市政隧道工程中供配电系统特点以及电气设计

市政隧道工程中供配电系统特点以及电气设计

王晓伟

(天津市市政工程设计研究院天津市300392)

摘要：伴随着市政隧道工程规模和数量的不断增加，进而对工程的质量要求也在不断提高。因此在具体建设过程中对各个环节都要合理把握，准确定位，从设计、施工到后期的维护和管理都要有相应的措施为其提供保障。尤其是供配电系统，在设计的过程中要根据实际情况进行专业的设计，满足隧道工程对供配电系统的使用要求，对各个环节都要准确把握，采取针对性的措施，满足相关的技术要求和设计标准，只有这样才能保证隧道供配电系统的安全运行。鉴于此，本文主要对市政隧道工程中供配电系统的特点以及电气设计工作进行了研究和分析。

关键词：市政隧道工程；供配电系统特点；电气设计

一、市政隧道工程中供配电系统特点

隧道工程中供配电变电所设置通常为10KV的供配电系统，已达到整个隧道内的供电需求，受到多方面因素的影响，供配电设计经常会存在电压不稳的情况，在白天由于负载过多造成电压偏低，晚上又会呈上升趋势，隧道内照明灯受到这方面影响，长期处于不稳定的工作状态。如果电压出现较低现象，很容易造成触发器的误操作；当电压较高的时候，又造成不必要的能源损耗，不管是哪种情况，都不利于照明设备的正常运转，甚至降低照明灯具使用寿命。对隧道内供配电系统进行优化是非常重要的，能够提高电力系统的运行质量，由于隧道工程相对比较复杂，在设计上的要求也更为严格，相比于其他普通供配电系统，隧道供配电系统技术更具有多样化的特点：首先，供配电系统必须具有足够的可靠度和安全性，在隧道正常运行中，如果出现供配电系统问题，势必会对车辆行人的正常通行造成困扰，严重的化甚至会产生安全事故，造成巨大损失。同时，供配电系统中对于火灾事故的预防具有很重要作用，需要满足一级负荷实行条件，相关部门对于供配电设计必须严格按照相关技术标准认真落实，建设备用电源以确保隧道内供电系统的安全。第二，对于一些规模大、隧道长、工程量大的工程，需要配备足够数量的电气设备，再设计过程中应该根据实际需要，科学选择设备的型号和规格，提高对电力设备质量的检查，避免由于这方面因素造成的使用问题。第三，市政隧道供配电系统设计，除了要考虑自身的系统性要求，还应该关注配套设施的完善，确保整个工程项目能够具有足够的协调性，已达到共同发展的要求，比如：排水、通风、消防、监控等。另外，根据土建施工、电气施工等多方面要求及施工现场环境条件，做好隧道内照明设计的优化和安排，提高整个隧道运行的质量与安全系数。

二、市政隧道工程供配电系统的电气设计

1、消防负荷双电源末端切换的合理设计

在市政隧道工程中都会涉及到防火设计，保证能及时发现火灾隐患，及时扑灭，使用的主要就是消防设施和火灾报警系统，在设计时是否应该采用双电源末端切换的方式来保证防火系统的安全运行非常重要，虽然相关的设计规范对此没有进行明确规定，但是作者认为要根据实际情况进行综合考虑。如果使用此种模式将会使低压柜出现回路，增加电缆的使用数量，增大供电面积，造成工程成本的大幅度增加，且由于隧道内的环境特殊，容易对末端切换箱造成腐蚀和损坏，影响切换功能，但是使用此种模式之后，可以在一路电缆发生故障时，仍可由另一路继续供电，保证供电安全。在实际应用过程中，隧道内的电缆基本都处于并列铺设的状态，一旦其中一条发生机械破坏，其他也会受到影响，且每条电缆都有短路保护装置，过流损坏的现象较少，为了防止鼠害，还可以采用铠装电缆。除此之外，在供电系统设计时，隧道工程变电所内都会设置两路电源，采用单母线分段联络的接线模式，在消防负荷的首端采取双电源自动切换的设计方式，使用电缆放射式供电，这样一来，可以加强供电的可靠性。

2、变压器的容量选取

市政隧道工程中所用到的电力设备较多，变压器是其中的关键，在设计时，对变压器的容量选取要科学合理，只有这样才能保证供电安全。变压器容量的选择要根据实际的情况来确定，最常用的选择方法是对隧道变电所的总负荷进行准确计量，然后用两台容量相同的变压器进行分别承担，每台变压器承担一半的负荷，一旦其中一台变压器发生问题时，可以先由另一台进行承担，此种方法要求变压器容量选取时要按照整体负荷量来确定，这样就出现了超负荷运转的情况，对变压器损伤较大。除此之外，隧道内的用电负荷主要集中于照明和通风两方面，在设计时分长期和短期，由于隧道的不同，长短期之间的规划设计量会存在着较大的差异，在进行变压器选取时会造成一定的容量浪费，所以在设计时建议先按短期负荷进行设计，一旦发生变化，可以通过更换大容量变压器或者是增设变压器来满足用电需求，单台变压器的容量要能承受全部一级负荷，变压器的负载率在0.6~0.8之间，在变压器容量选取时还要考虑到环境因素的影响，降低温度可以提高变压器的输出功率，减少对变压器的损耗。

3、变压器的保护装置设计

在供配电系统中，保护装置是保证电力系统运行安全的关键，变压器的保护装置多采用断路器，对于负荷开关加熔断器的模式采用的较少，但作者根据对比得出，后者优点较多，更为实用。实际用电过程中，使用开关进行负荷切换的现象发生较多，短路保护发生的相对较少。负荷开关加熔断器的形式可以由负荷开关来进行负荷切换，由熔断器来进行短路保护，且限流熔断器可在10ms内完成保护，应用前景广阔，有些城市还对此进行了明文规定。比如说深圳市供电部门规定：单台变压器容量不大于1600kVA时，保护措施采取负荷开关加熔断器的形式，当单台变压器的容量大于1600kVA时，可以采用断路器进行保护，对于公路隧道，要根据实际情况和相关规范进行针对性的选取保护方案，根据10kV供电系统设计规范中的要求，对于容量不大于500kVA的配电变压器，可以采用高压熔断器来保护，当配电变压器的容量高于500kVA时，适宜使用高压断路器。

4、应急电源设计

公路隧道要注意事故隐患的防范，需要设置应急电源，应对突发情况，保证应急照明、消防用电、监控设备等正常工作。在设计时，应急电源选取要根据隧道的应急负荷类型、转换时间、具体的工作时间等方面进行综合考虑。在通常情况下，用于隧道应急电源的有以下四种，来自电网本身的与馈电回路分开的电源、采用柴油机发电机组的应急电源、利用蓄电池作为电源、组合类型的应急电源，在进行电源选择时最主要的就是安全可靠，尤其是一些地理环境复杂，隐患较大的隧道工程，在具体设计时要采取多种应急电源，增加可靠性。比如说一些长度较大的隧道，如果只采取柴油发电机组作为应急电源，虽然可以不受供电时间的影响，但是需要的转换周期相对较长，在15s左右，为了解决这一不足之处，在设计时可以添加蓄电池应急电源，来维持过渡期的电量需求，形成优势互补。

结束语

综上所述，我们可以看出，尽管目前而言，我国的市政隧道工程建设已经有了较大的发展，然而在其供配电系统的设计中仍然存在着一些问题，这严重阻碍了我国市政隧道的建设。为了更好地建设市政隧道，希望相关人员能够对文章中的技术设计予以重视，不断改善问题，建造更好地市政隧道。

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