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1、隧道供配电系统设计1.一般规定1 .1供配电系统的设计内容隧道供配电系统日勺设计内容包括高压输电线路、高压配电系统、低压配电系统、备用电源系统、变电所、电力设备的选型等设计内容。不同样的隧道，其供配电系统的设计规模、设计内容不尽相似，应根据拟建项目的实际状况及隧道交通工程级别合理确定隧道供配电系统的设计内容。1.2供配电系统的设计原则应做到保障人身安全、供电可靠、技术先进和经济合理。应符合国家现行日勺有关原则和规范的规定。必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点犯地区供电条件，合理确定供配电系统的设计方案。供配电系统的设计应根据工程特点、规模和发展规划，做到远近期结合，以近期
2、为主。应采用符合国家现行有关原则日勺效率高、能耗低、性能先进日勺电气设备产品。2 .隧道负荷分级及供电规定2.1 隧道重要电力负荷分级表2.1隧道重要电力负荷分级序号电力负荷名称负荷级别备注1应急照明一级尤其重要负荷2火灾报警一级尤其重要负荷3机电监控一级尤其重要负荷4电光标志一级尤其重要负荷5基本照明一级6轴流风机一级7射流风机一级8消防泵一级9防火卷帘一级10加强照明二级11过渡照明二级12电拌热三级亦双电源供电131415隧道是公路交通日勺要道，隧道的应急照明中断供电，隧道内忽然漆黑一片，轻易出现车辆追尾、碰撞等重大交通事故，导致人员伤亡和交通阻塞。隧道的交通监控设施、电光标志、通风及照
3、明控制设施、紧急呼喊设施、火灾的检侧、报警、控制设施及中央控制设施中断供电，监控中心无法理解隧道的运行状况，对通过隧道日勺车辆难以及时进行引导、指示、控制，将导致交通堵塞。若此时隧道内发生火灾、交通事故等，监控中心将无法确定隧道内事故发生的详细位置，难以合理地调度人力、物力进行施救，将扩大事故的发生面，导致更严重的政治影响和经济损失。因此，上迷隧道电力负荷列为一级负荷中尤其重要的负荷。其中，交通监控设施包括车辆辨别器、摄像机、区域控制单元、可变限速标志、车道指示器等。隧道的消防水泵中断供电，在隧道发生火灾时，消防泵无法正常供水，火势难以得到控制，将导致更多日勺生命、财产损失，因此消防水泵列为一
4、级负荷。基本照明是指隧道照明系统中除入口段、过渡段、出口段加强照明以外，整座隧道按中间段亮度规定布设的照明灯构成的照明系统。基本照明是维护隧道正常运行的重要设施。当隧道长时间在低于基本照明的亮度条件下运行附，将影响行车安全，因此基本照明列为一级负荷。满足排烟需要日勺隧道风机，可以将大量滞留在洞内的烟雾及时排出洞外，保证行车安全，并且在火灾时可起到控制火势及烟雾漫延时作用，对争取救灾时间及保证人员安全撤离意义重大。因此该部分风机列为一级负荷。除作为一级负荷以外的其他射流风机在隧道正常营运时可以减少甚至消除隧道内的烟雾，保证行车安全。因此该部分射流风机列为二级负荷。2.2 隧道供电规定1）隧道一级
5、负苟日勺洪电电源应符合下列规定：隧道一级负荷应由两个电源供电，当一种电源发生故障时，另一种电源应不致同步受到损坏。一级负荷容量不大时应优先采用从邻近的电力系统获得第二低压电源，亦可采用应急发电机组作为备用电源。对于隧道一级负荷中尤其重要负荷，除上述两个电源外，还必须设置不间断电源装置（于即作为应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。2）隧道二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6kV及以上专用的架空线路或电缆供电。当采用架空线时，可为一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆构成的线路供电，其每根电缆应能承受100%的二级负荷。3 .电
6、压等级选择与供电系统3.1 电力线路合理输送功率和距离国家建筑原则设计图集(04DXIOl-I)电压线路型式输送功率输送距离0.38kV架空线100kW如下0.25km如下0.38kV电缆线175kW如下0.35km如下6kV架空线2023kW如下5-IOkm6kV电缆线3000kW如下8km如下IOkV架空线3000kW如下815knnIOkV电缆线5000kW如下IOkm如下35kV架空线2023-100OOkW2050kmIlOkV架空线100OO50000kW200300km一般隧道常用配电电压100.38kV线路，专长隧道有中部斜通道通风,配有6kV大型轴流风机，此类工程应配电压为1
7、06kV线路。3.2.电源变压器位置应深入负荷中心，尽量缩短供电半径，减少电能损耗，节省有色金属，减少电压损失，满足供电质量规定。3.3配电系统应简朴可靠，尽量减少配电级数，同一顾客内，高压配电不合适多于2级，低压一、二负荷配电不合适多于3级，三级负荷不合适多于4级。(一般都多，尤其是低压配电系统，应考虑在低压总进线母排下各分工程回路时进线开关设隔离开关。配电系统不超过三级，不应理解为保护级数不超过三级，配电级数与保护级数不同样，不按保护开关的上下级个数保护级数作为配电级数，而是按一种回路通过配电装置分派为几种回路的一次分派称作一级配电。对于一种配电装置而言，总进线开关与馈出分开关合起来为一级
8、配电，不由于它的进线开关采用断路器或隔离开关而变化它的配电级数）。3 .4双电源供电的重要负荷，宜采用同级电压供电。当一路电源故障断电时，另一路电源应能满足工程所有一、二级负荷供电。4.配电线路设计4. 1.用电终端电压降正常运行状况下，宜不不不不大于下列限制规定：室内照明：士5%；远处照明、应急照明、景观照明、道路照明：+5%,-10%；一般电动机：5%电梯电动机：7%据以上规定，对配电线路不仅载流量应满足用电终端负荷规定，并且要进行对配电线路用电终端电压降验算，也要满足用电终端负荷规定。近距离小负荷一般选用线路载流量就可满足规定，大负荷、远距离用电负荷必需进行线路载流量和电压降两项指标验算
9、，看与否满足其规定。4. 2.保护装置与配电线路的合理配合配电线路的载流量必需不不大于保护装置的整定电流：IbI11Iz,h1.45Iz(JGJ16-2023)Ib线路计算电流In一熔断器额定电流或断路器整定电流Iz导体容许持续载流量12保护电器在约定期间内日勺可靠动作电流4 .3.供电质量措施1）按负荷性质设置供电回路：照明与动力负荷分开供电，消防、机电负荷专用回路供电。2）低压系统供电应尽量保持三相负荷平衡。220V照明负荷不不不大于40A时，可采用220V单相供电，不不大于40A时，宜采用380/220V三相供电。照明系统中日勺每一单相分支回路电流不合适超过16A,光源数量不合适超过25
10、个，大型建筑组合灯具每一单相分支回路电流不合适超过25A,光源数量不合适超过60个（LED光源出外）。每一单相分支回路插座数量不合适超过10个，用于计算机电源插座数量不合适超过5个。3）提高功率因数：在工程负荷集中区采用电力电容器无功自动就地赔偿，赔偿后日勺功率因数不应低于0.9。5 .负荷计算5.1 负荷计算的内容及用途1）设备容量：也称安装容量，是所有用电设备额定功率之和（不同样步使用的负荷除外），它是配电系统设计和计算的基础。2）计算容量：按需要系数法计算出日勺负荷容量。它是配电系统正常电源、备用电源、无功赔偿容量日勺根据。也是计算各回路电流、选择变压器、开关设备和导线的据依计算内容除计
11、算各回路容量和工程总容量外，还应分别计算尤其重要负荷和一、二、三各级负荷容量。3）计算电流：是计算负荷在额定电压下日勺正常工作电流。它是选择导体、电器、计算电压偏差、工率损耗等日勺根据。5,2负荷计算的注意事项1）单台设备的容量一般取其铭牌上的额定功率。2）短期或周期工作的用电设备，应将额定功率换算到统一负载持续率的有功功率。3）照明日勺设备容量应是光源加附属设备之和。4）构成用电设备总容量不包括备用设备容量。5）消防设备和火灾切除设备容量比较，大者计入总容量。6）不同样步使用的季节性负荷（如空调和热风幕），取大者计入总容量。7）负荷计算取值到小数点后一位就可以。8）用电设备同步使用系数确实定
12、。9）电感式灯具和电子式灯具功率因数不同样样，其计算容量相差较大。隧道照明负荷计算应考虑其原因。光源类别COStan白织灯卤鸨灯1.000.00电感式荧光灯0.501.73电子式荧光灯0.95-0.980.33-0.20高压汞灯0.40-0.552.29-1.52高压钠灯0.40-0.502.29-1.73金属卤化物灯0.40-0.552.29-1.52霓虹灯0.40-0.502.29-1.736 .隧道变电站设计6. 1隧道变电站型式及供电电源1）箱式变电站。适合600m如下隧道。宜采用单回路高压专线电源+EPS备用电源的供电。2）隧道口外房建式变电站。适合700m4000m隧道,1300m
13、如下在隧道口外一端建一处房建式变电站，1300m以上在隧道口外两端各建一处房建式变电站。宜采用单回路高压专线电源+柴油发电机组+UPS或EPS备用电源日勺供电。3）隧道内横洞式变电站。适合4000m以上专长隧道。应设置双回路高压专线电源供电+EPS备用电源的供电。4）隧道内埋地式变电站。适合4000m以上专长隧道。应设置双回路高压专线电源供电+EPS备用电源的供电。5）隧道内斜井式变电站。适合隧道内斜井大型轴流风机配电。应设置双回路高压专线电源供电+EPS备用电源的供电。6.2供配电方式1）集中式供电（放射式供电）：供电可靠性高，故障发生后影响范围较小，切换操作以便，保护简朴，便于自动化，但配
14、电线路和高压开关柜数量较多。2）分散式供电（树干式供电）：配电线路和高压开关柜数量少，但故障影响范围较大，供电可靠性较差。6.3隧道变电站位置选择1）靠近负荷中心或大容量设备处。隧道工程重要特点是射流风机和轴流风机集中处负荷大,照明负荷分散,并且容量小。变电站位置应靠近射流风机和轴流风机集中处。2）以便高下压进出线3）以便设备运送及搬运。4）不应设置在地势低洼和也许积水的场所。5）应避开建筑物日勺沉降缝、伸缩健等位置。6）不合适与有防电磁干扰规定日勺设备及机房贴邻或正上下方。7）远离多尘或污染环境。6.4高压系统继电保护和变电站综合自动化继电保护和自动装置的设计应以合理的运行方式和也许日勺故障
15、类型为根据，应设有主保护、后备保护和设备异常运行保护装置，并应满足可靠性、选择性、敏捷性和速动性四项基本规定。1）变压器保护：不不不大于400kVA变压器，宜采用负荷开关容断器保护，40OkVA800kVA变压器宜采用负荷开关容断器或断路器保护，IO（X）kVA及至160OkVA的变压器宜采用断路器保护。由断路器保护的变压器宜配置如下继电保护装置：（见原理图）a带时限时过电流保护；b.电流速断保护；C.低压侧单相接地保护；d.干式变压器温度保护。2）6-IOkV线路保护a.带时限时过电流保护；b.电流速断保护；C,低压侧单相接地保护；3）操作电源：正常运行时应保证断路器日勺合闸跳闸；电网故障断
16、电时，应能保证继电保护系统可靠工作和应急照明用电。a.交流操作系统：一般出线回路少于6路，变压器总容量不不不大于4000kVA的中小型变电站，操作电源可采用交流操作。交流操作电源可由变压器或电压互感器供电，也可由EPS供电。b.直流操作系统：一般大型变电站采用。由特配的直流电源屏供电。其容量应能保证操作机构分合闸动作，各开关柜信号和继电器等可靠工作。无人变电站供电持续时间不小2小时。4）变电站综合自动化系统：是目前先进的工业计算机控制技术在电力供配电系统中的成功运用，它完全替代了落后时继电器技术，是实现变电站无人值班的最合理可靠途径。a.系统重要特点和构成：系统具有高可靠性、灵活性、可扩展性以
17、及系统构成和维护的简易性。系统响应迅速，通用性强，可操作性强,抗干扰能力强。大屏幕液晶显示，中文操作菜单，简便直观。具有完善的自检自校功能，模块化构造，维护检修快捷以便。系统由单元监控装置，通讯管理机和综合自控中心构成。b.单元监控装置：是仪表式箱体构造，将保护、测控、扩展继电器集于一体，节省大量二次配线，缩小了安装空间。其功能如下：对线路、变压器、电动机、电容器、分段开关等有保护功能；能满足电流、电压、功率、频率、功率因数等电量的测信功能；对多种断路器的合闸、跳闸有控制功能及开关位置指示功能；有原则日勺以太网/RS485通信接口，满足遥测遥控功能。c.通讯管理机:每座变电站装一台通讯管理机，
18、集合若干个分散时单元监控装置的信号，通过光纤中转送至综合自控中心。d.综合自控中心:也称管理层，负责系统的信号处理和后台监控管理、操作、维护等功能。是正个自动化系统日勺监控平台和人机对话的窗口，重要完毕多种画面监视，图形曲线用、控制命令时下达，多种报表、数据库的生成，管理、打印、事故报警、维护、故障诊断等功能。6.5柴油发电机系统设计1）柴油发电机组的用途：在公路隧道供电作为备用和应急使用：柴油发电机组平时处在停机等待状态，只有当主用电源所有故障断电后，应急柴油发电机组才起动运行供应紧急用电负荷，当主用电源恢复正常后，随即切换停机。2）隧道供电作为备用时，一般只设置1台应急柴油发电机组，在主用
19、电源，没有高压专线电源时，主用电源的可靠性不高的状况下，可考虑选用2台机组并联进行供电。3）柴油发电机组设置负荷：公路隧道供电重要考虑隧道基本中（含应急）照明、消防设施、UPS电源、监控设备、防灾风机供电的等负荷。柴油发电机组负荷。4）柴油发电机组日勺控制：应急发电机组的控制应具有迅速自起动及自动投入装置。当主用电源故障断电后，应急机组应能迅速自起动并恢复供电。一般大、中型柴油机还需要预润滑及暖机过程，使紧急加载附日勺机油压力、机油温度、冷却水温度符合产品技术条件的规定;预润滑及暖机过程可以根据不同样状况预先进行。5）应考虑不同样容量柴油发电机组日勺进排风口位置和孔洞大小。还应考虑柴油机冬季加
20、热防冻日勺电源问题。公路隧道供电中多选用智能型柴油发电机机组，自动化程度比较高，集成性好的可减少设备日勺维护量。6.5不间断电源系统设计1）不间断电源系统日勺分类：UPS电源、EPS电源同称为不间断电源系统。2）不间断电源系统的工作方式：从功能上来说，不间断电源在市电出现异常时，有效地净化电源；还可以在市电忽然中断时持续一定期间给设备供电，使你能有富余日勺时间应付临时的断电。不间断电源按工作原理提成后备式、在线式与在线互动式三大类。后备式不间断电源工作要有一定的专换时间，才能投入使用（专换时间IOms左右）；在隧道供电中多用，在线式不间断电源工作方式在断电时可自动的投入使用（专换时间小干4ms
21、）,能保证用电设备的正常工作。3）不间断电源公路隧道供电系统的设置：隧道供电用UPS电源、EPS电源采用集中式供电配置方式。用一两台较大功率日勺UPS、EPS负载所有设备；配合供电系统低压开关一起工作。4） UPS、EPS电源供电时间的选择：UPS、EPS的供电时间是由储能装置决定的，目前的UPS.EPS一般都用全密封时免维护铅酸蓄电他作为储能装置，电池容量的大小由“安时数（AH）”这个指标反应，其含义是按规定的电流进行放电日勺时间。相似电压的电池，安时数大日勺容量大；相似安时数的电池，电压高的容量大，一般以电压和安时数共同体现电池的容量，如：12V/7AH、12V/65AH、12V100AH
22、o5） UPS、EPS电源使用范围：隧道（应急）照明、消防设施、监控设备、隧道管理站时随道监控中心的负荷供电。6. 6变电所消防规定1）变电所消防特点：变电所配电装置室日勺耐火等级，不应低于二级。变电所配电装置室应设防火门，并应向外启动。变电所柴油机室是消防的重点，要设置泡沫灭火器。2）变电所火灾报誉系统：a.报警系统的各构成：火灾探溯器是构成火灾自动报警系统的重要组件，是系统的感觉器官，其作用是监视被保护区域有无火灾发生。若发现火情，可将火灾的特性物理量，如温度、烟雾、气体和辐射光等转换成电信号，并立即动作，向火灾报警控制器发送报警信号。火灾探测器根据探溯火灾参数的不同样，可划分为感烟、感温
23、、感光。点型火灾探溯器的探测区域内的每个房间至少应设一只探侧器。探侧器的保护面积为60平方米，保护半3o6mob.手动火灾报警按钮在每个防火分区至少应设置一只。从一种防火分区的任何位置到最邻近的一种火灾报警按钮时步行距离不应不不大于30米。手动火灾报警按钮宣设置在公效活动场所日勺出入口处，按钮应设置在明显附和便于操作的部位，安装在墙上时其底边距地高度宜为1.31.5米，且应有明显的标志。c.火灾报警控制器是火灾自动报警系统的重要构成部分，火灾报警控制器肩负着为火灾报警提供稳定的工作电源：监视探测器及系统自身的工作状态；接受、转换、处理火灾探测器输出的报警信号；进行声光报菩；并显示报警日勺详细部
24、位及时间。d.火灾控制的任务：主变压器室、配电装置室、电容器室等重要场所均应设置配套的离子感烟、定温报警探侧器，当变电所内有火灾发生或有烟气散发时，火灾报警主机发出报警声光信号井显示火灾地点或联动启闭消防设备和通风设施。系统通过接点及数字通信接口接入变电站综合自动化监控系统，并遥信控制中心报警。这就是自动报警系统的工作过程，从中可见其在整个消防系统中的重要性6.7隧道供电常用配电设备：1 )电源变压器：隧道供电常用变压器有：油式变压器和干式变压器等。油式变压器造价低、维护量大、防火性能差、受环境自然条件的限制多等缺陷使用的越来越少。近几年干式变压器发展较快，性价比好。在隧道供电工程中常常选用，
25、这里重点简介干式变压器。干式变压器在世界范围内得到迅速的发展。近几年来，伴随我国现代化建设的发展，城镇电网负荷不停增长，干式变压器在我国得以广泛日勺应用。它重要采月了环氧树脂真空浇注干式变压器制造技术，防火防潮，过载能力强，可靠性能大大提高，减少变压器受环境自然条件影响等。2 )KYN28A-12(GZSl)型户内金属铠装高压开关设备，系3.612千伏三相交流50Hz单母线及单母线系统日勺成套配电装置。是工程项目固定配受电，送电及大型高压电动机启动等，实行控制保护、监测之用，开关柜满足IEC298、GB3906等原则规定，具有防止带负荷推拉断路器手车、防治误分、合断路器、防止接地开关处在闭合位置时关合断路器，防止误入带电隔室，防止在带电时误合接地开关日勺连锁五防功能。既可配ZN63A(VS1)型真空断路器，也可配ABB企业VD4型真空断路器，实为一种性能优越的配电装置。3)低压配电柜:目前有代表性常用的两种型式.a.固定构造,大空间分隔的GGD型。主体分为仪表室和主控室,构造简朴，操作维护简朴。价格廉价。是隧道工程用的较多的设备。b.抽屉式配电柜：功能单元采用插入式构造，组合灵活，检修维护以便。价格较贵。背面以云山专长隧道为例,讲隧道供配电系统和火灾自动报警系统设计。
