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智能配电系统在城市地下综合管廊中的应用

发表时间：2020/11/30 来源：《基层建设》2020年第22期作者：王鑫源

[导读] 摘要：城市地下综合管廊可以有效解决城市地下管网敷设困难、开挖协调量大、管理困难等问题，而综合管廊的建设在国内尚处于初步阶段，近两年也对综合管廊的投资逐步加大，目前无论是设计方、或是投资方、施工方等，对综合管廊的侧重点主要是建设阶段，而运维阶段的管理尚未真正发展起来，如运维阶段费用管理、设备故障排除维护等，根据对管廊运维阶段各类费用的整理，设备日常运行电力消耗占比较大，如果可以制定出符合管廊运维要求

        中铁十七局集团电气化工程有限公司南京管廊项目
        摘要：城市地下综合管廊可以有效解决城市地下管网敷设困难、开挖协调量大、管理困难等问题，而综合管廊的建设在国内尚处于初步阶段，近两年也对综合管廊的投资逐步加大，目前无论是设计方、或是投资方、施工方等，对综合管廊的侧重点主要是建设阶段，而运维阶段的管理尚未真正发展起来，如运维阶段费用管理、设备故障排除维护等，根据对管廊运维阶段各类费用的整理，设备日常运行电力消耗占比较大，如果可以制定出符合管廊运维要求的智能配电系统，将大幅降低管廊运维阶段费用，本文拟从智能配电的角度，对管廊实施智能配电的必要性和实施方案进行论述比较。
        关键词：综合管廊；运维；智能配电
        引言
        城市地下综合管廊是未来城市建设地下管线排布的发展趋向，随着旧城改造、扩大新城的时代进程，地下综合管廊的建设里程将大幅增加，而大幅增加后伴随的管廊运维费用也是投资方最关注的，如何能在不影响运维安全和运维质量的前提下，降低运维阶段费用、提高设备检修维护效率，也是目前乃至以后的研究重点，电力消耗作为管廊运维阶段占比较大的投资，研究意义尤为重要，而且电气设备的运行时间较长，设备故障率相对较高，如果可以做到智能预判、智能分析，将大大提高设备检修效率，降低甚至避免设备故障导致的经济损失，对实现综合管廊运维费用的降低，保障管廊内环境、设备、运维人员安全提供强有力的管理和保障手段。
        1 课题研究的背景与意义
        南京市江北新区作为国家级新区，江北新区的城建配套项目，包含了地下空间、交通提升、生态环境、能源保障、服贸载体等十大工程。仅仅地下空间的建设，就将投入130亿。同时通过不断打磨设计，江北新区的地下管网，不但会像欧洲城市管网那样，是一个庞大的地下迷宫，而且不少沿江的低洼地带，会被整体抬升成为一个地下可以行车的“地下城”。江北新区二期管廊的顺利建成将大大提高江北新区城市形象，增加城市生活的便捷。
        南京江北新区一期综合管廊，南至滨江岸线，东至七里河，北至迎江路，西至商务东街。路段包含：规划支路六、规划支路三、兴城路、丰字河路、广西梗大街、临江路、胜利路共7条道路，长度合计约9km。（其中临江路约2km，结构为双舱，其他路段均为单舱），入廊管线包含电力、通信、给水管道、空调管道，目前已入廊10KV电力电缆、给水管道、空调管道。升级改造工程施工范围为增加火灾报警系统、通讯系统、消防系统等。
        南京市江北新区综合管廊二期工程位于江北新区核心区及周边，南至绿水湾路，东至横江大道，北至珍珠南路，西至广西埂大街。路段包含：康华路、商务西街、横江大道、浦滨路、绿水湾路、浦辉路、广西埂大街、广西埂大街北段、浦滨路北段、浦滨路示范段、兴隆路、万寿路、珍珠南路、七里河大街等共计16条路段，长度23.069km。设备安装专业包含管廊全线电气照明专业、自控专业、通风专业、排水及消防专业。入廊管线包括110kV电力、220kV电力、10kV电力、通信、空调管、真空垃圾管、燃气管等。
        2 城市综合管廊智能配电系统基本情况及理念
        世界经济正在经历着前所未有的变革，不断挑战着基础设施的运行连续性。所有的业务无不依赖于电力以及100%的供电连续性。智能城市、智能电网、智能楼宇、智能工业.世界正在向一个更加互联互通、电气化、数字化、低碳化和分散化的未来发展。配电领域正悄然面临着更加严峻的供电连续性要求。在现今的数字化经济大潮下，传统的供配电设施需要加速进化。
        智能配电系统是结合控制技术、云计算和大数据分析与服务等。将配电系统中的智能设备互联互通，实现主动性高效维护，保障设备运行更加安全、可靠，全方位改善配电系统，针对不同的用电场所提供针对性的解决方案。
        3 综合管廊智能配电功能需求性分析
        （1）廊内设备数量多，管廊管理单位及入廊管线单位运维频率较高，用电管理难度大，电力能源有损耗：
        综合管廊运维阶段用电量主要集中在灯具、风机、水泵、摄像机、传感器等设备，以南京江北新区管廊为例，每年廊内设备正常运行情况下用电量大约需要560万元，但实际中不可避免地存在部分灯具未及时关闭，风机水泵设备运行效率较低等问题，用电量还会上升，造成成本浪费。
        （2）廊内用电设备启动频率不一，弱电设备、感性原件及容性元件数量多，如果电能质量管理混乱，将造成设备老化加速，甚至直接造成设备损坏，相应的设备维护修复成本上升。
        （3）设备发生故障后，不能根据设备运行轨迹排查设备故障原因，并且无法分析设备易耗件，对易耗件进行备货不及时，造成设备维护时间较长，影响管廊运维安全性。
        为降低设备用电、维护等成本，保障管廊廊体、设备和管线的安全运行，根据管廊设备用电特点，制定相应智能配电方案，并满足以下功能：能源效率管理、电能质量管理、电气资产管理、运行维护管理等。
        具体功能需求：
        （1）能源效率管理：通过能源规划、审计，能耗对标实现能耗深度分析、能源效率提升等。
        （2）电能质量管理：通过电能质量监视分析、谐波分析系统诊断实现电网实时监测、扰动分析判断等。
        （3）电气资产管理：通过多维度查询及资产报告，借助后台运维软件，实现电气资产配置信息显示、断路器老化评估分析等。
        （4）运行维护管理：通过系统保护选择性分析、运行温度实时监控、保护定值按需优化、人、事、物关联的智能巡检，实现运行维护阶段快速故障诊断及恢复指导。
        4综合管廊智能配电系统架构

                     图1智能配电系统网路拓扑图
        （1）廊内照明设施：按照目前相关设计规范，管廊照明灯具分为两类：三分之一为应急照明灯具，三分之二为正常照明灯具，其中，应急照明灯具常亮，正常照明灯具按需打开。
        管廊日常维护工作，既有管廊管理单位定期进入维护，同时入廊管线单位也会不定期进入巡检及维护，虽然可以在管廊维护制度上进行约束，要求运行维护后及时关闭正常照明灯具，但实际实施过程中，不可避免地会出现“长明灯”现象，按照目前江北新区一期和二期管廊总长度超过30公里，并且断面形式以3舱居多，日常巡检工作量较大，很难照顾到灯具未关闭现象，造成成本浪费。
        为解决此类事件发生，管廊增加智能照明系统，可实现在监控中心及廊内两级控制，并在照明主回路中，加入智能配电系统，及时对耗电量较大回路进行报警，运维人员可远程及时对相应分区内灯具进行关闭，节约照明能耗。
        （2）风机、水泵等设施：管廊日常运行中，风机、水泵是用电量“大户”，尤其是风机，除了受环境监控系统控制其通风外，其本体也会按照设定频率启动，待机状态下也会有能源消耗，可在风机、水泵控制箱主回路微断上加入电动操作机构，使用断路器通信方案，实现电能监测及远程开、合控制。
        （3）低压开关柜监测：各个低压出线柜的主回路A、B、C三相电压、电流、有功功率、频率等模拟量信号和开关分合状态、故障报警等开关量信号，实时监测馈线运行工况等。可实现远程控制微型断路器的分合闸，从而实现对电力系统遥控、遥信、遥测等功能。
        （4）箱变监测：对箱变A、B、C三相电压、电流有功功率、频率模拟量信号进行监测上传分析。
        （5）运维后台分析：根据现场智能配电系统硬件设施，制定后台运维软件，对所有数据进行归纳整理，以便运维人员可以直观查看分析结果，准确决策，减轻运维人员工作负担，提高运维效率。
        5 结语
        随着国家经济的快速发展，人民生活水平及要求日益提高，城市基础设施建设规模逐步加大，“新基建”理念的提出和发展，智能配电系统可作为管廊建设领域中节约运维管理成本，减少甚至避免设备故障的有力保障措施，可以成为未来管廊建设的发展方向，乃至于在其他基建领域，也可以根据建筑物特点及管理需求，合理规划设计方案，为其运维管理起到积极作用。
        参考文献：
        [1]《城市综合管廊工程技术规范》GB 50838-2015
        [2]《建筑电气工程施工质量验收规范》GB 50303-2015
        [3]《数据中心设计规范》GB50174-2017