此种电源方案供电可靠性高,目前大多数管廊工程采用这种供电方案。此种供电方案根据接线方式不同,还可进行细分,主要是通过主变电所内高压开关柜母线是否采用单母线分段型式:若采用单母线分段的型式(如图1所示),因为两路10(20)kV电源互为备用,需要申请市政电源备用电源较大,较大的备用容量需要缴纳过高的可靠费用;若采用单母线不分段型式,则市政所提供的两路10(20)kV电源进线断路器需要设置机械及电气联锁,两个断路器只能一个合闸,由于此种情况无法完全备用,因此需申请市政电源负荷相对第一种方式较低,则一般用于中小规模管廊供配电中。

综合管廊供配电系统设计优化分析_2
采用该单侧电源双回路树干式供电,与市政电源接口少,申请电源简单,可以统一集中式计量,便于后期管廊的运营维护管理;各变电站内两台变压器同时运行,提高了综合管廊的可靠性,并且各个配电区间可以由就近的变电站供电,减少低压电缆使用,但由于每个变电站设置两台变压器,正常情况下两台变压器同时运行,由于综合管廊平时运行计算负荷较低,反而会增大变压器运行损耗,投入运行后,从缴纳变压器基本电费角度,会增加综合管廊运营成本。
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两路独立的市政电源供电

此种供电方式是在综合管廊沿线负荷相对集中处设置集中式综合管廊用10(20)kV开关站,如图2所示,该开关站一般与控制中心合建。该种方式与市政电源接口少,申请电源简单,方便统一管理,但由于综合管廊内增加若干回至各变电站的10(20)kV线路,增加工程造价,同时占用大量管廊内部含电力电缆舱室的利用空间。此种方式适用于综合管廊规模较小,各个分变电站位于不同线路上的情况。

综合管廊供配电系统设计优化分析_3
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多路市政电源供电

此种方案为引入多路市政电源,在综合管廊沿线设置n个变电站(如图3所示),每个变电站申请两回市政电源,各变电站相互独立。由于该方案与市政电源接口多,申请电源复杂,分散式计算,管廊运营维护工作量增大。

综合管廊供配电系统设计优化分析_4
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双侧电源双回路树干式供电

此种方案为引入两路独立市政电源,在综合管廊沿线设置n个变电站(如图4所示),各变电站间通过双回路树干式实现供电。该方案与市政电源接口少,申请电源简单;统一集中式管理计量,便于后期管廊运营维护。但采用两台变压器在每个变电站,投入运行后,从缴纳变压器基本电费的角度,将增加综合管廊运营成本。

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双侧电源环网式供电

此种方案为引入两路独立市政电源,在综合管廊沿线设置n个变电站(如图5所示),各变电站间通过环网式实现供电。正常运行时为避免两路电源并列运行,整个系统中虚线框内的隔离开关应有1个是断开的,且此隔离开关宜位于整个系统中靠近中间位置的变电站;当其中一路市政电源故障时此隔离开关闭合。在每个变电站内设置一台10(20)/ 0. 4 kV变压器,每个配电单元的应急电源由相邻的一般电站或者EPS装置提供第二路电源。该电源方案与市政电源接口少,申请电源并不麻烦,并且便于后期管廊的运营维护,每个变电站仅设置一台变压器,投入运行后,缴纳变压器基本电费会下降,从而减少综合管廊的运营成本。

综合管廊供配电系统设计优化分析_6
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单侧电源树干式供电

此种方案为引入一路独立市政电源,在综合管廊沿线设置n个变电站(如图6所示),在每个变电站内设置一台10(20)/ 0. 4 kV变压器,每个配电单元的应急电源由相邻的一般电站或者EPS装置提供第二路电源。该电源方案与市政电源接口少,申请电源并不麻烦,并且便于后期管廊的运营维护,每个变电站仅设置一台变压器,投入运行后,缴纳变压器基本电费会下降,从而减少综合管廊的运营成本。
综合管廊供配电系统设计优化分析_7
0. 4 kV
供电方案



综合管廊一般以防火分区作为基本的配电单元,在通风口部设置若干低压配电设备间,根据表1对管廊内用电负荷的分类,表1所列三级负荷,在每个防火区间设置一台或两台就地配电箱为其供电;表1所列二级负荷,在每个防火区间设置一台应急配电柜为其配电。10(20)kV供电方案不同,从而使低压0. 4 kV部分也存在不同的配电方案:

a. 第一种是放射式配电(对应于综合管廊变电站设有2台变压器或1台变压器 + 集中EPS的电源方案)。该配电方案各配电单元间电源相互独立,且每个配电单元均有3个进线电源(普通负荷配电箱1路 + 应急配电箱2路),保证用电可靠性,但配电电缆用量增大;此方案也可在每个防火分区设置2台普通配电箱 + 1台应急配电箱,应急配电箱两路电源均从该2台普通配电箱馈出,一定程度上减少了配电电缆用量,但增加了一级配电,同时需将由管廊变电站引至各配电单元的配电电缆需要按应急要求设计,并且增加了各防火区间普通配电箱箱体。

b. 第二种是放射式配电方式(对应于综合管廊变电站设有1台变压器 + 分散式EPS的电源方案),该方案各配电单元的应急配电箱由该配电分区的动力配电箱和EPS电源装置分别提供一路电源,满足二级负荷配电要求,但增加了一级配电,并且配电电缆需要按照应急要求进行设计。

c. 第三种是树干式配电方式(对应于综合管廊变电站设有2台变压器或1台变压器 + 集中式EPS的电源方案),各配电单元电源均通过树干式供电,节约了配电电缆用量。

d. 第四种为树干式与放射式相结合方式,每个配电分区的普通配电箱采用放射式配电,应急配电采用树干式配电,在满足用电可靠性前提下,更多地节约了配电电缆用量。

工程实例设计分析

武汉市光谷中心城综合管廊建设项目是东湖高新国家自主创新示范区(2014 ~ 2020年)建设项目,项目北侧为九峰森林公园,南靠武汉东湖综合保税区、西邻二妃山体育公园、东至光谷生物医药园,项目分两期建成,总用地面积36. 8 km2。其中一期工程北起九峰一路,南至高新五路、西起光谷三路、东至光谷七路,总用地面积23. 5 km2,设置主干管廊支线管廊,所含舱室种类包括:电力舱、电力通信仓、综合管线舱。图7是武汉光谷中心城管廊规划平面图。

综合管廊供配电系统设计优化分析_8
管廊沿线变电所及监控中心设置

综合管廊累计总长约24. 67 km,根据沿线布置情况及负荷分散、供电距离长的特点,综合管廊低压供电半径为600 ~ 800 m,管廊全线可划分为17个供电区域。本工程用电设备总工作容量约8 150 kW,总计算负荷容量约4 000 kVA,计入无功补偿后的总计算负荷约为2 950 kVA。

根据综合管廊负荷性质及地区电力规划,本工程采用20 kV和0. 4 kV两个电压等级。按负荷供电分区情况,每一供电分区需在负荷中心位置设置20 / 0. 4 kV变电站一座,管廊沿线共设置17座分变电站,其中高新大道设置3处,神墩一路设置1处,神墩三路设置3处,神墩五路设置1处,虎山东街设置2处,光谷五路设置3处,光谷六路南设置1处,光谷六路北设置1处,高科园路设置2处。

综合管廊监控中心设总开闭所一座,为管廊沿线17处分变电站提供20 kV电源。监控中心另设2台20 / 0. 4 kV变压器,为监控中心提供0. 4 kV自用电源。本工程主要用电设备为排风机、排水泵、照明、监控及检修设施等。根据综合管廊负荷运行的安全要求,综合管廊附属设备中消防设备、监控设备、应急照明为二级负荷;其余为三级负荷。由城市电网就近提供两路20 kV电源,电源运行方式为互为备用。

变配电系统

光谷中心城为武汉重点开发示范区,规划采用20 kV电压等级线路较10 kV在提高输电能力、促进节能降耗加大供电半径方面具有显著优势,10 kV升压至20 kV,可使配电网容量增加1倍;在负荷不变情况下,20 kV时电压损失是10 kV的25 %;供电半径可以增加1倍;功率损耗降低至原来的25 %,即可降低75 %。

在管廊沿线所设置的17个20 / 0. 4 kV变电所,变电所采用带四工位刀的地埋式变压器, 地埋变由于安装在管廊设备间内,安装后不占用地表面积,不影响观瞻,且可避免遭受外界无意或恶意的破坏,可抵御洪涝灾害,保证供电可靠性。与每个分变电所采用两台变压器相比,此种方式节省变压器台数,降低变压器损耗,降低工程造价及维护成本。

监控中心总开闭所20 kV系统主接线采用单母线分段形式,总开闭所由就近城市电网引入2路独立的20 kV电源,通过6回20 kV电缆形成3组双电源环网供电结构,配送至17处分变电站,如图8所示,图中示意为其中两回20 kV电缆形成1组双电源环网结构。该种配电方式是在双侧电源环网式供电型式上的改进供电方式,由于每个分变电站采用四工位变压器,四工位状态分别代表:电源A、电源B、环网和断开4种方式,在正常运行时,仅需对环中居中位置某一台地埋变设置为电源A或电源B供电,其他地埋变均设置为环网模式即可,当一路20 kV电源因故退出运行时,整个综合管廊由另一路20 kV电源供电,仅需切换环中居中位置的地埋变运行模式即可(即切换供电电源A至B或B至A)。监控中心两台自用变压器由20 kV母排直接供电,监控中心总开闭所至各供电分区变压器20 kV高压电缆,布置于综合管廊内电力电信混合舱内。

综合管廊供配电系统设计优化分析_9
0. 4 kV
供电方案

管廊分变电站0. 4 kV侧采用树干式结合放射式配电方式(如图9所示),为综合管廊每一防火分区中的排风机、排水泵、普通照明等三级负荷供电;管廊分变电站设集中EPS应急配电柜,为管廊消防、监控、应急照明等二级负荷供电。为满足消防、监控系统中特别重要的负荷不可断电的要求,另设在线UPS作后备电源,由于EPS的存在,UPS可由EPS箱供电而大大减小价格高昂的UPS容量,使得由UPS满足自控系统及火灾自动报警系统不间断供电要求,而由EPS保障自控系统及火灾自动报警系统供电时间要求。将每个配电分区的普通配电箱及应急配电均采用树干式配电,并且采取间隔供电方式,使得即便在其中一路普通电源或应急电源无法供电情况下,保证相邻管廊内可以满足供电要求,保证相邻防火分区不断电。该种方式在满足用电可靠性前提下,更多地节约了配电电缆用量。

综合管廊供配电系统设计优化分析_10
本文有删减,全文载于《建筑电气》2019年第6期,详文请见杂志。

版权归《建筑电气》所有。
作者:
单秉仁,男,中建三局工程设计有限公司,工程师。
综合管廊供配电系统设计优化分析-默认标题_横版海报_2019.06.04 (2)

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 发表于2019-07-03   |  只看该作者       筑龙币+20

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