综合管廊电气自控设计的探讨

关于综合管廊电气设计的探讨陈昌学 李红（中国市政工程西南设计研究总院有限公司) 摘 要 随着我国市政建设的发展，综合管廊建设项目逐渐增加，实现地下空间的综合有效利用，节约城市用地。为了提高综合管廊电气设计的可靠性及安全性，本文将重点针对相关问题进行分析，以便使设计更优化、更合理。 关键词 综合管廊 防火分区 出线仓 测温光纤 0 前言根据国务院关于加强城市基础设施建设的意见【国发201336号】（2013年9月6日）相关内容：“开展城市地下综合管廊试点，用3年左右时间，在全国36个大中城市全面启动地下综合管廊试点工程”。目前，综合管廊项目逐渐增多，工程设计人员经验不足，本文以工程实例着手阐述综合管廊电气、自控设计的相关问题。1 工程概况本工程综合管廊总长约为 6.0km，平面路由为“U”形线型，综合管廊由一个管道仓和一个电力仓水平并排组成（覆土约为两米）。其中，防火分区：每段防火分区长度不大于200m，防火分区两端设置防火墙，防火墙上设甲级防火门；投料口：每段防火分区均设置一个投料口（管道仓、电力仓各设置一个），投料口应兼顾人员出入功能；逃生孔：每段防火分区设置两处人员逃生孔，其中一处利用投料口作为逃生孔直通室外，同时利用相邻防火分区的防火门作为第二处逃生通孔（通道）；区段出入口：综合管廊沿途每隔1000米左右设置一座区段出入口；管线出仓口：综合管廊通过管线出仓口将内部管线和外部管线相衔接；通风口：综合管廊每段防火分区一端设自然进风口，另一端设机械排风口；排水系统：每段防火分区设置排水沟和集水坑，分区域排水。本工程综合管廊设置一座监控中心(含一座总变配电站)。2 综合管廊断面型式根据相关规划资料，本工程综合管廊纳入两回110kV电缆、32回10kV电缆、32孔PVC110管束。为了减少电力电缆对通信电缆的干扰，通信管束同给水、中水、热力、消防管道等设置在一仓（通讯管束设置在该仓的一侧），电力通道单独设置一仓（与管道仓共壁）。该断面形式综合管廊的结构隔墙内钢筋网可兼作屏蔽网，降低了电力电缆电磁效应对通信系统的干扰。本工程规划的110kV变电站均位于综合管廊的外侧，为了将综合管廊110kV电力仓与市政110kV电力通道顺接，将综合管廊电力仓位于“U”型环线的外侧，110kV电力支架位于电力仓外侧。110kV电缆采用品字形安装，每层支架安装一回110kV电缆；10kV电缆每层支架可敷设多根电缆，其电缆之间的净距不小于10kV电缆直径。电力、通信通道最上一层支架均用于综合管廊内部电缆的敷设。3管线出仓口设计10kV电力通道、通信通道应结合相关规划，为各路口预留出线管束，同时，两个路口之间综合管廊每隔 200米左右两侧各预留一组横向过路管束。电力、通信管束出仓时均要求局部加高综合管廊，在相邻仓外顶上穿越，禁止在相邻仓内穿越。110kV电力通道结合相关规划，落实110kV变电站位置，将110kV电缆通道与市政通道贯通。110kV电缆通过管束与地面110kV电缆沟相连通，其每回 110kV回路管线采用SC300管线；与 110kV变电站之间采用电力隧道连通。通信电缆弯曲半径较小，但电力电缆弯曲半径较大，在电力电缆出仓时需考虑弯曲半径。4 电气设计4.1供配电设计根据城市综合管廊工程技术规范：综合管廊附属设备中消防设备、监控设备、应急照明宜按二级负荷供电，其余用电设备可按三级负荷供电。故本工程电力负荷等级确定为二级。综合管廊主要用电设备为排风机、排水泵、照明、监控及检修设施等，与消防、监控有关的负荷按二级负荷考虑，其余为三级负荷。本工程综合管廊监控中心设置一座变配电站，沿线每隔 1.6km左右设置一座箱式变电站（每座箱变设置两台变压器），箱式变电站电源由监控中心变配电站提供。每段防火分区设置一台动力配电柜，为该防火分区设备供电。风机电源均采用双电源切换，由相邻防火分区的动力配电柜供电。由于每段防火分区需设置动力配电柜、照明配电箱、风机控制箱、排水泵控制箱，同时还有PLC柜等弱电设备，同时尽量减少综合管廊通道内控制箱对检修通道、电缆敷设通道的影响，将电气、自控设备集中安装。本工程每段防火分区设置配电控制间，配电控制间位于卸料口附近，采用夹层（综合管廊顶与地面之间）形式。4.2设备控制综合管廊风机、照明采用手动控制和远程控制，并将状态信号反馈至监控中心。综合管廊卸料口、防火分区门、区段出入口均设置风机、照明按钮盒，同时，为了检修调试，在每台风机位置设置一台本风机的按钮盒控制。综合管廊排水泵采用手动控制和液位自动控制，高液位报警信号、排水泵状态信号反馈至监控中心。4.3电缆托盘及内部电缆通道监控中心变配电站至各箱变的10kV电缆在综合管廊电力仓内敷设，综合管廊内0.4kV电力电缆、控制电缆均采用电缆托盘敷设，电力、通信通道最上一层支架上安装电缆托盘。不同电压、不同用途的电缆，尽量不敷设在同一层电缆托盘内，故电缆托盘均采用防火隔板隔开。综合管廊顶部设置线槽，用于敷设照明导线。综合管廊纵向穿越防火墙处预留穿墙孔洞，横向相邻仓之间预留穿墙导管。待施工完成后均须作防水、防火密封处理。纵向电力电缆、通信管束均穿越防火墙，但在土建施工过程中，电缆还未敷设，故在土建施工时应考虑电缆敷设问题。方案一：预留穿越防火墙的孔洞，待通信管束、电力电缆敷设后封堵。该方案土建一次性施工完毕，防火门尽早安装，但由于110kV电缆电缆较重，弯曲半径较大，不利于110kV电缆的敷设。方案二：预留结构插筋，待110kV电缆敷设后施工防火门门框结构。该方案土建后期还需施工，同时，前期防火门无法安装，防火门位置的按钮盒等设备也无法安装，只能将按钮盒等设备悬挂在空中，待防火墙施工后完善。本工程采用方案一。4.4照明设计综合管廊应设一般照明和应急照明，应急照明包括备用照明、疏散照明。普通段照度要求不小于 10lx，投料口及防火分区门等处局部照度提高到 100lx。应急照明设置疏散照明，疏散照明包括疏散通道安全照明和疏散指示标志灯，疏散安全照明照度要求不小于 5lx，疏散指示灯照度要求不小于 0.5lx。一般照明灯具采用 T5型防水防尘荧光灯，每 5米一盏，吸顶安装，其防护等级为 IP65。备用照明采用每 15米设置一盏应急照明灯(自带蓄电池，应急时间 90min)，吸顶安装。疏散照明采用疏散指示灯和安全出口指示灯，安全出口指示灯设置在人员出入口、卸料口及各防火门处顶部安装，疏散指示灯沿综合管廊设置，距地 0.4m安装，间距不大于 20m。照明灯具位于地下空间，故要求采用安全电压供电或者照明回路中设置动作电流不大于30mA的剩余电流动作保护措施。本工程照明电压采用交流220V，故设置30mA剩余电流保护装置。4.5防雷接地设计利用综合管廊的顶板、底板、侧壁内的结构主筋焊接连通，形成一个立体、闭合的自然接地体，要求其接地电阻不大于 1。综合管廊内两侧侧壁均通长敷设两根-40x5mm接地扁钢，并在每段防火分区预埋钢板 100x100x6mm(伸缩沉降缝两侧各一块)。接地连接板与结构主筋、接地扁钢焊接连通，同时，综合管廊内设备的金属外壳、PE线、金属管道、金属支架、电缆保护管均应与接地扁钢通过-40x5mm热镀锌接地扁钢相连通。5自控设计综合管廊为地下空间，安全稳定的运行是设计首先考虑的前提。控制中心实现“集中管理” ，现场实现无人值守，可适当安排人员进行巡视，确保安全可靠。自控设计包括以下系统：自动控制系统、在线检测仪表、视频监控系统、火灾报警系统、计算机网络系统。5.1自动控制系统自动控制系统以实现现场无人值守为目，分为控制中心集中监控管理和现场控制站。控制中心主要设备：中央监控服务器、中控操作站，数据库服务器、DLP组合式背投等。现场控制站：现场控制站以每3个防火分区为单位考虑，居中间的防火分区设置一控制站，左右两边的防火分区设置远程I/O站，综合管廊左右对称共监控6个区域。共设置10个PLC控制站，20远程I/O站，所有的控制站和远程I/O站通过工业交换机接入工业以太环网。PLC控制站、远程I/O站均位于综合管廊配电控制间。PLC控制站：主要设备是用于自动控制、参数采集和网络连接的PLC系统，包括CPU模块、电源模块、DI、DO、AI、AO模块和网络通信适配器等，一台现场显示触摸屏，以及各种隔离器，UPS电源。控制站实现的主要功能：检测水泵和风机等的工作状态及设备状况；根据根据防火区内的氧气及温湿度实时检测值实现对各风机的控制，并检测风机的工作状态；根据积水坑的液位实现对水泵的控制；实时监测各防火分区内的氧气、温湿度、一氧化碳、液位等参数；现场可控设备除了可由操作人员通过就地箱控制外，也可交给PLC进行自动控制。操作终端作为现场人机接口，操作人员通过对操作面板上的按钮的操作，由PLC可完成各相关设备的控制。操作人员也通过对操作面板上的操作，修改相关参数的设定。远程I/O站：监控范围：相邻三段防火分区内的设备及仪表。主要设备：主要设备是用于参数采集和网络连接的系统，包括电源模块、DI、DO、AI、AO模块和网络通信适配器等，各种隔离器；UPS电源。远程I/O主要检测水泵和风机等的工作状态及设备状况；实时监测各防火分区内的氧气、温湿度、一氧化碳等参数。5.2在线检测仪表为了及时准确地掌握综合管廊内的空气质量及温度湿度 ，改善环境，提高管理水平，仪表设计应能准确、全面的反应管沟空气质量情况；检测参与控制的各种参数。5.3视频监控系统视频监控系统可以实现综合管廊全域内人员的监控，便于中控室值班人员及时发现现场问题，排除故障以及对警情的及时处理，保证管沟内正常运行。监控系统通过系统前端监控点摄像机采集图像信息，系统主机处理后在相连的监视器上反映监控场景；综合管廊每200米为一段防火分区，共有30个防火分区，每段防火分区设置1台工业交换机，在每段防火分区内设置3台摄像机（区段出入口），分别检测卸料口及两边的防火门，监测任何进入防火分区内的人员情况。所有的视频监控画面都可以通过媒流体服务器控制、显示，实现全范围监控并且可在监视器上切换显示各防火分区的监视画面。5.4火灾报警系统火灾自动报警系统的功能是实现对综合管廊的全程监测，将火灾报警信息及时、准确地传输到监控中心，实现火情预警、火灾报警、火灾处理及疏散，同时通过广播系统，向综合管廊内的工作人员广播，使他们及时撤离现场，保正人身安全等功能。系统设计：为使系统安全有效地进行工作，在每段防火分区内设置智能感烟探测器、手动报警按钮、火灾电话、火灾广播扬声器、声光报警器、分布式测温光纤等设备。系统采用总线连接，感烟探测器设置间距为10米；手动报警按钮设置在卸料口，两边的防火门处。光纤测温主机连接多条线性测温光缆，测温光缆主要监测管沟内电力电缆的温度是否在正常的范围内运行，对于管沟内110kV的电力电缆，每根配置一条测温光缆监测其温度的变化；对于10kV的电力电缆，每层桥架上敷设如正弦波般走向的测温光缆。该系统温度监测精度为1C,可任意设置多级温度报警值，光纤测温主机可提供一组继电器输出报警信号。消防联动：探测器发出检测信号，火灾报警装置联动视频监控系统，跳出该防火分区的视频画面，确认报警。联动排烟系统：每段防火分区设置有排风及排烟系统，正常时用于排风，火灾时通过火灾联动控制器启动风机排烟。 联动电源：火灾确认后，通过火灾联动控制器切断非消防电源。 联动消防广播系统：火警时，监控中心启动广播切换模块进行消防广播，特别针对报警的防火分区、相邻的防火分区进行广播疏散。 联动消防电话系统：控制中心可启动消防专用模块与任一电话分机通话，现场任一分机或电话插孔处话机，通过火灾报警控制器确认后与消防主机通话录音。5.5计算机网络系统网络系统建设：本工程局域网采用千兆位以太网技术，整个网络采用自适应以太技术，网络拓扑结构采用星型结构，在中心控制室通过控制系统和视频监控系统的中心交换机实现两系统的连接及数据交换，火灾报警系统控制站接入控制系统交换机，火灾报警装置接入视频监控系统，实现控制中心各系统的集成及关联互动。网络操作系统：采用windows2003 Advanced Server作为应用系统的网络操作系统以及Internet/Intranet服务和数据库服务器的操作平台