隧道电气设计

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1、城市下穿隧道改造项目中电气设计若干问题探讨Discussion on the Electric Designof Underground Tunnel in Urban Road近年来，面对越来越拥挤的城市交通，道路改造项目不断增多， 局部地段采用下穿隧道改造使城市立体交通得到一定程度的实现。下 穿隧道在方便交通的同时，也带来了运行、维护和防灾方面的问题。 隧道电气设计主要包括供电系统设计、照明设计、电气防灾系统设计 以及泵站电气设计等几个方面。如何为业主提供一个安全、经济、可 靠、可维护性的设计方案，避免不合理设计给维护成本和防灾安全带 来过大的压力是设计人员考虑的首要目标。下面想分别就几个

2、需要重 点关注的问题同业内人士做简单探讨：一、合理进行供电系统设计（一）、关于负荷等级的确定隧道负荷主要有照明、通风、消防电气报警系统、雨水机泵、火 灾应急照明等组成。1、雨水泵站属于下穿隧道最重要的负荷之一。由于成都市地下 水位较高，即使在非雷雨天气情况下，地下水会几个小时内大量聚集， 造成隧道路面积水，因此其正常运行与否将直接影响隧道的交通功 能，所以雨水泵站应确定为隧道中的重要负荷。根据我市目前电网条 件，采用 10KV 独立双电源供电是合理的。2、消防及通风用电根据隧道类别确定供电负荷等级。一、二类 隧道视为一级负荷，三类隧道为二级负荷。确定隧道类别是防灾电气设计中的首要环节，将影响负

3、荷等级的 确定，以及是否设计自动报警系统、通风系统等。2006建筑设计防 火规范将城市隧道分为四类：隧道分类用途隧道封闭段长度一类二类三类四类可通行化学危险品等机动车L1500500LW1500LW500仅限通行非化学危险品等机动车L30001500LW30005001500LW1500根据成都市交通管理规范,三环路以内将禁止化学危险品机动车 进入,所以,以东城根南街隧道 （长 912 米）为例,应被确定为三类隧 道。因此，东城根南街隧道消防报警和通风系统采用二级负荷标准供 电是合乎要求的。3、合理使用EPS应急电源系统（1）、问题的提出07年4月13日，东城根南街4#风机EPS电池柜爆炸起火

4、，造成 EPS 系统烧毁的严重事故，几乎造成整个隧道交通堵塞。在该隧道的 1#、2#、3#风机EPS系统和红星路隧道EPS系统也一直由于这样那样 的问题处于非正常运行状态。当然其中有维护力量跟不上和维护成本 过高的原因。现在在电气设计中较多的采用EPS应急电源系统。EPS具有柴油 发电机不具备的使用方便，占用空间小的优点，但由于维护技术要求 复杂和成本高所以在隧道电气设计中也需要谨慎使用。在几乎所有改 造的下穿隧道中，往往设备房空间都十分狭小，EPS并不具备良好的 通风散热条件，造成EPS系统运行环境恶劣，故障频发，而且维护起 来相当困难。并且， EPS 电池一般寿命3-5 年，在通风散热不好

5、的情 况下，寿命会显著缩短，极大地增加了维护的成本。（2）重新考虑对早期隧道电气供电系统出现问题后的修复调整 由于我市很多下穿隧道设计是在2005 年以前设计的，当时尚无 专门针对城市隧道的设计规范，造成设计标准不一，多数标准偏高， 大量使用双电源+EPS系统模式。GB50016-2006对隧道防火设计进行 了专门描述。因此，对运行中存在问题的早期隧道供电系统根据新的 规范进行重新考虑并不多余，而且对今后新的隧道电气合理设计可以 提出新的思路。就成都市排水设施管理处管理的隧道如红星路隧道、东城根南街 隧道、东城根北延线隧道等几座2005年以前交付使用的隧道而言， 电气系统中较多采用10KV双电

6、源（取自不同的区域变电站），已经具 备一级负荷供电条件，而且，在风机供电上已经采用末端切换。那么， 对已出现问题的EPS系统的修复应该说必要性不强，以免投入更大的 资金。（二）、供电系统总体思路。1、由于大多数长大隧道已经为10KV独立双电源引入，已经具备 一级负荷供电条件。如果有条件的有人值守独立式隧道泵站也可以一 路10KV再配一台柴油发电机。2、采用取自不同10KV低压母线段的低压双电源末端切换既可以 满足水泵系统，也能完全满足消防报警和通风系统用电要求。不需要 配置大容量 EPS 系统。3、应急照明和疏散指示可以采用小容量EPS系统集中供电，也 可以采用分散式应急照明灯。二、有关消防电

7、气设计值得注意的是，新版规范规定，一、二类隧道通行机动车辆的隧 道应设置火灾报警系统，三类隧道宜设置火灾报警系统。隧道主要用 电设备房应设置消防报警系统。目前，我市最近几年建成的下穿隧道基本属于三类或四类无人值 守隧道，无专门中心机房，设置消防报警系统将存在中心消防机房的 选择问题。由于我市公安消防总队担负市政消防系统的管理职能，隧 道火灾报警信息须通过电信光纤传输到消防总队监控中心来实现远 程监控。如何协调处理市政隧道维护单位与公安消防系统之间的消防 系统管理关系一直是调试、检修等实际操作中存在的问题。另外，由 于隧道粉尘大、潮湿度高，消防电子设备故障多发，检修条件差，造 成消防系统本身的维

8、护成本相当高。以上这些因素需要建设管理单位和设计单位认真考虑确定三类 隧道中设置消防火灾报警系统的必要性。三、照明电气设计若干问题（一）、重视隧道照明布置设计在我市的隧道中照明设计中布局对于入口段，过渡段，基本照明、 出口照明、应急照明的照明设计特别是灯具布置有值得商榷的地方。 由于照明存在白天和黑夜两种基本运行模式，在实际运行中，势必有 时会亮一些灯，有时会关一些灯。由于灯的交错布置，在经过隧道时 候感觉照极不整齐，很容易给市民造成维护不善的印象。同时，交错 设计给灯具维修的线路识别造成了很大的困难。在对欧洲城市隧道的照明考察发现，隧道照明采用较高的照度标 准，无严格入口、过渡、基本照明的划

9、分，灯具照明整齐划一，十分 美观。当然，推行不同段采用不同的照度对于电能的合理使用是值得 提倡的，但如何既满足一定照度变化规律又能够使观感整齐美观是设 计师们需要考虑的问题。可以考虑在隧道纵向增加平行排列，避免交 错设计来实现。相应的，隧道灯具产品应具有符合不同角度布置的光 强曲线。另外，建议在施工中给不同线路照明以一定的标志，便于检修维 护。（二）、照明灯具应采用带独立保险装置的钠灯 运行中发现，高压钠灯镇流器短路故障经常造成回路短路跳闸， 同一回路中的所有灯具完全熄灭。在如何查找故障灯的时候往往一盏 一盏灯具查找，非常麻烦。所以，建议采用有独立保护装置的钠灯。（三）、对船槽照明的设计1、对

10、隧道的照明设计应考虑周边环境照明的设计，如高杆路灯 等。目前几乎所有的隧道都考虑了船槽设计，但在运行中发现，由于 隧道上方已有足够亮度的高杆路灯，船槽照明变得可有可无。2、目前厂家生产的隧道灯往往不具备室外灯功能。在船槽中广 泛采用隧道灯的结果是灯具玻璃罩经常由于日晒雨淋冷热冰裂，不能 正常使用，往往成为影响道路美观的一个重要因素。所以，应引起设 计院关注。（四）关于新型光源的使用目前，有少量隧道照明选用“无极灯” “LED”等新型“绿色” 光源。LED 光源近十年的新突破是科技进步和时代发展的产物，具有节 能、环保、白光、长寿命等多项优点，按 2007 年国际上先进的大功 率白光LED产业化

11、水平，发光效率普遍达到60-90lm/W,节能效果已 经相当具有吸引力。虽然LED在照明领域的发展潜力巨大，但作为照 明主体的研发艰难和产品质量远没有成熟也是不争的事实，如它的芯 片制作、芯片材料、发光效率、散热性能、延长寿命、封装方式、封 装材料、驱动特性和性价比等都有大量的工作需要进行。散热的改善 更是目前LED发展必须突破的瓶颈，如散热欠佳就会造成LED光色的 改变，还会造成发光效率和寿命明显降低。目前，高发光效率的 1W 白光 LED 价位在 35 元左右，显然高于市场推广水平。“无极灯”由于没有电极，所以寿命很长（大多数放电灯的寿命 在很大程度上取决于灯泡电极的寿命），非常适宜于如隧

12、道这种难以 经常换灯的地方，另外还具有瞬时点燃、连续调光、无闪烁等优点， 当主要缺点是有电磁干扰，价格教贵。从我市红星路东侧隧道无极灯 改造项目来情况看，在隧道中间段光色柔和，照度分布均匀，导向性 较好。但在隧道入口和出口要达到高压钠灯同样的照度需求则要密集 布置更多的灯具，因为同高压钠灯相比，目前无极灯尚受到大功率的 限制，这是在隧道照明设计或节能改造中应注意的问题。四、泵站电气可靠性设计的常见问题在我处所辖泵站机电设施的管理中，陆续发现水泵电控柜电气设 计存在诸多方面的问题。这些问题的存在给泵站的可靠运行和维护管 理带来一定的隐患。比较常见的有以下几个方面：（一）电气一次系统问题1、电动机

13、主回路没设置隔离电器在目前我处管理的几乎所有泵站都存在这个问题。根据GB50055-93通用用电设备配电设计规范的规定，一般情况下每 台电动机主回路均应装设隔离电器。其目的在于在检修时使电动机及 其控制电器与带电体有效隔离。当以下两种情况可以几台电动机共用 一组隔离电器：（1）数台电动机共用一套短路保护；（2）由同一配电箱（屏）供电，且允许无选择性地断开的一组 电动机。目前，部分电气人员对隔离电器存在一些认识不足的情况。根据IEC947的规定，隔离电器应具有“绝缘+动触头位置指示” 两种功能。能做隔离电器的有：多极或单极的隔离电器、隔离开关、 插头或插座、熔断器式连接片、不需拆除导线的特殊端子

14、等。有的电气技术人员错误地把所有的低压断路器也当作“隔离电器 +保护电器”双重功能使用，这是不符合安全要求的。目前市面上的 DZ20、CM1、SM30、C45N、TM30等均不具备隔离电器的功能。IsmaxS、 GV2、 NS、 MS325 等系列符合隔离电器的要求，可以充当隔离电器的 功能。值得一提的是，由于有些泵站的设计单位只把泵站所需的动力电 源设计到位，泵站电控柜的电气设计由水泵中标厂家配套。由于厂家 对电气设计相关规范认知不够或处于成本节约的考虑，往往在水泵电 气控制柜中没考虑隔离电器，这给泵站的安全维护和管理造成了一定 的隐患。这种情况希望在以后的工程设计及施工管理中能够避免。2、

15、数台电动机共用一套短路保护的问题 在很多市政泵站的电气设计均存在这个问题。羊市街隧道泵站 2004 年发生故障，导致水泵控制柜主开关跳闸后引起整座下穿隧道 被淹。根据事后分析，该控制柜共有三台30KW水泵，采用一台250A 空气开关作为共用保护，在其中一台水泵故障后，引起总开关跳闸， 水泵全部停止工作，最终导致隧道被淹。GB50055-93通用用电设备配电设计规范第2.4.2明确规定, 每台交流电动机应分别装设相间短路保护。符合以下两条的可以数台 电动机共用一套短路保护电器：(1) 总计算电流不超过20A，且允许无选择性切断时；(2) 工艺要求，必须同时启停的一组电动机，不同时切断将危 及人身设备安全时。显然，我处管辖的泵站电机的电气设计不存在这两种情况。那么 根据规范和使用安全性要求，应增设短路保护。3、短路保护电器SPCD的选型问题在笔者的经历中，也形成了熔断器容易熔断，使用起来很麻烦的 一些观念。但应该不是使用熔断器本身的问题，而是在熔断器选型时 不够严谨所致，加上某些国内厂家的熔断器在技术、生产和管理中所 存在的质量不高，管理不严，推广不力等一些问题，造成了人们对熔 断器的使用上的一些偏见。另外，在选择短路保护电器时应注意：(1) 水泵电动机熔断器保护选择应选择aM型，不宜选择gG型。 熔断器的额定电流应根据其安秒特性曲线略高于电动机启动