市政隧道工程中供配电系统特点及电气设计探讨

陈刚

（中国市政工程西南设计研究总院有限公司）

1 引言

对市政隧道工程来说，供配电系统是整个工程后期使用和安全防范不可或缺的部分。在具体设计和建设中，各类安全设施的供电均需高可靠性的设计和严格、规范的施工质量，因此，隧道工程中供配电系统对工程建造的意义重大。

2 市政隧道工程供配电系统的特点

2.1 较高的供电可靠性

在市政隧道工程中，供配电系统与其他工程不同，较为复杂，需要保证供电系统的可靠性、稳定性及安全性。如果在运行过程中出现问题，对人们的生命安全和公共财产都会造成较大损失。市政隧道工程为城市重要密集性交通通道设施，根据相关设计规范及行业标准，部分配电系统需按一、二级负荷进行设计。除了采用2路不应同时受到损坏的双重电源供电外，还可以设置其他电源作为备用，比如柴油发电机组、直流蓄电池组等，以此来保证供电过程的可靠性[1]。

2.2 系统运行设备多

市政隧道工程多数为规模大、环境复杂的建设，在实际设计过程中所涵盖的设备较多、系统较复杂，例如各类通风、消防、排水、交安设施、照明设施等。

2.3 严格的质量控制

由于各类设备和系统多，运行环境的苛刻，出现安全隐患的几率相应增加，因此，整个供配电系统设计和设备选型时需选用性能稳定、可靠性高、耐用性强及环境适应性强的设备。以此来增强系统的可靠性和稳定性的，降低设备在后期运行过程中出现问题的概率，确保满足隧道工程的实际需求。

3 市政隧道工程供配电系统的电气设计

3.1 主供电源和备用电源的选择

为保证供电系统的高可靠性，在系统外部主供电源的选择时，应尽可能选择2路引自上级不同区域变电站的10kV电源作为主供电源，以保证2路电源不会同时受到损坏；同时，根据工程实际和投资，可选择备用柴油发电机作为备用电源[2]。

3.2 合理设计系统的形式

根据工程规模、负荷容量及设备，合理选择供配电系统的形式，如双变压器+单母线分段+备用柴油发电机系统等。涉及安全系统的供电设计，如消防系统、火灾报警系统及交通安全系统的供电设计，设计时应充分考虑其可靠性高及安全性，在系统回路供电时采用双回路供电，并在系统末端设置双电源自动切换装置，保证系统的供电可靠性。同时，在合理的供电半径、线路压降损失范围和线路保护灵敏度满足规范要求的前提下，采用放射式线路直供模式，减少系统配电级数，降低系统故障因素，提高可靠性。

3.3 合理设置应急电源

隧道工程需防患于未然，在突发情况来临时有足够的应急电源应对，避免消防方面、应急照明、交安设施等设备在突发情况时无法使用。常用的应急电源主要有柴油发电机组、EPS应急电源、在线式UPS系统以及自带蓄电池的应急照明灯具等。根据不同系统不同负载的类型，合理选择备用电源[3]。如应急照明系统可选用集中式EPS应急电源供电；主要消防泵类、风机类可选用柴油发电机作为备用电源；交安设施及管理用房内的各类电子通信设备、监控设备等可采用在线式浮充电的UPS供电。

3.4 合理设置变压器的台数及容量

市政隧道工程的规模、长短不同，总负荷计算也不尽相同。根据各类负荷的计算，合理选择变压器容量和变压器台数，对系统供电可靠性及稳定性至关重要。如变压器容量选取的负荷计算应分常规负荷、一级负荷、二级负荷，其中消防负荷不计入常规负荷计算中，但消防负荷及其他一二级负荷应作为变压器选择的重要依据和要求。在进行相关负荷计算后，综合考虑变压器的经济负载率等因素，合理选择变压器的数量和容量。

3.5 系统中的各类保护设计

对整个供配电系统来说，各类保护装置必不可少，完备的保护装置能够确保电力系统安全稳定运行。对核心变配电系统，10kV系统合理设置机电保护装置，选择真空短路或负荷开关与熔断器组合的保护模式；合理选择低压系统，如TN-S、TN-C-S等。设计时需根据负载性质和重要性的不同，合理配置和选择该配电回路的保护性元器件及元器件的特性。同时在系统设计时，充分实现远程化、无人化及自动化的要求，为后期系统智能化预留相关接口及信号接点[4]。

3.6 设计供电线路

在之前的市政隧道工程电气线路敷设中，各类强电线缆的敷设采用紧贴隧道一侧悬挂在隧道壁上，处于较高位置的电缆或者穿过墙体的电缆，由于防腐措施、保护不到位，导致线路损坏或短路，也有因剐蹭、挤压等问题造成的供电线路故障。在现有工程设计中，一方面可采用电缆保护套加强防腐保护，在电缆搭接处做好防腐保护，同时尽量将线路设计在利于防腐检查的地方，降低施工人员检查设备的难度；另一方面考虑交通运输问题，结合实际情况，确定适宜的线路铺设方案，避免线路在隧道运行过程中的损害。

4 市政隧道工程中供配电案例分析

4.1 仁新高速公路青云山市政隧道供电方案

青云口隧道全长约6km，覆盖韶关市和河源市两个城市，隧道内耗电量大，若停电，会产生严重后果和经济损失。如果供配电电源线发生故障，应该适时连接其他电源线。该项目属于京云山隧道段隧道群，远离周边能源资源，为优化资源利用，应先建35kV变电站，建成后，将建设庆云山隧道、李东隧道和平山隧道，除了周边站点的临时供电用能负荷和工程竣工后的永久用能负荷外，还节约了能源。

4.2 设计图解及优化过程

青云山隧道入口在韶关市文源县，隧道出口在河源市连平县。在初步设计中，该市的电力公司建议不要使用跨区域电力供应，青云山隧道位于深山上，超出了周围10kV电力线的范围。因此，在京云山隧道山下端建设一座35kV变电站，电力来自天心110kV翁源变电站，坪山、立东隧道10kV电力来自新建变电站，35kV变电站、110kV连平变电站、井头隧道、石子旗隧道、东新隧道、龙街停车场由新建变电站10kV供电。评估专家一致认为，这两个新建的35kV变电站连接成本高且昂贵，应该在下一个设计阶段优化生产线的设计。可以结合道路的整个建设周期，适当考虑建设能力和持续运营能力的结合。针对专家对项目预评估的建议，培训部组织了能源规划单位，在建筑图纸设计阶段，与大关电力办和仁品电力办进行联络协调，开展远程协助和现场勘察，并得出结论。

4.3 方案分析

隧道能源概念一直是技术规划的核心，电路的选择还必须从设计的复杂性、电源的可靠性、设计的成本和负载能力四个方面来考虑。初步供电规划预计：为给京云山隧道等供电点供电，将在韶光和河源建设两座变电站，各建10kV线路。这种供电方式的优点是供电可靠，但施工复杂，造价高，两市之间工程复杂，存在一些安全隐患。但是工程能够有效解决市政隧道工程的供配电问题，提高隧道运行的安全性。

5 结语

综上所述，市政隧道工程中的供配电系统是隧道运行安全稳定的重要保证，也是基本前提，在面对突发紧急情况时起到至关重要的作用。在对市政隧道工程供配电系统的设计过程中，必须要重视建设的安全性、可靠性及稳定性。确保使用设备的稳定性，结合经济实用等方面综合考量。此外，设计过程中还要加入新技术与改进方案，提高供配电系统的实用性，促进市政隧道工程供配电系统设计的与时俱进。