隧道供配电系统设计(课件)

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的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。不同的隧道，其供配电系统的设计规模、设计内容不尽相同，应根据拟建项目的实际情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。应符合国家现行的有关标准和规范的规定。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，以近期为主。应采用符合国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气设备产品。2.隧道负荷分级及供电要求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应急照明一级特别重要负荷2火灾报警一级特别重要负荷3机电监控一级特别重要负荷4电光标志一级特别重要负荷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隧道是公路交通的要道，隧道的应急照明中断供电，隧道内突然漆黑一片，容易出现车辆追尾、碰撞等重大交通事故，造成人员伤亡和交通阻塞。隧道的交通监控设施、电光标志、通风及照明控制设施、紧急呼叫设施、火灾的检侧、报警、控制设施及中央控制设施中断供电，监控中心无法了解隧道的运行状况，对经过隧道的车辆难以及时进行引导、指示、控制，将造成交通堵塞。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具体位置，难以合理地调度人力、物力进行施救，将扩大事故的发生面，造成更严重的政治影响和经济损失。所以，上迷隧道电力负荷列为一级负荷中特别重要的负荷。其中，交通监控设施包括车辆分辨器、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，将造成更多的生命、财产损失，因此消防水泵列为一级负荷。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要求布设的照明灯组成的照明系统。基本照明是维护隧道正常运行的主要设施。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。满足排烟需要的隧道风机，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的作用，对争取救灾时间及保证人员安全撤离意义重大。所以该部分风机列为一级负荷。除作为一级负荷以外的其它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。所以该部分射流风机列为二级负荷。2.2隧道供电要求1)隧道一级负苟的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，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。一级负荷容量不大时应优先采用从邻近的电力系统取得第二低压电源，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特别重要负荷，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，并严禁将其它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，应采用两根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受100％的二级负菏。3.电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标准设计图集(04DX101-1)电压线路型式输送功率输送距离0.38kV架空线100kW以下0.25km以下0.38kV电缆线175kW以下0.35km以下6kV架空线2000kW以下5~10km6kV电缆线3000kW以下8km以下10kV架空线3000kW以下8~15km10kV电缆线5000kW以下10km以下35kV架空线2000~10000kW20~50km110kV架空线10000~50000kW200~300km一般隧道常用配电电压10/0.38kV线路，特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10/6kV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，降低电能损耗，节约有色金属，减少电压损失，满足供电质量要求。3．3配电系统应简单可靠，尽量减少配电级数，同一用户内，高压配电不宜多于2级，低压一、二负荷配电不宜多于3级，三级负荷不宜多于4级。（一般都多，特别是低压配电系统，应考虑在低压总进线母排下各分工程回路的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，不按保护开关的上下级个数《保护级数》作为配电级数，而是按一个回路通过配电装置分配为几个回路的一次分配称作一级配电。对于一个配电装置而言，总进线开关与馈出分开关合起来为一级配电，不因为它的进线开关采用断路器或隔离开关而改变它的配电级数）。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全部一、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情况下，宜不小于下列限制要求：室内照明：±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%据以上要求，对配电线路不但载流量应满足用电终端负荷要求，而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要求。近距离小负荷一般选用线路载流量就可满足要求，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，看是否满足其要求。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大于保护装置的整定电流：IB≤In≤IZ，I2≤1.45IZ（JGJ16-20087.6.5）IB—线路计算电流In—熔断器额定电流或断路器整定电流IZ—导体允许持续载流量I2—保护电器在约定时间内的可靠动作电流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照明负荷小于40A时，可采用220V单相供电，大于40A时，宜采用380/220V三相供电。照明系统中的每一单相分支回路电流不宜超过16A，光源数量不宜超过25个，大型建筑组合灯具每一单相分支回路电流不宜超过25A，光源数量不宜超过60个（LED光源出外）。每一单相分支回路插座数量不宜超过10个，用于计算机电源插座数量不宜超过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补偿，补偿后的功率因数不应低于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（不同时使用的负荷除外），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的负荷容量。它是配电系统正常电源、备用电源、无功补偿容量的依据。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算各回路容量和工程总容量外，还应分别计算特别重要负荷和一、二、三各级负荷容量。3）计算电流：是计算负荷在额定电压下的正常工作电流。它是选择导体、电器、计算电压偏差、工率损耗等的依据。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）照明的设备容量应是光源加附属设备之和。4）组成用电设备总容量不包含备用设备容量。5）消防设备和火灾切除设备容量比较，大者计入总容量。6）不同时使用的季节性负荷（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）用电设备同时使用系数的确定。9）电感式灯具和电子式灯具功率因数不一样，其计算容量相差较大。隧道照明负荷计算应考虑其因素。光源类别cosφtanφ白织灯卤钨灯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以下隧道。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700m~4000m隧道,1300m以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备用电源的供电。3）隧道内横洞式变电站。适合4000m以上特长隧道。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以上特长隧道。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，切换操作方便，保护简单，便于自动化，但配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）接近负荷中心或大容量设备处。隧道工程主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,而且容量小。变电站位置应靠近射流风机和轴流风机集中处。2）方便高低压进出线3）方便设备运输及搬运。4）不应设置在地势低洼和可能积水的场所。5）应避开建筑物的沉降缝、伸缩缝等位置。6）不宜与有防电磁干扰要求的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可能的故障类型为依据，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、灵敏性和速动性四项基本要求。1）变压器保护：小于400kVA变压器，宜采用负荷开关容断器保护，400kVA~800kVA变压器宜采用负荷开关容断器或断路器保护，1000kVA及至1600kVA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以下继电保护装置：(见原理图)a.带时限的过电流保护;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）6-10kV线路保护a.带时限的过电流保护;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的合闸跳闸；电网故障断电时，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，它完全代替了落后的继电器技术，是实现变电站无人值班的最合理可靠途径。a.系统主要特点和组成：系统具有高可靠性、灵活性、可扩展性以及系统构成和维护的简易性。系统响应快速，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，模块化结构，维护检修快捷方便。系统由单元监控装置，通讯管理机和综合自控中心组成。b.单元监控装置：是仪表式箱体结构，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；对各种断路器的合闸、跳闸有控制功能及开