隧道供配電系統設計(課件)

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1、隧道供配電系統設計1.一般規定1 . 1 供配電系統的設計內容隧道供配電系統的設計內容包括高壓輸電線路、高壓配電系統、低壓配電系統、備用電源系統、變電所、電力設備的選型等設計內容。不同的隧道，其供配電系統的設計規模、設計內容不盡相同，應根據擬建項目的實際情況及隧道交通工程級別合理確定隧道供配電系統的設計內容。 1 . 2 供配電系統的設計原則應做到保障人身安全、供電可靠、技術先進和經濟合理。應符合國家現行的有關標準和規范的規定。必須從全局出發，統籌兼顧，按照負荷性質、用電容量、工程特點犯地區供電條件，合理確定供配電系統的設計方案。供配電系統的設計應根據工程特點、規模和發展規劃，做到遠近期結合，

2、以近期為主。應采用符合國家現行有關標準的效率高、能耗低、性能先進的電氣設備產品。2.隧道負荷分級及供電要求2.1隧道重要電力負荷分級表2 . 1 隧道重要電力負荷分級序號電力負荷名稱負荷級別備注1應急照明一級特別重要負荷2火災報警一級特別重要負荷3機電監控一級特別重要負荷4電光標志一級特別重要負荷5基本照明一級6軸流風機一級7射流風機一級8消防泵一級9防火卷簾一級10加強照明二級11過渡照明二級12電拌熱三級亦雙電源供電131415隧道是公路交通的要道，隧道的應急照明中斷供電，隧道內突然漆黑一片，容易出現車輛追尾、碰撞等重大交通事故，造成人員傷亡和交通阻塞。隧道的交通監控設施、電光標志、通風及

3、照明控制設施、緊急呼叫設施、火災的檢側、報警、控制設施及中央控制設施中斷供電，監控中心無法了解隧道的運行狀況，對經過隧道的車輛難以及時進行引導、指示、控制，將造成交通堵塞。若此時隧道內發生火災、交通事故等，監控中心將無法確定隧道內事故發生的具體位置，難以合理地調度人力、物力進行施救，將擴大事故的發生面，造成更嚴重的政治影響和經濟損失。所以，上迷隧道電力負荷列為一級負荷中特別重要的負荷。其中，交通監控設施包括車輛分辨器、攝像機、區域控制單元、可變限速標志、車道指示器等。隧道的消防水泵中斷供電，在隧道發生火災時，消防泵無法正常供水，火勢難以得到控制，將造成更多的生命、財產損失，因此消防水泵列為一級

4、負荷?；菊彰魇侵杆淼勒彰飨到y中除入口段、過渡段、出口段加強照明以外，整座隧道按中間段亮度要求布設的照明燈組成的照明系統?；菊彰魇蔷S護隧道正常運行的主要設施。當隧道長時間在低于基本照明的亮度條件下運行附，將影響行車安全，因此基本照明列為一級負荷。滿足排煙需要的隧道風機，可以將大量滯留在洞內的煙霧及時排出洞外，保證行車安全，并且在火災時可起到控制火勢及煙霧漫延的作用，對爭取救災時間及保證人員安全撤離意義重大。所以該部分風機列為一級負荷。除作為一級負荷以外的其它射流風機在隧道正常營運時可以減少甚至消除隧道內的煙霧，保證行車安全。所以該部分射流風機列為二級負荷。2 . 2 隧道供電要求1)隧道一級

5、負茍的洪電電源應符合下列規定：隧道一級負荷應由兩個電源供電，當一個電源發生故障時，另一個電源應不致同時受到損壞。一級負荷容量不大時應優先采用從鄰近的電力系統取得第二低壓電源，亦可采用應急發電機組作為備用電源。對于隧道一級負荷中特別重要負荷，除上述兩個電源外，還必須設置不間斷電源裝置（于即作為應急電源，并嚴禁將其它負荷接入應急供電系統。2) 隧道二級負荷的供電系統，宜由兩回線路供電。在負荷較小或地區供電條件困難時，二級負荷可由一回 6kV 及以上專用的架空線路或電纜供電。當采用架空線時，可為一回架空線供電；當采用電纜線路時，應采用兩根電纜組成的線路供電，其每根電纜應能承受100的二級負菏。3.電

6、壓等級選擇與供電系統3.1電力線路合理輸送功率和距離國家建筑標準設計圖集(04DX101-1)電壓線路型式輸送功率輸送距離0.38kV架空線100kW以下0.25km以下0.38kV 電纜線175kW以下0.35km以下6kV架空線2000kW以下510km 6kV電纜線3000kW以下8km以下10kV架空線3000kW以下815km 10kV電纜線5000kW以下10km以下35kV架空線200010000kW2050km 110kV架空線1000050000kW200300km 一般隧道常用配電電壓10/0.38kV線路，特長隧道有中部斜通道通風，配有6kV大型軸流風機，此類工程應配電壓

7、為10/6kV線路。32電源變壓器位置應深入負荷中心，盡量縮短供電半徑，降低電能損耗，節約有色金屬，減少電壓損失，滿足供電質量要求。33配電系統應簡單可靠，盡量減少配電級數，同一用戶內，高壓配電不宜多于2級，低壓一、二負荷配電不宜多于3級，三級負荷不宜多于4級。（一般都多，特別是低壓配電系統，應考慮在低壓總進線母排下各分工程回路的進線開關設隔離開關。配電系統不超過三級，不應理解為保護級數不超過三級，配電級數與保護級數不同，不按保護開關的上下級個數保護級數作為配電級數，而是按一個回路通過配電裝置分配為幾個回路的一次分配稱作一級配電。對于一個配電裝置而言，總進線開關與饋出分開關合起來為一級配電，不

8、因為它的進線開關采用斷路器或隔離開關而改變它的配電級數）。34雙電源供電的重要負荷，宜采用同級電壓供電。當一路電源故障斷電時，另一路電源應能滿足工程全部一、二級負荷供電。4配電線路設計41用電終端電壓降正常運行情況下，宜不小于下列限制要求：室內照明：5% ；遠處照明、應急照明、景觀照明、道路照明：+5%、-10%；一般電動機：5% 電梯電動機：7%據以上要求，對配電線路不但載流量應滿足用電終端負荷要求，而且要進行對配電線路用電終端電壓降驗算，也要滿足用電終端負荷要求。近距離小負荷一般選用線路載流量就可滿足要求，大負荷、遠距離用電負荷必需進行線路載流量和電壓降兩項指標驗算，看是否滿足其要求。42

9、保護裝置與配電線路的合理配合配電線路的載流量必需大于保護裝置的整定電流：IBInIZ ，I21.45IZ （JGJ16-2008 7.6.5）IB線路計算電流In熔斷器額定電流或斷路器整定電流IZ導體允許持續載流量I2保護電器在約定時間內的可靠動作電流43供電質量措施1）按負荷性質設置供電回路：照明與動力負荷分開供電，消防、機電負荷專用回路供電。2）低壓系統供電應盡量保持三相負荷平衡。220V照明負荷小于40A時，可采用220V單相供電，大于40A時，宜采用380/220V三相供電。照明系統中的每一單相分支回路電流不宜超過16A，光源數量不宜超過25個，大型建筑組合燈具每一單相分支回路電流不宜

10、超過25A，光源數量不宜超過60個（LED光源出外）。每一單相分支回路插座數量不宜超過10個，用于計算機電源插座數量不宜超過5個。3）提高功率因數：在工程負荷集中區采用電力電容器無功自動就地補償，補償后的功率因數不應低于0.9。5負荷計算51負荷計算的內容及用途1）設備容量：也稱安裝容量，是所有用電設備額定功率之和（不同時使用的負荷除外），它是配電系統設計和計算的基礎。2）計算容量：按需要系數法計算出的負荷容量。它是配電系統正常電源、備用電源、無功補償容量的依據。也是計算各回路電流、選擇變壓器、開關設備和導線的據依 計算內容除計算各回路容量和工程總容量外，還應分別計算特別重要負荷和一、二、三各

11、級負荷容量。3）計算電流：是計算負荷在額定電壓下的正常工作電流。它是選擇導體、電器、計算電壓偏差、工率損耗等的依據。5，2負荷計算的注意事項1）單臺設備的容量一般取其銘牌上的額定功率。2）短期或周期工作的用電設備，應將額定功率換算到統一負載持續率的有功功率。3）照明的設備容量應是光源加附屬設備之和。4）組成用電設備總容量不包含備用設備容量。5）消防設備和火災切除設備容量比較，大者計入總容量。6）不同時使用的季節性負荷（如空調和熱風幕），取大者計入總容量。7）負荷計算取值到小數點后一位就可以。8）用電設備同時使用系數的確定。9）電感式燈具和電子式燈具功率因數不一樣，其計算容量相差較大。隧道照明負

12、荷計算應考慮其因素。光源類別costan白織燈鹵鎢燈1.000.00電感式熒光燈 0.501.73電子式熒光燈0.950.980.330.20高壓汞燈0.400.552.291.52高壓鈉燈0.400.502.291.73金屬鹵化物燈0.400.552.291.52霓虹燈0.400.502.291.736隧道變電站設計61隧道變電站型式及供電電源1）箱式變電站。適合600m以下隧道。宜采用單回路高壓專線電源EPS 備用電源的供電。2）隧道口外房建式變電站。適合700m4000m隧道,1300m以下在隧道口外一端建一處房建式變電站，1300m以上在隧道口外兩端各建一處房建式變電站。宜采用單回路高

13、壓專線電源柴油發電機組 UPS 或EPS備用電源的供電。3）隧道內橫洞式變電站。適合4000m以上特長隧道。應設置雙回路高壓專線電源供電+EPS備用電源的供電。4）隧道內埋地式變電站。適合4000m以上特長隧道。應設置雙回路高壓專線電源供電+EPS備用電源的供電。5）隧道內斜井式變電站。適合隧道內斜井大型軸流風機配電。應設置雙回路高壓專線電源供電+EPS備用電源的供電。62供配電方式1）集中式供電（放射式供電）:供電可靠性高，故障發生后影響范圍較小，切換操作方便，保護簡單，便于自動化，但配電線路和高壓開關柜數量較多。 2）分散式供電（樹干式供電）:配電線路和高壓開關柜數量少，但故障影響范圍較大

14、，供電可靠性較差。63隧道變電站位置選擇1）接近負荷中心或大容量設備處。隧道工程主要特點是射流風機和軸流風機集中處負荷大,照明負荷分散,而且容量小。變電站位置應靠近射流風機和軸流風機集中處。2）方便高低壓進出線3）方便設備運輸及搬運。4）不應設置在地勢低洼和可能積水的場所。5）應避開建筑物的沉降縫、伸縮縫等位置。6）不宜與有防電磁干擾要求的設備及機房貼鄰或正上下方。7）遠離多塵或污染環境。6. 4 高壓系統繼電保護和變電站綜合自動化繼電保護和自動裝置的設計應以合理的運行方式和可能的故障類型為依據，應設有主保護、后備保護和設備異常運行保護裝置，并應滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性四項基本要求。

15、1）變壓器保護：小于400kVA變壓器，宜采用負荷開關容斷器保護， 400kVA800kVA變壓器宜采用負荷開關容斷器或斷路器保護，1000kVA及至1600kVA的變壓器宜采用斷路器保護。 由斷路器保護的變壓器宜配置以下繼電保護裝置：(見原理圖) a.帶時限的過電流保護; b. 電流速斷保護; c.低壓側單相接地保護； d.干式變壓器溫度保護。2）6-10kV線路保護 a.帶時限的過電流保護; b.電流速斷保護; c.低壓側單相接地保護；3）操作電源：正常運行時應保證斷路器的合閘跳閘；電網故障斷電時，應能保證繼電保護系統可靠工作和應急照明用電。 a.交流操作系統：一般出線回路少于6路，變壓器

16、總容量不大于4000kVA的中小型變電站，操作電源可采用交流操作。交流操作電源可由變壓器或電壓互感器供電，也可由EPS供電。 b. 直流操作系統：一般大型變電站采用。由特配的直流電源屏供電。其容量應能保證操作機構分合閘動作，各開關柜信號和繼電器等可靠工作。無人變電站供電持續時間不小2小時。4）變電站綜合自動化系統：是目前先進的工業計算機控制技術在電力供配電系統中的成功運用，它完全代替了落后的繼電器技術，是實現變電站無人值班的最合理可靠途徑。a.系統主要特點和組成：系統具有高可靠性、靈活性、可擴展性以及系統構成和維護的簡易性。系統響應快速，通用性強，可操作性強，抗干擾能力強。大屏幕液晶顯示，中文

17、操作菜單，簡便直觀。具有完善的自檢自校功能，模塊化結構，維護檢修快捷方便。系統由單元監控裝置，通訊管理機和綜合自控中心組成。b. 單元監控裝置：是儀表式箱體結構，將保護、測控、擴展繼電器集于一體，節省大量二次配線，縮小了安裝空間。其功能如下： 對線路、變壓器、電動機、電容器、分段開關等有保護功能； 能滿足電流、電壓、功率、頻率、功率因數等電量的測信功能； 對各種斷路器的合閘、跳閘有控制功能及開關位置指示功能； 有標準的以太網/RS485通信接口，滿足遙測遙控功能。 c. 通訊管理機:每座變電站裝一臺通訊管理機，集合若干個分散的單元監控裝置的信號，通過光纖中轉送至綜合自控中心。 d. 綜合自控中

18、心:也稱管理層，負責系統的信號處理和后臺監控管理、操作、維護等功能。是正個自動化系統的監控平臺和人機對話的窗口，主要完成各種畫面監視，圖形曲線調用、控制命令的下達，各種報表、數據庫的生成，管理、打印、事故報警、維護、故障診斷等功能。6 . 5 柴油發電機系統設計 1） 柴油發電機組的用途：在公路隧道供電作為備用和應急使用： 柴油發電機組平時處于停機等待狀態，只有當主用電源全部故障斷電后，應急柴油發電機組才起動運行供給緊急用電負荷，當主用電源恢復正常后，隨即切換停機。 2） 隧道供電作為備用時，一般只設置 1 臺應急柴油發電機組，在主用電源，沒有高壓專線電源時，主用電源的可靠性不高的情況下，可考

19、慮選用 2 臺機組并聯進行供電。3） 柴油發電機組設置負荷：公路隧道供電主要考慮隧道基本中（含應急）照明、消防設施、UPS 電源、監控設備、防災風機供電的等負菏。柴油發電機組負荷。4） 柴油發電機組的控制：應急發電機組的控制應具有快速自起動及自動投入裝置。當主用電源故障斷電后，應急機組應能快速自起動并恢復供電。一般大、中型柴油機還需要預潤滑及暖機過程，使緊急加載附的機油壓力、機油溫度、冷卻水溫度符合產品技術條件的規定；預潤滑及暖機過程可以根據不同情況預先進行。5）應考慮不同容量柴油發電機組的進排風口位置和孔洞大小。還應考慮柴油機冬季加熱防凍的電源問題。公路隧道供電中多選用智能型柴油發電機機組，

20、自動化程度比較高，集成性好的可減少設備的維護量。6.5 不間斷電源系統設計1）不間斷電源系統的分類： UPS 電源、EPS 電源同稱為不間斷電源系統。 2） 不間斷電源系統的工作方式：從功能上來說，不間斷電源在市電出現異常時，有效地凈化電源；還可以在市電突然中斷時持續一定時間給設備供電，使你能有充裕的時間應付暫時的斷電。不間斷電源按工作原理分成后備式、在線式與在線互動式三大類。后備式不間斷電源工作要有一定的專換時間，才能投入使用（專換時間 10ms 左右）；在隧道供電中多用，在線式不間斷電源工作方式在斷電時可自動的投入使用（專換時間小干 4 ms），能確保用電設備的正常工作。 3） 不間斷電源

21、公路隧道供電系統的設置：隧道供電用 UPS 電源、 EPS 電源采用集中式供電配備方式。用一兩臺較大功率的UPS、 EPS 負載所有設備；配合供電系統低壓開關一起工作。4）UPS 、 EPS電源供電時間的選擇： UPS 、EPS的供電時間是由儲能裝置決定的，現在的UPS 、EPS一般都用全密封的免維護鉛酸蓄電他作為儲能裝置，電池容量的大小由“安時數（AH )”這個指標反映，其含義是按規定的電流進行放電的時間。相同電壓的電池，安時數大的容量大；相同安時數的電池，電壓高的容量大，通常以電壓和安時數共同表示電池的容量，如： 12V / 7 AH、 12V / 65AH 、 12V / 100AH 。

22、5）UPS、EPS 電源使用范圍：隧道（應急）照明、消防設施、監控設備、隧道管理站的隨道監控中心的負荷供電。 66變電所消防要求 1）變電所消防特點：變電所配電裝置室的耐火等級，不應低于二級。變電所配電裝置室應設防火門，并應向外開啟。變電所柴油機室是消防的重點，要設置泡沫滅火器。2）變電所火災報譽系統： a. 報警系統的各組成：火災探溯器是組成火災自動報警系統的重要組件，是系統的感覺器官，其作用是監視被保護區域有無火災發生。若發現火情，可將火災的特征物理量，如溫度、煙霧、氣體和輻射光等轉換成電信號，并立即動作，向火災報警控制器發送報警信號?；馂奶綔y器根據探溯火災參數的不同，可劃分為感煙、感溫、

23、感光。點型火災探溯器的探測區域內的每個房間至少應設一只探側器。探側器的保護面積為60平方米，保護半3。6m。b. 手動火災報警按鈕在每個防火分區至少應設置一只。從一個防火分區的任何位置到最鄰近的一個火災報警按鈕的步行距離不應大于 30 米。手動火災報警按鈕宣設置在公效活動場所的出入口處，按鈕應設置在明顯的和便于操作的部位，安裝在墻上時其底邊距地高度宜為 1.31.5 米，且應有明顯的標志。 c. 火災報警控制器是火災自動報警系統的重要組成部分，火災報警控制器擔負著為火災報警提供穩定的工作電源：監視探測器及系統自身的工作狀態；接受、轉換、處理火災探測器輸出的報警信號；進行聲光報菩；并顯示報警的具

24、體部位及時間。d.火災控制的任務：主變壓器室、配電裝置室、電容器室等重要場所均應設置配套的離子感煙、定溫報警探側器，當變電所內有火災發生或有煙氣散發時，火災報警主機發出報警聲光信號井顯示火災地點或聯動啟閉消防設備和通風設施。系統通過接點及數字通信接口接入變電站綜合自動化監控系統，并遙信控制中心報警。這就是自動報警系統的工作過程，從中可見其在整個消防系統中的重要性6.7 隧道供電常用配電設備：l ）電源變壓器：隧道供電常用變壓器有：油式變壓器和干式變壓器等。油式變壓器造價低、維護量大、防火性能差、受環境自然條件的限制多等缺點使用的越來越少。近幾年干式變壓器發展較快，性價比好。在隧道供電工程中常常

25、選用，這里重點介紹干式變壓器。 干式變壓器在世界范圍內得到迅速的發展。近幾年來，隨著我國現代化建設的發展，城鄉電網負荷不斷增加，干式變壓器在我國得以廣泛的應用。它主要采月了環氧樹脂真空澆注干式變壓器制造技術，防火防潮，過載能力強，可靠性能大大提高，減少變壓器受環境自然條件影響等。 2） KYN28A-12（GZS1）型戶內金屬鎧裝高壓開關設備，系3.612千伏三相交流50Hz單母線及單母線系統的成套配電裝置。是工程項目固定配受電，送電及大型高壓電動機啟動等，實行控制保護、監測之用，開關柜滿足IEC298 、GB3906 等標準要求，具有防止帶負荷推拉斷路器手車、防治誤分、合斷路器、防止接地開關處在閉合位置時關合斷路器，防止誤入帶電隔室，防止在帶電時誤合接地開關的連鎖五防功能。既可配 ZN63A（VS1）型真空斷路器，也可配ABB公司VD4型真空斷路器，實為一種性能優越的配電裝置。 3）低壓配電柜:目前有代表性常用的兩種型式. a. 固定結構,大空間分隔的GGD型。主體分為儀表室和主控室，結構簡單，操作維護簡單。價格便宜。是隧道工程用的較多的設備。 b.抽屜式配電柜：功能單元采用插入式結構，組合靈活，檢修維護方便。價格較貴。后面以云山特長隧道為例,講隧道供配電系統和火災自動報警系統設計。