隧道供配电设计方案

张玲霞

（中铁第六勘察设计院集团有限公司 天津市 300308）

1 隧道主要用电负荷分布情况

隧道用电负荷中，隧道通风系统、给排水系统占有很大比重，且单台设备功率一般比较大，其次是隧道照明、隧道监控系统等。

隧道通风系统方案与土建方案息息相关，隧道长度不同、实际条件不同，隧道通风系统的方案也不同。当采用全纵向通风方案时，通常会集中在隧道主线两端、匝道设置若干组射流风机，少数特长隧道在隧道中部也会设置射流风机；当采用重点排烟方案时还会设置风道和风机房，在风机房内设置轴流风机。如隧道为盾构隧道，通常会在行车道板下方间隔设置疏散口及疏散通道附近设置加压送风机及联动风阀。此外，隧道附属设备用房、管理楼会根据不同的建筑方案设计相应的通风空调及防排烟系统，形成相应的用电负荷。

隧道给排水和水消防系统方案也与隧道土建方案密切关联，通常在隧道主线、匝道洞口设置雨水泵（如为人字坡山岭隧道，一般不在洞口设置雨水泵房），在水下隧道最低点设置江（海）中泵房，在附属设备用房或管理楼设置水消防设备，另会根据附属设备用房是在地上还是在地下设置相应的给排水设备。

隧道照明一般沿着隧道设置若干个正常照明配电箱、应急照明配电箱或按现行新规设置应急照明集中电源。

隧道监控系统主要用电设备是UPS，UPS 一般集中设置在附属设备用房、管理楼，隧道供配电系统为UPS 提供电源。

以某海底盾构特长隧道为例，如图1 所示：

（1）主线东、西线出、入口均设置3 组射流风机，每组3 台；

（2）盾构段间隔设置电动排烟口，并按80m 间距设置一套加压送风机及配套风阀；

（3）南端主线洞口各设置了3 处雨水泵房，每处4 台泵，三用一备，必要时同时使用；A、B 匝道各设置了2 处雨水泵房，每处3 台泵，两用一备，必要时同时使用；

（4）盾构隧道东、西线最低点各设置一套海中泵房，每套均为3 个大泵、3 个小泵，均为两用一备，必要时同时使用；

（5）南岸盾构井、北岸盾构井、南岸风塔、管理楼均设置了大量通风系统、防排烟系统、给排水系统、水消防系统设备。

2 隧道供电方案

城市隧道变电所高压侧一般采用10kV 电源，主接线采用单母线分段接线方案偏多。低压侧一般采用400V，主接线通常采用单母线分段接线方案，正常时两段低压母线分别运行，母联断路器断开，当一路电源失电，母联断路器自动投入，由另一台变压器对全所负荷供电[1]。

2.1 变电所设置方案

在设计供配电方案时，应根据隧道的长度、负荷等级、负荷大小、负荷分布、地形地貌等情况，以全寿命周期内综合费用最低为原则，确定隧道配变电所的规模、形式及设置位置。

变电所设置的位置、数量在很大程度上取决于用电设备负荷的分布情况，通常：

（1）1km 及以下的隧道单端设置一座变配电所；

（2）1 ～1.5km 的隧道两端分别设置一座配变电所和一座户外箱式变电站，如户外没有条件时一般会考虑在隧道洞口（地下）设置变电所；

（3）1.5 ～3km 的隧道两端各设一座变配电所；

（4）3km 以上的长隧道视具体情况在洞口再增设若干个变配电所。

如图1 所示，某海底盾构特长隧道根据用电负荷分布情况，综合考虑，共设置了7 座变电所：在北岸盾构井、南岸管理楼各设置了1 座主变电所，在2 个主线雨水泵房附近各设置1 座跟随所，在2 座海中泵房附近各设置1 座跟随所，在南岸风塔设置了一座跟随所。

2.2 10kV外电引入方案

从城市电网引入10kV 电源至隧道配电所的常见方案有：

（1）10kV 单端2 路电源引入。在隧道某一端设置一座主变电所，另一端设置一座跟随所，从城市电网引入2 路10kV 电源，为隧道主变电所、跟随所提供电源。10kV 配电所通常采用单母线分段主接线方式，配电所的两路外部电源同时运行，母联断开，当任意一路电源失电时，母联断路器自动投入，由另一路10kV 电源对全所负荷供电。

（2）10kV 两端4 路电源引入。在隧道两端各设置一座主变电所，从城市电网各引入2 路10kV 电源，为隧道两端的主变电所提供电源。两端10kV 配电所通常采用单母线分段主接线方式，每座配电所的两路外部电源同时运行，母联断开，当任意一路电源失电时，母联断路器自动投入，由另一路10kV 电源对全所负荷供电。

表1：外电引入方案对比

（3）10kV 两端2 路电源引入。图2 为某海底盾构特长隧道采用方案，在隧道两端各设置一座主变电所，从隧道两端所在的城市电网各引入1 路10kV 电源，两座主变电所均设置联络柜，两者之间用10kV 联络电缆连接。两座主变电所均由供电部门提供一路独立的10kV 专线，两路电源同时运行。

2.3 方案对比

以上三种方案均有各自的优点、缺点，详见表1。

在实际工程设计之中，应综合考虑并选择最适合当前工程的方案。不管采用哪种方案，在外电引入时建议优先考虑外电引入永临结合，进一步降低建设成本，避免道路重复开挖。

3 隧道配电方案

隧道各用电设备采用何种配电方案，需先定性用电设备的负荷级别。配电隧道的用电负荷主要有：射流风机、轴流风机（若有）、消防泵、雨水泵（若有）、江（海）中废水泵（若有）、隧道监控系统设备、隧道火灾自动报警系统设备、隧道照明、附属设备用房通风空调及防烟排烟设备、附属设备用房给排水与水消防设备等。

3.1 隧道用电负荷级别划分

根据隧道各类用电设备的用途和重要性，电气负荷分为三级：

一级负荷：隧道基本照明（城市隧道）、应急照明、射流风机、加压送风机、排烟风机、雨水泵、废水泵、消防泵、高压细水雾、变电所自用电、隧道监控及通信等弱电系统、火灾自动报警及消防联动设施等。其中，应急照明、隧道监控及通信等弱电系统、火灾自动报警及消防联动设施等为特别重要负荷。

二级负荷：隧道基本照明（公路隧道）、隧道加强照明、敞口段道路照明、隧道附属用房及管理楼内的照明、除一级负荷外的其它通风风机及连锁风阀以及其它较重要的负荷等。

三级负荷：停电后不影响地下道路正常运行的负荷，包括空调设备、检修电源等。

3.2 隧道主要配电设计原则

一级负荷电源采用双电源供电，当一路电源发生故障时另一路电源不应同时受到损坏。与消防有关的一级负荷由引自0.4kV 低压开关柜两段母线的相互独立的电源至用电点附近经自动切换装置切换后供电，如隧道射流风机、消防水泵、雨水泵等。隧道基本照明采用两路电源交叉配电。一级负荷中特别重要的负荷，除由双重电源供电外增设蓄电池做应急电源，一般设置应急照明集中电源、不间断电源UPS 做应急电源。

二级负荷电源采用单电源供电，从0.4kV 低压开关柜任一段母线取一路电源，当其中一路电源失电时，由联络母线分段开关切换保证供电，必要时可切除。

三级负荷电源采用单电源供电，从0.4kV 低压开关柜任一段母线取一路电源，在一台变压器因故退出时可切断该负荷。

3.3 配电设计方案

隧道主要用电设备中动力设备较多，其主要包括分散设于隧道内的射流风机、设备用房风机、水泵、消防泵等设备。动力设备供电一般采用放射式和树干式结合的混合式供电网络。

对于射流风机、水泵等大容量用电设备，采用放射式供电，在大容量设备处设降压软启动装置，并设置旁路；对于隧道内用电容量较小，比较分散的用电设备，宜由附近10/0.4kV 变电所引出动力干线，采用树干式供电方式对各用电设备供电。

在设计时应计算线路电压损失，隧道内用电设备端子处电压偏差允许值宜按±5%验算。距隧道变配电所较远的电动机，当端电压低于额定值的95%时仍能保证电动机温升符合有关规定，且堵转转矩、最小及最大转矩均能满足传动要求时，电动机的端电压可低于额定值的95%，但不得低于额定值的90%。

当短路保护电器为断路器时，被保护线路末端的短路电流不应小于断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3 倍，当不能满足要求时需采取其它措施。

4 结束语

在隧道工程设计之中，机电系统设计至关重要，在机电系统总概算中，供配电与照明系统经济占比一般在50%左右，供配电设计方案的优与否直接影响到机电工程总造价。在做隧道工程设计时应根据项目实际情况，结合当地电网情况进行合理分析、方案对比，选择更优的供配电设计方案，有条件时外电引入宜采用永临结合。