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建筑设计综合管廊电气工程若干问题的探讨

文章出处:年之轮室内设计顾问机构 发表时间:2022-03-23 13:17 


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  综合管廊是一次性设计并施工,将公用水、电、冷、热及通信管线等集中敷设的公用设施,多设置于城市道路绿化带下方。综合管廊一般每 200 m设置一个防火分区,每个防火分区中间设置一个投料口兼进风口,两端各设置一个排风口。

  综合管廊电气工程是管廊工程中最主要的附属工程,为管廊内照明系统、监控系统、消防系统、通风系统及排水系统提供电力保障。

  综合管廊的出现,给工程建设领域带来了许多新问题,在过去十数年的发展中,我国综合管廊工程新技术、新方法层出不穷,一些问题已经解决,综合管廊国家标准也已颁布实施。然而,我国综合管廊的设计、施工及运营管理经验尚浅,仍有一些具体问题亟待解决,尚需在工程中不断总结并积累经验,在探索中不断改进并创新,以解决老问题,并面对工程中不断涌现的新问题。

  笔者总结综合管廊电气工程的设计经验,结合施工问题反馈、综合考虑运营方建议,探索解决综合管廊电气工程中遇到的关于供电电源、排烟风机供电、配电结构优化、接地、电容电流补偿、电缆支架选材、电气设备防潮、缆线火灾监测、巡检及通讯网络等方面问题的方法。

  本文在完善综合管廊电气工程的设计、施工及运营管理方面给出了建议,具有一定的工程引导意义。

  供电电源

  以往设计原则考虑综合管廊及其控制中心整体为单一用户,申请一路或两路高压电源,采用树干式配电方式为综合管廊沿途各分变电所箱变供电。分变电所箱变按辖区(一般为6 ~ 8个防火分区)某防火分区发生水管爆管事故抢修工况设计,此时箱变负载主要包括单一防火分区的照明、排水泵、风机、抢修用电工具等。箱变日常特别是秋冬季负载荷较低,接近空载运行,运行效率较低。

  考虑综合管廊负荷较小,笔者建议取消各分变电所箱变,改由城市低压电网多点供电,分别在原箱变处设置0. 4 kV用户接入点,就近取电。建设单位可与供电部门协商申请多电源入户的方案。当地供电部门允许时,亦可考虑向相应道路路灯配电箱就近取电。

  上述方案优点是可解决管廊箱变平时负载率低,效率低下的问题。另外,取消箱变后分变电所节点亦可取消,简化结构。缺点是电源申请涉及部门较多,协调工作量较大。

  配电结构优化

  综合管廊非消防动力设备中包括排烟风机、排水泵、检修插座箱、电力井盖等,均具有容量较小,较为分散的特点。单一防火分区目前考虑对各类设备采用各自不同回路的预分支电缆线路树干式供电,供电线路较长,电缆线路利用率较低。另外,为管廊服务的自用电缆线路往往需占用一到两层电缆支架,考虑综合管廊的资金回收主要来源于仓位出租,此配电结构的整体经济性有待提高。

  管廊内非消防动力设备负荷分级相同,笔者建议不再区分设备类型,对于每个防火分区以投料口为界,两侧各设一个预分支电缆馈电回路,对以上设备统一树干式供电。或按防火分区分段设置通长配电母线(每个防火分区以投料口为界两侧各设一段),提供配电主干路由。管廊内所有非消防用电设备由配电母线统一供电。

  采用预分支电缆统一配电可大幅减少配电电缆数量,紧凑布局,节约管廊仓位。其经济性优势明显。

  主干路由采用封闭母线的配电结构与预分支电缆统一供电相似,但刚性母线的施工安装难于柔性电缆。此方式经济性介于预分支电缆统一供电与传统配电结构之间。

  电容电流补偿

  综合管廊自用电缆平时负载率低,电缆线路接近空载运行。在无法实现将长距离综合管廊分段划分,多点就近申请低压电源分散供电时,往往需要集中配电。管廊正常运行时,较长的自用高低压电缆电容电流较大,存在容性无功倒送的情况。

  以某采用10 kV电源供电的长约8 km综合管廊为例,电缆线路的单相电容电流可按下式估算:

  IC = 0. 1 Ur l ≈ 8 A(6)

  其中:Ur 为线路额定线电压,kV,l 为电缆线路长度,km。

  容性无功功率为:

  如不采取电容电流补偿措施,综合管廊管理单位可能因管廊长期运行在容性无功过剩的情况下,功率因数不达标而受罚。因此,笔者建议在10 kV母线上集中设置并联电抗器,补偿母线上过大的容性无功。

  电气设备防潮

  综合管廊的通风系统在管廊内相对湿度大于75 % 时开启,这对于一般电气、电子设备的运行是适宜的。然而,在管廊进、排风口的中部以及管廊拐角处,往往存在局部通风不良处,环境相对湿度可能大于80 %。

  综合管廊内各配电控制箱 / 柜外壳均为钢板,在潮湿环境中易凝结水汽,IP54的外壳防护等级亦不能阻止水汽渗入,箱 / 柜内部金属器件容易锈蚀。另外,水汽渗入可使空气电阻下降,容易产生击穿打火,发生短路,导致电气元器件的损毁。因此,必须对管廊内的电气设备采取必要的防潮措施。

  解决上述问题,除设置局部通风设施外,笔者建议:① 尽量避免在通风不良处安装电气设备;② 必须设置时,可选择湿度敏感性较低的设备及器件,并对设置湿度敏感器件的箱 / 柜体进行分隔密封;③ 按需设置电加热装置,以排除箱 / 柜内湿气;④ 箱 / 柜外壳尽量选择不易凝结水汽的材料;⑤ 提高箱 / 柜外壳的防护等级。

  缆线火灾监测

  综合管廊内敷设有较多的高压电力电缆,其安全性直接关系到城市的正常运作。一旦电缆故障引发明火,则可能迅速殃及周围电缆,导致线路瘫痪,给企业造成巨额经济损失。因此,在综合管廊内设置电缆线路火灾监测系统至关重要。

  目前,缆线火灾探测器可采用不可恢复式感温电缆、可恢复式感温电缆、感温光栅及感温光纤。感温电缆

  特点:利用两芯导体短路产生报警,通常每100 m或200 m感温电缆连接在一个微机头上,作为一个报警区域,用来报警定位。

  优点:技术成熟,应用广泛,价格相对较低。

  在综合管廊中应用的缺点:① 无法精准定位;② 报警值在出厂前设定且无法修改,报警时往往已形成火灾;③ 微机头和模块等需要放置在管廊内,易受环境的影响,可靠性较差;④ 因感温电缆的绝缘外皮老化和电磁干扰等诸多缘故,易产生误报;⑤ 感温电缆价格昂贵更换成本较高,且由于采用有机外护套材料,在潮湿场合极易损坏,使用寿命较短;⑥ 难以维护;⑦ 只能与火灾自动报警系统联动。

  传统的缆线火灾探测器均采用不可恢复式感温电缆,报警受损后需更换受损部分。现市场上已有采用可恢复式感温电缆的火灾探测器。光栅

  特点:测温原理同感温光纤。光栅测温,光纤传输。检测时间取决于一条光纤上测温点数和测温光纤的数量,一般循环检测一次的时间为15 ~ 30 s。

  缺点:① 点式测温,存在盲区;② 测温点需要将光纤断开后再熔接,熔接点易损坏;③ 安装周期较长;④ 测温点对应力敏感,安装位置变化时会影响测温精度。

  考虑综合管廊内的电缆线路多归属于重要用户且可能移动,缆线火灾监控需要全覆盖,而感温光栅光纤测温的点式测温又存在盲区,故不适用于综合管廊内的缆线火灾监测。温光纤

  特点:依据拉曼散射原理,通过光纤感应温度变化所引起的光强变化定温。由光纤主机根据光的定速传播特性计算定位。依据主机设定的报警值触发报警信息。

  优点:① 系统简单;② 可准确定温、定位;③ 报警值可调,报警方式多样,可早期预警,误报率低;④ 感温光纤不受电磁干扰,选择适合的外护套时可不受潮湿环境的影响;⑤ 维护简单;⑥ 提供标准通讯接口,可远程同步显示现场的温度和事故状况。

  缺点:光纤主机价格昂贵。

  感温光纤相对感温电缆价格低廉,其主机价格虽然较高,但单套光纤主机的温度探测的距离可达几十公里。采用新型感温光纤系统相对传统的感温电缆系统的初投资,需经过技术经济比较确定。

  综合考虑设备的使用寿命、更换成本及产品功能,越是长距离综合管廊采用新型感温光纤系统其优势越明显。

  a. 电源由高压电源单点供电调整为低压电源多点供电。建议取消分变电所箱变,将综合管廊按原各箱变供电范围分段,各段就近申请低压电源;

  b. 建议采用预分支电缆或母线对防火分区内各非消防设备统一树干式供电;

  c. 综合管廊为高压单电源集中配电且存在长距离供电电缆时,建议在高压母线上集中设置并联电抗器,补偿母线上过大的容性无功;

  d. 建议避免在通风不良处安装电气设备,必须安装时选择湿度敏感性较低的设备及器件,并采取必要的密封及电加热措施。

  e. 长距离综合管廊建议选用感温光纤系统作缆线火灾监测器。

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