综合管沟电气系统.doc

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电气系统是综合管沟一个十分重要的配套系统，它的完整性与先进性直接决定着综合管沟功能能否最大程度的有效的发挥。通过我们在广州大学城和佛山中心组团两个综合管沟工程的实际调研，并查阅大量的技术资料后认为，一个比较完整的综合管沟电气系统一办应当包含以下几个自系统：
1、 管沟内的照明系统；
2、 监控中心及自动监控系统；
3、 火灾自动报警及消防联动控制系统；
4、 管沟内的通讯系统。
一、 综合管沟内的照明系统：
关于光源：综合管沟是大型地下市政建筑物，要满足人员经常性出入、维护检修及电缆敷设、管道安装等工作的照明需要，所以应当设置有永久性的照明设施。因为综合管沟的断面尺寸相对不大（目前国内已建成的其高度一般为2.0～3.5米，宽度为3.0米～4.5米），经过比选各种照明光源，白炽灯、卤钨灯光效（流明/瓦）低（也就是不节能）、寿命低，荧光高压汞灯光效指标接近荧光灯，寿命高于荧光灯，但其灯具体积较大，启动稳定时间为4～8分钟，再启动时间为5～10分钟，一般适用于大型厂房、道路码头工地等，高压钠灯光效高，寿命长，但同样存在灯具体积达，启动和在启动时间偏长的缺点，使用场所同荧光高压汞灯，所以采用节能型荧光灯作为主照明光源应当是合理的选择，荧光灯光效适中，为25～67，启动稳定时间1～3秒，瞬时再启动，平均寿命1500小时。
关于荧光灯镇流器：一般来讲，荧光灯具可用电感式镇流器或电子式镇流器启动，电感式镇流器使用时限长，价格低，但由于电抗无功电流造成功率因数较低，约0.5左右，本身铜铁损耗，造成发光效率较低；荧光灯工频工作时产生大量的三次谐波分量，但该型镇流器寿命长，对于环境要求不高，似乎十分适合综合管沟这样较为恶劣的环境和很少开启照明（即便开启也是时间较短）的实际情况，而高性能电子式镇流器是产生高频电流的电子设备，荧光灯在高频下工作，无频闪，可以低压启动，发光效率高，功率因数可以提高到0.95以上，价格较高，寿命不如电抗式，但是从建设节能型社会的大前提处出发，从积极贯彻节能法规的角度出发，还是应当选择高性能电子式镇流器。
关于灯具防护等级：综合管沟埋于地下，沟内空气相对潮湿，管道阀门漏水、沟体变形缝及套管等处因施工处理不当而渗水、雨水侵入管沟等现象在所难免，在南方城市中尤为突出，因而照明灯具的防护等级是必需要考虑的，通过调研已有的使用经验，IP54应当是一个即经济又能满足使用要求的防护等级，IP5X是防尘，虽不能完全防止灰尘进入壳内，但进入的灰尘量不足以影响电气的正常运行，IPX4是防溅水，应能承受各方向的溅水而无有害影响。
关于照明电压：截至目前为止，综合管沟无相关设计规范，具体设计中只能参考各个现行规范中的相关部分。与综合管沟最相近的构筑物就是电缆隧道，关于电缆隧道的照明，在GB50217-94《电力工程电缆设计规范》第5.5节电缆“敷设于电缆沟筑物中”中没有明确要求电缆隧道应设照明，自然也就没有照明电压的要求。在GB50054-95《低压配电设计规范》第六节“电缆布线”第5.6.27条规定“电缆隧道内应设照明，其电压不应超过36V，当照明电压超过36V 时，应采取安全措施。”综合管沟的长度一般要远远超过电缆隧道，管沟内的控制分区（或称供电分区）根据目前的工程实践经验，一般都划分在200米左右，也就是说一只配电箱（柜）的供电半径要达到100米，36V供电电压是很难满足压降要求的。因此最可行的方式是采用380V/220V的供电电压，每只灯具设专用接地端子和接地线，避免间接电击伤害，保证人身安全。
关于应急照明和疏散指示标志：综合管沟内是经常有工作人员进出，或巡视或检修或施工，一旦照明系统电源出现故障或发生意外紧急情况，要保证所有人员及重要设备的安全撤离，因此应急照明系统和疏散指示标志是必需设置的。目前的工程实践，是采用自带后备电源的两用型应急荧光灯，在平时情况下，该灯作为正常照明使用，正常电源消失后，由后备电池供电。应急荧光灯与正常照明荧光灯等间距相间布置。后备电源应急荧光灯有电池寿命短，维护量加大的缺点，根据相关资料介绍，其平均寿命在1～2年，个别好的电池，寿命可达的三年以上，但价格很高，在目前为综合管沟的照明系统单独设置集中后备电源（如EPS系统）是十分不经济的，分散携带后备电池的应急荧光灯还应该是最佳选择。设置疏散指示标志分为两种，一种是安装在出入口处的安全出口标志灯，一种是安装在管沟中部疏散诱导指示灯。安全出口标志灯应在每一个出口处安装，一般采用吸顶安装方式，根据安装点的情况，选择双面或单面有字，疏散诱导指示灯则应根据两个出入口间的距离确定安装的数量。
关于照度标准：照度标准涉及节能问题。现行规范和手册上都找不到相关标准。我们认为，综合管沟内的照明，只需要满足给沟内巡视检修人员简单的视觉要求，看清沟内各种管线及设备的全貌，并对它们的基本状态有一个初步大致的判断就可以了。对于各种管线及设备的深入检查，则依靠巡检人员随身携带的手电筒或手提灯具，设备检修及安装则依靠36V安全电压供电的检修行灯提供照明。因此，可以参照建筑物内楼梯间及走道的照度标准，确定为15～20lX。
二、监控中心及自动监控（控制）系统：
一）监控中心及通讯网络：监控中心是综合管沟自动监控系统的核心，整个监控系统由检控中心、现场PLC控制站和通讯网络组成管理层、现场控制层和设备层的三级计算机分布式控制系统，对综合管沟进行集中管理监控。佛山中心内组团综合管沟工程的监控中心设有一套管理计算机、互为冗余的两套监控计算机、打印机、UPS电源系统、大屏幕显示设备及工业级以太网交换机等设备。在综合管沟内，每两个防火分区设置一个现场PLC控制站，PLC控制站通过电缆直接连接现场设备、检测仪表，对仪表信号和现场设备的状态信号、电量信号进行采集，并实时控制。每五至七个现场PLC控制站设置一台以太网交换机，通过多模光纤组成二级以太环网。各二级以太环网交换机再通过单模光纤与设置在控制中心的以太网交换机组成一级以太环网。
二）管沟内含氧量、温度和湿度的监测
综合管沟埋于地下，人员活动和微生物的存在都会造成沟内废气沉积，含氧量下降。因此，为保证沟内工作人员的身体健康和生命安全，体现以人为本的管理理念，管沟内含氧量的监测是十分必要的。管沟内敷设有大量的电力电缆，电缆在工作过程中会产生热量。有些综合管沟中还敷设有供热管道或热水管道，虽然这些管道都有保温隔热措施，还是会有热量的辐射。这些因素都会导致管沟内环境温度的升高，如不加以监测控制，将会是电力电缆安全运行的严重隐患。如果管沟内湿度过高，将会对电气电子设备的工作产生不利的影响，进而导致设备事故的发生，因此，设置湿度监测也是十分必要的。已有的工程实践已取得了良好的效果。综合管沟深埋在地下，已建成的工程运行时间尚短，在综合管沟内除了人员活动和微生物产生有害废气导致含氧量降低以外，还会不会产生其他有毒有害气体，如果产生了这些气体能否通过含氧量值反映出来？是否还应该增加相应的监测系统？带着问题我们也在网上查阅了一些资料，但因为这是一个新生事物，能找到的资料十分有限。这是我们这次调研没有解决的问题。
三）安保系统：
综合管沟是地下大型市政构筑物，担负着沿线数平方公里水、电、通讯的输送任务，且分布面积广大，长度延绵数公里，平时无人值守，仅有人员日常巡视维护，一旦管沟内的设备遭到人为破坏，其后果可能不仅仅是遭到破旧坏的电缆、管线运行受到影响，严重的还可能影响到整段管沟的正常运行。因此，设置安保监控系统是十分必要的，尤其在一些十分重要的管沟段。广州大学城和佛山中心组团的综合管沟工程都是在每个出入口处设置了红外线对射探测报警装置，一旦有未经许可得进入，探测装置就会发出信号，信号经由设置在该防火分区的现场PLC控制站送至监控中心，通过监控计算机显示器和大屏幕液晶电视画面显示出被入侵的区段的，并产生相应得声光报警信号。
四）电视监控系统：
设置电视监控系统可以更加清晰直观的掌握综合管沟内各个部分的实时状态，因为管沟内绝大部分地段是没有自然采光的，在没有人进入时也是无灯光照明的，因此就需要摄像机配备红外线摄像头。如果想看清整个管沟的全貌，配置的摄像机数目将十分庞大，设备的一次性投资和日常维护费用也会大幅度提高。因此在设置了自动监控系统、火灾自动报警系统和安保系统后，再做监视全管沟的电视监控系统是没有意义的。广州大学城和佛山中心组团综合管沟的工程实践是在主出入口、主变电所和几个参观段设置了监控摄像机，通过电视画面实时监控这几个重点部位。
五）主要设备的监控（自动控制）
综合管沟内的设备主要是通风机和排水泵。
1、由于综合管沟的长度的长度都在几公里以上，有的更是多大二十几公里，因此采用自然通风方式是不可能达到满意的通风效果的。因此机械通风就成为必然的选择。已有的工程实践多采用的是“自然进风、机械强排”的通风方式，而且是分区段（以防火分区划分区段）相互独立的通风。这样的通风方式与GB50217-94《电力工程电缆设计规范》第5.5.9条对电缆隧道的通风要求是一致的。通风机的起/停受到以下几个参数的控制：
1）通风区段内的含氧量。当某个通风区的含氧量过低（含氧量信号取自氧气检测仪表），低于设定的标准值（该值应当由相关专业提出具体要求）的时候，通风机接到现场PLC控制站发出的控制指令启动，在含氧量恢复到正常值之后，再自动停止。
2）通风区段内的温度、湿度。当某个通风区的温度或湿度过高（温度信号取自温湿度检测仪表）时，通风机接到现场PLC控制站发出的控制指令后启动，在温度或湿度恢复到正常值之后，再自动停止。对于电缆，其载流量与敷设地点的环境温度有着密切的关系，设计手册中列出的电缆空气中敷设的载流量是以环境温度为+30℃为基准的，电缆的载流量与敷设地的环境温度成反比关系，以最常用的1-10kV聚氯乙烯绝缘电力电缆（其线芯允许长期工作温度为+70℃）在空气中敷设为例，当环境温度达到+40℃时，载流量比标准时（环境温度为+30℃时）减少13%，而当环境温度达到40℃时，载流量将减少21%，空气湿度对电缆的敷设及使用没有直接的影响。对于电气设备，国家规定：对用于户内的低压电气设备相对湿度在最高温度为+40℃是不超过50%，在较低温度时允许有较高的相对湿度。从电缆的安全运行、经济合理运行及管沟内各种电气电子设备的正常运行出发，控制通风机启动的上限温度定为40℃应该是比较合理的。在PLC 编程时，应将温度和湿度两个指标按照“与”和“或”的关系综合考虑，确定出几个启动风机的条件组合。
3）火灾信号。GB50217-94《电力工程电缆设计规范》第5.5.9条还规定“……机械通风装置应在一旦出现火灾时可靠地自动关闭。”因此，来自于火灾自动报警系统的火灾信号对于通风机的启/停拥有最优先控制权。
此外，通风机的控制在非火灾情况下，除可由含氧量、温度、湿度信号随机控制外，还可根据实际运行经验，设定为定时自动通风方式。
2）排水泵的控制。前面已经说过，综合管沟内由于渗漏、雨水侵袭会产生一定量的积水，沟内管道维修也会造成管沟内积水，如果发生爆管事故就更不用说了，因此管沟内必须要设置排水泵这样的设备。管沟是无人值守的，各处积水量的多少是随机的，因此排水泵应当采用自动起/停方式。水位开关可以简单方便的实现这一要求。水位开关直接控制排水泵的起/停，现场PLC控制站监控水泵的运行和故障状态，并上传至监控中心。
三、火灾自动报警及消防联动控制系统；
综合管沟内容纳着数量众多的10kV、35kV乃至110kV电压等级的电力电缆，而电缆故障又是引起火灾的主要原因，因此电缆的防火就成为保证综合管沟安全运行的重中之重。
传统的点式感烟探测器、点式感温探测器及缆式感温探测器由于存在着以下几个缺点而不适用于综合管沟全程的火灾自动报警。
1）点式检测很难做到一点代线大范围的温度检测，检测死区范围大，所需探测器不仅数量多、投资大，而且故障率高，维护成本高，缆式感温探测器无论是定温、差温或差定温，根据产品型号，一般只能选择一个固定的报警温度或固定的升温速率，无法根据环境的不同进行修正，定位精度差；
2）不能做到事故前的预报，只有当事故出现后才能产生报警信号，因此不能将事故消除在萌芽状态；
3）事故前没有数据记录，不利于作出事故原因分析，较难判断火灾事故的产生部位和着火点；
目前，国内综合管沟的全程火灾自动报警系统中采用了一种分布式光纤温度监测装置来替代前面所提到的传统探测器。分布式光纤温度监测装置的硬件组成包括两部分：一是光纤感温探测器，简称感温光纤，二是光纤感温探测器终端机，也称光纤测温主机。其测温控制原理是：利用激光在光纤中传输能够产生背向散射。在通过测温主机向光纤中注入一定能量和宽度的激光脉冲，激光脉冲在光纤中传输的同时不断产生背向散射光波，这些背向散射光波的状态受到所在光纤散射点的温度影响而有所改变，将散射回来的光波再传输回测温主机，经波长甄别模块分离成斯托克斯光和反斯托克斯光，再经放大、光电转换、解调后，送入信号处理系统，温度信号便实时显示出来，再由光纤中光波的传输速度和背向光回波时间对这些温度信息值定位，就可以得到预先设定的每一单位长度范围内的温度值。
分布式光纤测温系统分为三层：
1） 测温主机层：通过敢温光纤监测本区域的温度数据；
2） 计算机管理层：实时显示本区域的温度数据，并提供本区域数据的保存、查询、打印和报警功能；
3） 与火灾自动报警控制器的接口层：实现光纤测温主机与消防报警控制器的联动。
按照上述方式构建的综合管沟的火灾自动报警系统，本次调研没有见到投入使用的成功案例。
四、电话系统：
为了便于综合管沟的管理、维护、检修以及异常情况的报警时的通讯联络，管沟内应配备独立的双工电话系统，只需在一定的位置装设电话插孔即可，由入沟检修人员自行携带便携式电话机，需要通话时，将话机插入即可。

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