中國市政工程華北設計研究總院有限公司的研究人員張學群、楊超、解存福， 在2018年第3期《電氣技術》雜誌上撰文指出， 電氣工程是管廊最重要的附屬設施。
本文結合保定市北三環綜合管廊工程,對電氣工程設計過程中的遇到的負荷等級的確定、供配電系統的設計、照明設施的佈置及設計、設備的控制、接地系統的設計進行了介紹,對於同類工程有較大的參考價值。
1 引言
隨著城市發展， 對地下空間的綜合利用要求越來越高， 地下軌道交通、停車庫、人防設施及商場的發展越來越快， 而且這些地下設施的連接也越來越多，
綜合管廊的建設將從根本上解決道路頻繁開挖造成的浪費和給交通、生產和人民生活帶來巨大影響等問題， 提升市政基礎設施檔次和標準， 增加地塊土地的潛在價值。 綜合管廊內設有眾多的附屬設施， 在管廊的附屬設施中， 電氣工程是保證管廊運行的最重要的附屬設施， 為管廊的照明系統、通風系統、監控系統及排水系統提供電力保障[1~4]。
綜合管廊的供配電系統對管廊的可靠性有著重要的影響。 筆者結合保定市北三環管廊工程和《城市綜合管廊工程技術規範》GB50058-2015（以下簡稱管廊規範）對管廊的電氣系統設計進行綜合闡述。
2 北三環管廊簡介
保定市北三環管廊位於保定市北三環（樂凱大街~東三環）， 全長10.4km,設置監控中心一座。 根據各類管線專項規劃， 北三環管廊敷設的管線有給水、中水、供熱、電力、通信管線。
採用矩形斷面、三艙佈置形式， 給水、中水、電信共用一艙， 電力管線和供熱管線各單獨一艙。 北三環綜合管廊斷面尺寸為4350mmx2400mm+4350mm×5300mm+4350mm×3800mm， 詳見圖1所示。
圖1 北三環管廊標準斷面示意圖
管廊沿線設置管線引出口， 給水管、中水管、供熱管過路採用預埋過路套管的形式， 電力電纜過路處預埋排管， 共設置89個管線引出口。 沿線以不大於400米設置一處投料口， 投料口尺寸為7.0x2.0米(長×寬）；高壓電力艙投料口尺寸為3.0x1.5米(長×寬）；熱力艙投料口尺寸為7.0x1.5米(長×寬）。 投料口與自然通風口合建。 共設置28個投料口。
通風採用自然進風、機械排風相結合的設計， 即在每一防火區間的兩端分別設地上式自然進風口和機械排風口。 地上式通風口高出地面約1.5米， 佈置在綜合管廊外側綠化帶內結合景觀效果進行設計。
進風口、出風口分別與人員出入口合建。 當綜合管廊啟動風機時， 管廊內空氣集中於排風口排出， 並於進風口處換入新鮮空氣， 使綜合管廊內保持空氣清新。 在進風口和排風口之間設置防火牆及防火門一座， 同時通風口處佈置垂直爬梯， 供維修、巡查人員緊急撤離使用。 人員出入口處設由內向外單向開啟自動液壓井蓋。 本管廊共設置56個通風口， 28個自然通風口， 28個機械通風口。
3 管廊負荷等級和電源
3.1 管廊負荷等級
管廊內的消防設備、監控與報警設備、應急照明設備根據規範規定， 應為二級負荷。 部分審圖專家及設計人員認為管廊內的通風風機屬於消防設備， 管廊規範條文解釋中給出了如下的描述：綜合管廊不同於一般的民用建築，
火災撲滅後由於殘餘的有毒煙氣難以排除， 對人員災後進入清理十分不利， 為此應設置事故後機械排煙設施。 由此可以判斷， 管廊設置的風機為事故後通風設施， 因而不屬於消防設施。
筆者在參加安徽某管廊項目可行性研究報告審批時， 有專家提出管廊內部排水泵應為二級負荷。 該專家認為， 南方城市雨水較大， 在暴雨情況下， 應考慮管廊被水淹沒， 利用管廊內部排水泵可靠排水。
結合規範以及工程實例， 筆者認為專家所考慮的運行工況， 已經超出了規範考慮設置排水設施的範疇。 管廊規範中， 排水泵的設置僅是為了排出管廊內部的滲水，並不考慮管廊內部管道爆管、管廊被暴雨淹沒排水問題。
3.2 供電電源及變配電所的設置
在監控中心設置1座10kV開閉所，管廊沿線用電均引自監控中心。沿管廊間隔約2km左右設置一個箱式變電站,每個管廊配電所的供電半徑均不超過1km，對於特殊遠離變電所的區段，適當增大配電電纜的截面[5]，使末端電壓不低於正常的95％。每個管廊相鄰變電所之間採用10kV電纜聯絡，形成環網。
本工程設計中，經與當地供電部門溝通，採用在管廊沿線設置箱變的供電方案。本管廊分57個分區，沿線共設置6座箱變，其中1~5號箱變每座箱變均供10個分區，6號箱變供51~57號分區。
3.3 管廊供配電系統及設備選型
設計中本管廊採用自然進風、機械排風的方式，根據管廊的縱斷變化，各個艙室在適當位置設置集水井，集水井內設置排水泵，利用管道將集水井內的積水排放至市政排水系統。結合管廊規範相關要求，主要的負荷包含以下內容：
1）電力艙、熱力艙以及水信艙各個機械排風口均設置雙速排風風機。其中因水信艙斷面尺寸較大，水信艙每個分區設置兩颱風機。
2）各個艙室設置的一般照明及應急照明燈具。
3）排水泵；
4）檢修電源箱。根據管廊規範，管廊內間隔50米設置一個檢修電源插座箱，每個檢修箱功率15kW。
根據管廊規範，附屬設備的供配電系統採用220/380V，TN-S系統。以防火分區作為配電單元，各個配電單元進線處均設置計量表。採用EPS作為應急電源，供應急照明和消防設施、監控設備使用。
設計中，在機械排風口處設置現場控制站，每個現場控制站安裝每個配電分區的配電櫃。區間動力配電櫃將區間配電櫃饋出回路按艙室分組，便於統一對單個艙室切除非消防負荷。管廊區間配電櫃系統圖如圖2所示。
為了保證配電系統的可靠運行，設備須選用國內優質產品。變壓器應選用節能型、可靠性高的幹式變壓器。高壓開關櫃應選用具有五防聯鎖功能的中置式開關櫃，高壓開關選用真空斷路器，低壓開關櫃選用元器件固定插拔式櫃型。所設計的供配電系統具有較高的自動化程度[6]。
圖2 管廊區間配電櫃系統圖
4 管廊照明系統
綜合管廊內部照明設施包括一般照明和應急照明。通風口夾層內安裝變配電設備處的照度為200lx；中心控制室照度不小於300lx；綜合管廊內，滿足一般巡視要求，人行通道上的平均照度不小於15lx，最低照度不小於5lx；出入口和設備操作處的局部照度不小於100lx。
設計中應急照明電源引自EPS應急電源櫃，應急電源的持續供電時間不小於60分鐘。一般照明引自區間配電櫃一般照明出線回路。燈具選用高亮度LED燈。燈具採用防觸電保護等級Ⅰ類設備，燈具防護等級不低於IP54,並應具有防外力衝撞的防護措施。照明回路導線採用截面積不小於2.5mm2的硬質銅線。線路敷設時均穿保護管沿管廊頂部及側牆明敷。在管廊每個分區的人員出入口處設置本分區的通風、照明控制開關。
5 管廊接地系統
綜合管廊內集中敷設了大量的電纜，為了綜合管廊運行安全，應有可靠的接地系統。除利用構築物主鋼筋作為自然接地體，在綜合管廊內壁將各個構築物段的主鋼筋相互連接構成法拉第籠式主接地系統。綜合管廊內所有電纜支架均經通長接地線與主接地網相互連接。
另外，在綜合管廊外壁每隔50m處設置人工接地體預埋連接板，作為後備接地。綜合管廊接地網還應與各變電所接地系統可靠連接，組成分散式大接地系統[7~9]，接地電阻應不大於1歐姆。
管廊內所有正常不帶電金屬均應與接地線做等電位聯結。電纜進線處做重複接地，在區間配電櫃進線處裝設I級電湧保護器（SPD），用以防雷電感應[10]。管廊標準段接地平面如圖4所示。
圖3 管廊標準段接地平面圖
6 電氣設備的控制
管廊內風機由區間配電櫃完成配電和控制，在櫃上設手動/自動轉換開關。在管廊的人員出入口等處設置風機開停按鈕盒，以便於人員進出時開停風機。除檢修時，轉換開關均處於自動位置，以自動控制管廊內部的空氣品質和溫濕度。當發生火災時，排風機由火災聯動系統強制停機。
排水泵採用現場液位自動控制，並將排水泵的狀態上傳至自控系統。為便於人員出入時開關燈，在人員出入口處設置照明開關按鈕盒。除檢修時，照明系統控制回路的轉換開關均處於自動位置，可通過自控系統開關燈。當發生火災時，由火災聯動系統強制啟動應急照明。
管廊監控中心設置火災自動報警系統上位機，管廊內部設置火災自動報警系統區間控制器。自動滅火系統由同一個防火分區一個感煙火災探測器報警信號與另一個感溫火災探測器報警信號或兩個感溫火災探測器報警信號聯動觸發。
火災區間報警控制器聯動相關攝像機監控報警現場供消防控制室確認並記錄，當消防控制室確認後，可由消防控制室手動啟動滅火系統。火災確認後，消防聯動控制器應關閉相應著火防火分區及同艙室相鄰防火分區通風機及防火閥；啟動管廊內同艙室的火災聲光報警器；打開著火分區及同艙室相鄰防火分區應急照明；聯動出入口控制系統，釋放相應出入口控制裝置。
7電纜的敷設
本文中所說電纜敷設是指為保證管廊正常運行，所需的管廊自用電纜的敷設，不包括入廊敷設的電力部門及通信部門的線纜。在管廊中設置管廊自用電纜橋架。管廊內一般設備供電電纜採用阻燃交聯聚乙烯電纜，火災時需要繼續工作且與消防有關設備的供電電纜採用耐火交聯聚乙烯電纜[11]。
所有電纜沿電纜橋架敷設，引至設備時，穿熱鍍鋅焊接鋼管沿管廊頂、側牆明敷，要求鋼管塗防火塗料。
8 經驗總結
管廊工程，相對而言是近幾年來較為新穎的市政工程。筆者將本工程進行過程中的經驗總結如下：
（1）供電方案需儘早與當地供電部門溝通。設計中，原設計方案是選擇地埋式變壓器。考慮該方案的出發點是減小地面箱變對景觀效果的影響，但當地供電部門不認可，因此將變壓器修改為安裝於地面的箱變。
（2）管廊區間配電櫃的饋線回路需要按照艙室進行分組。管廊設計規範中要求，當發生火災時，需切除相應艙室的非消防電源。如果設計中未將饋線回路按照艙室分組，消防切非雖然仍可以實現，但接線將比分組方案複雜。
（3）管廊接地系統設計過程中需與結構專業密切配合，及時向結構專業提出伸縮縫處的電氣預留預埋要求。因管廊外均設有防水塗層，如不及時提出預留預埋要求，後期補充將會破壞管廊主體的防水材料，影響管廊結構主體的設計壽命。
（4）管廊中的用電設備較為單一，正常運行時，工作狀態的電氣設備較少，因此需要合理的配置供配電系統，以較小變壓器的容量。否則，投入使用後將會出現變壓器低負載率的問題，增加運營成本。
9 結語
綜合管廊作為重要的大型地下構築物，在設計階段必須充分考慮各個方面的因素，對設計方案進行優化。電氣工程的施工及安裝通常是在土建主體結束後進行，施工週期較長。該系統的完善與否，直接影響管廊的正常運行。因此電氣工程應該在保證功能條件下提高設計的可靠性、安全性以及先進性。圖紙的完善才能儘量避免施工中的修改與調整。
工業與民用配電設計手冊（第四版） ￥228 領5元券
排水泵的設置僅是為了排出管廊內部的滲水，並不考慮管廊內部管道爆管、管廊被暴雨淹沒排水問題。3.2 供電電源及變配電所的設置
在監控中心設置1座10kV開閉所，管廊沿線用電均引自監控中心。沿管廊間隔約2km左右設置一個箱式變電站,每個管廊配電所的供電半徑均不超過1km，對於特殊遠離變電所的區段，適當增大配電電纜的截面[5]，使末端電壓不低於正常的95％。每個管廊相鄰變電所之間採用10kV電纜聯絡，形成環網。
本工程設計中，經與當地供電部門溝通，採用在管廊沿線設置箱變的供電方案。本管廊分57個分區，沿線共設置6座箱變，其中1~5號箱變每座箱變均供10個分區，6號箱變供51~57號分區。
3.3 管廊供配電系統及設備選型
設計中本管廊採用自然進風、機械排風的方式，根據管廊的縱斷變化，各個艙室在適當位置設置集水井，集水井內設置排水泵，利用管道將集水井內的積水排放至市政排水系統。結合管廊規範相關要求，主要的負荷包含以下內容：
1）電力艙、熱力艙以及水信艙各個機械排風口均設置雙速排風風機。其中因水信艙斷面尺寸較大，水信艙每個分區設置兩颱風機。
2）各個艙室設置的一般照明及應急照明燈具。
3）排水泵；
4）檢修電源箱。根據管廊規範，管廊內間隔50米設置一個檢修電源插座箱，每個檢修箱功率15kW。
根據管廊規範，附屬設備的供配電系統採用220/380V，TN-S系統。以防火分區作為配電單元，各個配電單元進線處均設置計量表。採用EPS作為應急電源，供應急照明和消防設施、監控設備使用。
設計中，在機械排風口處設置現場控制站，每個現場控制站安裝每個配電分區的配電櫃。區間動力配電櫃將區間配電櫃饋出回路按艙室分組，便於統一對單個艙室切除非消防負荷。管廊區間配電櫃系統圖如圖2所示。
為了保證配電系統的可靠運行，設備須選用國內優質產品。變壓器應選用節能型、可靠性高的幹式變壓器。高壓開關櫃應選用具有五防聯鎖功能的中置式開關櫃，高壓開關選用真空斷路器，低壓開關櫃選用元器件固定插拔式櫃型。所設計的供配電系統具有較高的自動化程度[6]。
圖2 管廊區間配電櫃系統圖
4 管廊照明系統
綜合管廊內部照明設施包括一般照明和應急照明。通風口夾層內安裝變配電設備處的照度為200lx；中心控制室照度不小於300lx；綜合管廊內，滿足一般巡視要求，人行通道上的平均照度不小於15lx，最低照度不小於5lx；出入口和設備操作處的局部照度不小於100lx。
設計中應急照明電源引自EPS應急電源櫃，應急電源的持續供電時間不小於60分鐘。一般照明引自區間配電櫃一般照明出線回路。燈具選用高亮度LED燈。燈具採用防觸電保護等級Ⅰ類設備，燈具防護等級不低於IP54,並應具有防外力衝撞的防護措施。照明回路導線採用截面積不小於2.5mm2的硬質銅線。線路敷設時均穿保護管沿管廊頂部及側牆明敷。在管廊每個分區的人員出入口處設置本分區的通風、照明控制開關。
5 管廊接地系統
綜合管廊內集中敷設了大量的電纜，為了綜合管廊運行安全，應有可靠的接地系統。除利用構築物主鋼筋作為自然接地體，在綜合管廊內壁將各個構築物段的主鋼筋相互連接構成法拉第籠式主接地系統。綜合管廊內所有電纜支架均經通長接地線與主接地網相互連接。
另外，在綜合管廊外壁每隔50m處設置人工接地體預埋連接板，作為後備接地。綜合管廊接地網還應與各變電所接地系統可靠連接，組成分散式大接地系統[7~9]，接地電阻應不大於1歐姆。
管廊內所有正常不帶電金屬均應與接地線做等電位聯結。電纜進線處做重複接地，在區間配電櫃進線處裝設I級電湧保護器（SPD），用以防雷電感應[10]。管廊標準段接地平面如圖4所示。
圖3 管廊標準段接地平面圖
6 電氣設備的控制
管廊內風機由區間配電櫃完成配電和控制，在櫃上設手動/自動轉換開關。在管廊的人員出入口等處設置風機開停按鈕盒，以便於人員進出時開停風機。除檢修時，轉換開關均處於自動位置，以自動控制管廊內部的空氣品質和溫濕度。當發生火災時，排風機由火災聯動系統強制停機。
排水泵採用現場液位自動控制，並將排水泵的狀態上傳至自控系統。為便於人員出入時開關燈，在人員出入口處設置照明開關按鈕盒。除檢修時，照明系統控制回路的轉換開關均處於自動位置，可通過自控系統開關燈。當發生火災時，由火災聯動系統強制啟動應急照明。
管廊監控中心設置火災自動報警系統上位機，管廊內部設置火災自動報警系統區間控制器。自動滅火系統由同一個防火分區一個感煙火災探測器報警信號與另一個感溫火災探測器報警信號或兩個感溫火災探測器報警信號聯動觸發。
火災區間報警控制器聯動相關攝像機監控報警現場供消防控制室確認並記錄，當消防控制室確認後，可由消防控制室手動啟動滅火系統。火災確認後，消防聯動控制器應關閉相應著火防火分區及同艙室相鄰防火分區通風機及防火閥；啟動管廊內同艙室的火災聲光報警器；打開著火分區及同艙室相鄰防火分區應急照明；聯動出入口控制系統，釋放相應出入口控制裝置。
7電纜的敷設
本文中所說電纜敷設是指為保證管廊正常運行，所需的管廊自用電纜的敷設，不包括入廊敷設的電力部門及通信部門的線纜。在管廊中設置管廊自用電纜橋架。管廊內一般設備供電電纜採用阻燃交聯聚乙烯電纜，火災時需要繼續工作且與消防有關設備的供電電纜採用耐火交聯聚乙烯電纜[11]。
所有電纜沿電纜橋架敷設，引至設備時，穿熱鍍鋅焊接鋼管沿管廊頂、側牆明敷，要求鋼管塗防火塗料。
8 經驗總結
管廊工程，相對而言是近幾年來較為新穎的市政工程。筆者將本工程進行過程中的經驗總結如下：
（1）供電方案需儘早與當地供電部門溝通。設計中，原設計方案是選擇地埋式變壓器。考慮該方案的出發點是減小地面箱變對景觀效果的影響，但當地供電部門不認可，因此將變壓器修改為安裝於地面的箱變。
（2）管廊區間配電櫃的饋線回路需要按照艙室進行分組。管廊設計規範中要求，當發生火災時，需切除相應艙室的非消防電源。如果設計中未將饋線回路按照艙室分組，消防切非雖然仍可以實現，但接線將比分組方案複雜。
（3）管廊接地系統設計過程中需與結構專業密切配合，及時向結構專業提出伸縮縫處的電氣預留預埋要求。因管廊外均設有防水塗層，如不及時提出預留預埋要求，後期補充將會破壞管廊主體的防水材料，影響管廊結構主體的設計壽命。
（4）管廊中的用電設備較為單一，正常運行時，工作狀態的電氣設備較少，因此需要合理的配置供配電系統，以較小變壓器的容量。否則，投入使用後將會出現變壓器低負載率的問題，增加運營成本。
9 結語
綜合管廊作為重要的大型地下構築物，在設計階段必須充分考慮各個方面的因素，對設計方案進行優化。電氣工程的施工及安裝通常是在土建主體結束後進行，施工週期較長。該系統的完善與否，直接影響管廊的正常運行。因此電氣工程應該在保證功能條件下提高設計的可靠性、安全性以及先進性。圖紙的完善才能儘量避免施工中的修改與調整。
工業與民用配電設計手冊（第四版） ￥228 領5元券