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摘要：随着交通事业的蓬勃发展，城市经济发展对交通的需求在日益提升，城市交通建设及改扩建工程不断增多，在城市各种使用功能的隧道工程正在被越来越多的实施。电气设计的合理与否关系到行车安全及经济效益，因此，电气设计的科学性、合理性、经济性具有重要意义。本文根据工程实例，对城市隧道供配电设计进行分析。
关键词：城市隧道；电气设计；供配电系统；节能
一、 引言
随着我国汽车保有量的快速增长，很容易造成交通拥堵的现象。在车流量过大时，不但要保证隧道内车辆的通行安全，而且要最大限度的减小对车辆通行效率的影响。因此，隧道内供配电系统的工作就显得十分重要。隧道内设有照明、通风、消防、监控、通信等机电设施，为了确保隧道的日常运营，就要求隧道供配电系统无故障运行以保证过往车辆和人员高度的安全性。
二、 城市隧道供配电设计实例分析
本文以连接深圳关内外的一条重要隧道（新彩隧道）为例进行分析，该隧道由我院完成设计且最近已完工通车。
（一）工程概况
新彩隧道是深圳特区内外主干路网系统对接的重要组成部份，主要承担特区中心与特区外深圳北站、龙华新城等邻近组团之间的中长距离交通需求。新彩隧道系彩田路北延段的一部分，彩田路北延段采用城市一级主干路标准，计算行车速度60km/h，双向6车道，局部段为双向8车道。新彩隧道为左右线两幅分离式隧道，全长约1.67公里。
（二）供配电系统
1.隧道交通工程分级及设施配置
根据交通量（单向）预测分析表数据可得本隧道交通工程等级为A级。
查表可得，本隧道交通工程设施配置包含标志标线、交通监控设施、通风与照明控制设施、紧急呼叫设施、火灾报警及消防与避难设施、中央控制管理设施。
2.负荷分级
根据《公路隧道交通工程设计规范》（JTG/T D71-2004），隧道重要电力负荷分级如表1所示。
本隧道用电负荷及负荷等级情况如下：
a、一级负荷包括：隧道基本照明、消防水泵、火灾自动报警系统设备、环境与设备监控系统设备、交通诱导系统设备，其中应急照明、疏散指示照明系统设备为特别重要负荷；
b、二级负荷包括：无；
c、三级负荷包括：其余隧道电力负荷等。
3.高压供配电方案
a、供电电源的确定
本隧道变配电系统为一级负荷，采用两路10kV电源供电。对一级负荷中特别重要负荷，同时设置不间断电源装置（UPS）作为应急电源。
b、10kV配電系统的设置
在隧道南洞口外隧道监控中心内新建1#总变配电所，其两路10kV专用电源由供电部门提供。在隧道中间专用配电室联络洞新建2#变配电所，并在北洞口外新建3#变配电所，以满足隧道不同区段用电负荷的要求。它们各自的两路10kV电源由相邻变配电所依次T接，形成环网。
隧道的交通监控系统、紧急呼叫设施系统、通风与照明控制系统、火灾及消防报警系统、通信系统、变配电监控系统、横洞指示标志、疏散指示标志、应急照明、车行/人行通道照明、车行/人行通道防火门均为特别重要用电负荷，均由各变配电所低压动力配电系统和对应UPS系统供电。
隧道监控中心全部设备由1#变配电所低压动力配电系统和监控中心UPS系统供电。
1#总变配电所的两路专用10kV电源一用一备。10kV系统采用单母线分段方式，两路进线断路器电气互锁，母线上的出线分别为本变配电站的动力变压器、照明变压器、2#变配电所、3#变配电所提供配出和保护，每段10kV母线各带一台动力变压器、照明变压器出线。
2#变配电所的两路10kV电源一用一备，分别引自1#总变配电所和北洞口外3#变配电所。10kV系统采用单母线分段方式，母线上的出线分别为本变配电所的动力变压器、照明变压器提供配出和保护。每段10kV母线各带一台动力变压器、照明变压器出线。
3#变配电所的两路10kV电源一用一备，分别引自1#总变配电所和2#变配电所。10kV系统采用单母线分段方式，母线上的出线分别为本变配电站的动力变压器、照明变压器提供配出和保护。每段10kV母线各带一台动力变压器、照明变压器出线。
1～3#变配电所两台动力变压器一用一备；两台照明变压器一用一备。动力0.4kV系统亦采用两路进线、单母线分段接线方式。两路进线电源一用一备，两路进线断路器电气互锁。隧道供配电方案如图1所示。
为满足隧道一级重要负荷的供电要求，每个变配电所配置UPS系统一套，由动力0.4kV系统提供电源，其为变配电系统PLC、交通监控子系统、紧急呼叫设施子系统、通风与照明控制子系统、火灾及消防报警子系统、紧急照明提供应急后备电源。
c、分配电所高压系统设计
2#、3#变配电所进线开关柜选用SF6负荷开关环网柜，负荷开关额定电流Ie=630A，短路开断电流（有效值）≥20kA，变压器馈线柜保护选用负荷开关加高压熔断器保护方式。
d、主要设备型式
10kV高压开关柜：为真空断路器中置柜，选用中置式金属铠装全封闭手车柜（KYN28-10）；
分变电站高压柜：选用SF6负荷开关环网柜；
变压器：选用SG11 DYn11 杜邦沁漆干式变压器；
UPS（不间断电源供电系统）：为三相应急电源，电池后备时间120分钟。
e、操作电源
在1#总变配电所10KV配电系统中置柜内真空断路器全部采用直流电动操作，其操作电源为110V DC。并设置110V直流电源系统装置一套，输入低压电源引自动力低压配电系统出线。
4.负荷计算 隧道机电工程全部为低压用电设备。各变配电所的动力低压配电系统为隧道交通工程全部设施——交通监控系统、紧急呼叫设施系统、通风与照明控制系统、火灾及消防报警系统、通信系统、变配电监控系统、通风系统、消防系统、UPS系统供电。1#变配电所的动力低压配电系统还为隧道监控中心及其UPS系统提供低压电源。
（1）1#配电室（监控中心）用电负荷
由上表，动力变压器额定容量可选315kVA。
b、照明变压器负荷
照明低压配电系统中各出线为其服务负荷半径为420m左右，洞口处左右洞各为420m左右，洞中处左右洞前后各为420m左右。经计算1#变配电所照明负荷为34.8kW，则照明变压器额定容量可选50kVA。
（2）2#配电室用电负荷
由上表，动力变压器额定容量可选100kVA。
b、照明变压器负荷
经计算2#变配电所照明负荷为19.9kW，则照明变压器额定容量可选30kVA。
（3）3#配电室用电负荷
由上表，动力变压器额定容量可选250kVA。
b、照明变压器负荷
经计算3#变配电所照明负荷为37.4kW，则照明变压器额定容量可选50kVA。
5.低压配电方案
正常状态下每个变配电所两台动力变压器一用一备，两台照明变压器一用一备，0.4kV系统亦采用两路进线、单母线分段接线方式，一路运行，一路备用。正常情况下，母联闭合，当一路故障或检修时，自动投入备用路，两路进线断路器电气互锁，以保证变压器不并列运行。变压器负载率均大于70%，当一台变压器故障时，另一台变压器可带本站全部一级负荷运行。
低压主进开关和母联开关选用框架式低压断路器，低压出线开关选用塑壳式低压断路器。
在各变配电所动力0.4kV配电系统母线上进行电容自动补偿，将动力低压系统功率因数提高至0.95。因照明灯具均采用LED灯，灯具自然功率因数大于0.95，照明低压系统不需采用电容自动补偿。
6.计量
本隧道用电计量，采用高供高量方式，即在隧道1#总变配电所10kV系统两路进线侧分别设置供电局专用计量柜。
7.保护
10kV系統中置柜各进出线均采用真空断路器电流速断、带时限的过电流、过电压保护，变压器出线采用真空断路器电流速断、带时限的过电流、零序、温度保护，环网柜变压器出线均采用负荷开关+熔断器组保护。
0.4KV系统设备保护全部采用电流速断保护、过负荷保护。
8.防雷与接地
1#变配电所高压系统在10kV进线柜、PT柜、出线柜均内装设避雷器。2#、3#变配电所高压系统在10kV进线柜内装设避雷器。各动力低压配电系统进线侧装设浪涌抑制器。
各低压配电系统接地均采用TN-S系统。
各变配电所内设置接地干线网，构筑物内全部设备均与附近接地干线相连；构筑物内做等电位箱；各等电位箱与室外接地干线和接地极可靠相连。
各隧道外构筑物按第三类防雷标准设计，顶部设?10镀锌圆钢避雷网，利用明敷?12镀锌圆钢做避雷引下线，与构筑物外独立设置的接地体联为一体，防雷接地、工作接地、保护接地合为一个系统，接地电阻≤1Ω。
隧道内每间隔50m采用?16钢筋环形与隧道结构锚杆焊接，并将钢筋头预留到电缆沟和电缆桥架内，与电缆沟、电缆桥架中通长敷设的镀锌扁钢接地干线可靠相连。即隧道内接地系统以隧道结构的钢筋网为接地体，并每间隔50m重复接地，接地电阻≤1Ω。
三、结语
新彩隧道的开通，为深圳梅林关进出车辆分流起到很大作用，极大缓解了进出关车流量压力。目前新彩隧道已通车运营，供配电系统整体运行稳定可靠，方案的科学性和结构的合理性得到了很好的验证。由此可见，采用一个可靠、稳定、经济的供配电系统，体现节能、环保、减排要求，对建设一条“绿色通道”起到关键性作用。
参考文献
[1] 戴瑜兴、黄铁兵、梁志超主编.民用建筑电气设计数据手册（第二版）.北京：中国建筑工业出版社，2009
[2]《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）
[3]《公路隧道交通工程设计规范》（JTG/T D71—2004）
[4]《10kV及以下变电所设计规范》GB 50053-94
[5] 《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）
[6] 《低压配电设计规范》（GB50054-2011）
[7] 《电力装置的继电保护和自动装置规范》（GB50062-2008）
[8]《电力装置的电测量仪表装置设计规范》（GBJ63-90）
[9]《民用建筑电气设计规范》JGJ 16-2008
[10]《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）
[11]《交流电气装置的接地设计规范》（GB/T50065-2011）
关键词：城市隧道；电气设计；供配电系统；节能
一、 引言
随着我国汽车保有量的快速增长，很容易造成交通拥堵的现象。在车流量过大时，不但要保证隧道内车辆的通行安全，而且要最大限度的减小对车辆通行效率的影响。因此，隧道内供配电系统的工作就显得十分重要。隧道内设有照明、通风、消防、监控、通信等机电设施，为了确保隧道的日常运营，就要求隧道供配电系统无故障运行以保证过往车辆和人员高度的安全性。
二、 城市隧道供配电设计实例分析
本文以连接深圳关内外的一条重要隧道（新彩隧道）为例进行分析，该隧道由我院完成设计且最近已完工通车。
（一）工程概况
新彩隧道是深圳特区内外主干路网系统对接的重要组成部份，主要承担特区中心与特区外深圳北站、龙华新城等邻近组团之间的中长距离交通需求。新彩隧道系彩田路北延段的一部分，彩田路北延段采用城市一级主干路标准，计算行车速度60km/h，双向6车道，局部段为双向8车道。新彩隧道为左右线两幅分离式隧道，全长约1.67公里。
（二）供配电系统
1.隧道交通工程分级及设施配置
根据交通量（单向）预测分析表数据可得本隧道交通工程等级为A级。
查表可得，本隧道交通工程设施配置包含标志标线、交通监控设施、通风与照明控制设施、紧急呼叫设施、火灾报警及消防与避难设施、中央控制管理设施。
2.负荷分级
根据《公路隧道交通工程设计规范》（JTG/T D71-2004），隧道重要电力负荷分级如表1所示。
本隧道用电负荷及负荷等级情况如下：
a、一级负荷包括：隧道基本照明、消防水泵、火灾自动报警系统设备、环境与设备监控系统设备、交通诱导系统设备，其中应急照明、疏散指示照明系统设备为特别重要负荷；
b、二级负荷包括：无；
c、三级负荷包括：其余隧道电力负荷等。
3.高压供配电方案
a、供电电源的确定
本隧道变配电系统为一级负荷，采用两路10kV电源供电。对一级负荷中特别重要负荷，同时设置不间断电源装置（UPS）作为应急电源。
b、10kV配電系统的设置
在隧道南洞口外隧道监控中心内新建1#总变配电所，其两路10kV专用电源由供电部门提供。在隧道中间专用配电室联络洞新建2#变配电所，并在北洞口外新建3#变配电所，以满足隧道不同区段用电负荷的要求。它们各自的两路10kV电源由相邻变配电所依次T接，形成环网。
隧道的交通监控系统、紧急呼叫设施系统、通风与照明控制系统、火灾及消防报警系统、通信系统、变配电监控系统、横洞指示标志、疏散指示标志、应急照明、车行/人行通道照明、车行/人行通道防火门均为特别重要用电负荷，均由各变配电所低压动力配电系统和对应UPS系统供电。
隧道监控中心全部设备由1#变配电所低压动力配电系统和监控中心UPS系统供电。
1#总变配电所的两路专用10kV电源一用一备。10kV系统采用单母线分段方式，两路进线断路器电气互锁，母线上的出线分别为本变配电站的动力变压器、照明变压器、2#变配电所、3#变配电所提供配出和保护，每段10kV母线各带一台动力变压器、照明变压器出线。
2#变配电所的两路10kV电源一用一备，分别引自1#总变配电所和北洞口外3#变配电所。10kV系统采用单母线分段方式，母线上的出线分别为本变配电所的动力变压器、照明变压器提供配出和保护。每段10kV母线各带一台动力变压器、照明变压器出线。
3#变配电所的两路10kV电源一用一备，分别引自1#总变配电所和2#变配电所。10kV系统采用单母线分段方式，母线上的出线分别为本变配电站的动力变压器、照明变压器提供配出和保护。每段10kV母线各带一台动力变压器、照明变压器出线。
1～3#变配电所两台动力变压器一用一备；两台照明变压器一用一备。动力0.4kV系统亦采用两路进线、单母线分段接线方式。两路进线电源一用一备，两路进线断路器电气互锁。隧道供配电方案如图1所示。
为满足隧道一级重要负荷的供电要求，每个变配电所配置UPS系统一套，由动力0.4kV系统提供电源，其为变配电系统PLC、交通监控子系统、紧急呼叫设施子系统、通风与照明控制子系统、火灾及消防报警子系统、紧急照明提供应急后备电源。
c、分配电所高压系统设计
2#、3#变配电所进线开关柜选用SF6负荷开关环网柜，负荷开关额定电流Ie=630A，短路开断电流（有效值）≥20kA，变压器馈线柜保护选用负荷开关加高压熔断器保护方式。
d、主要设备型式
10kV高压开关柜：为真空断路器中置柜，选用中置式金属铠装全封闭手车柜（KYN28-10）；
分变电站高压柜：选用SF6负荷开关环网柜；
变压器：选用SG11 DYn11 杜邦沁漆干式变压器；
UPS（不间断电源供电系统）：为三相应急电源，电池后备时间120分钟。
e、操作电源
在1#总变配电所10KV配电系统中置柜内真空断路器全部采用直流电动操作，其操作电源为110V DC。并设置110V直流电源系统装置一套，输入低压电源引自动力低压配电系统出线。
4.负荷计算 隧道机电工程全部为低压用电设备。各变配电所的动力低压配电系统为隧道交通工程全部设施——交通监控系统、紧急呼叫设施系统、通风与照明控制系统、火灾及消防报警系统、通信系统、变配电监控系统、通风系统、消防系统、UPS系统供电。1#变配电所的动力低压配电系统还为隧道监控中心及其UPS系统提供低压电源。
（1）1#配电室（监控中心）用电负荷
由上表，动力变压器额定容量可选315kVA。
b、照明变压器负荷
照明低压配电系统中各出线为其服务负荷半径为420m左右，洞口处左右洞各为420m左右，洞中处左右洞前后各为420m左右。经计算1#变配电所照明负荷为34.8kW，则照明变压器额定容量可选50kVA。
（2）2#配电室用电负荷
由上表，动力变压器额定容量可选100kVA。
b、照明变压器负荷
经计算2#变配电所照明负荷为19.9kW，则照明变压器额定容量可选30kVA。
（3）3#配电室用电负荷
由上表，动力变压器额定容量可选250kVA。
b、照明变压器负荷
经计算3#变配电所照明负荷为37.4kW，则照明变压器额定容量可选50kVA。
5.低压配电方案
正常状态下每个变配电所两台动力变压器一用一备，两台照明变压器一用一备，0.4kV系统亦采用两路进线、单母线分段接线方式，一路运行，一路备用。正常情况下，母联闭合，当一路故障或检修时，自动投入备用路，两路进线断路器电气互锁，以保证变压器不并列运行。变压器负载率均大于70%，当一台变压器故障时，另一台变压器可带本站全部一级负荷运行。
低压主进开关和母联开关选用框架式低压断路器，低压出线开关选用塑壳式低压断路器。
在各变配电所动力0.4kV配电系统母线上进行电容自动补偿，将动力低压系统功率因数提高至0.95。因照明灯具均采用LED灯，灯具自然功率因数大于0.95，照明低压系统不需采用电容自动补偿。
6.计量
本隧道用电计量，采用高供高量方式，即在隧道1#总变配电所10kV系统两路进线侧分别设置供电局专用计量柜。
7.保护
10kV系統中置柜各进出线均采用真空断路器电流速断、带时限的过电流、过电压保护，变压器出线采用真空断路器电流速断、带时限的过电流、零序、温度保护，环网柜变压器出线均采用负荷开关+熔断器组保护。
0.4KV系统设备保护全部采用电流速断保护、过负荷保护。
8.防雷与接地
1#变配电所高压系统在10kV进线柜、PT柜、出线柜均内装设避雷器。2#、3#变配电所高压系统在10kV进线柜内装设避雷器。各动力低压配电系统进线侧装设浪涌抑制器。
各低压配电系统接地均采用TN-S系统。
各变配电所内设置接地干线网，构筑物内全部设备均与附近接地干线相连；构筑物内做等电位箱；各等电位箱与室外接地干线和接地极可靠相连。
各隧道外构筑物按第三类防雷标准设计，顶部设?10镀锌圆钢避雷网，利用明敷?12镀锌圆钢做避雷引下线，与构筑物外独立设置的接地体联为一体，防雷接地、工作接地、保护接地合为一个系统，接地电阻≤1Ω。
隧道内每间隔50m采用?16钢筋环形与隧道结构锚杆焊接，并将钢筋头预留到电缆沟和电缆桥架内，与电缆沟、电缆桥架中通长敷设的镀锌扁钢接地干线可靠相连。即隧道内接地系统以隧道结构的钢筋网为接地体，并每间隔50m重复接地，接地电阻≤1Ω。
三、结语
新彩隧道的开通，为深圳梅林关进出车辆分流起到很大作用，极大缓解了进出关车流量压力。目前新彩隧道已通车运营，供配电系统整体运行稳定可靠，方案的科学性和结构的合理性得到了很好的验证。由此可见，采用一个可靠、稳定、经济的供配电系统，体现节能、环保、减排要求，对建设一条“绿色通道”起到关键性作用。
参考文献
[1] 戴瑜兴、黄铁兵、梁志超主编.民用建筑电气设计数据手册（第二版）.北京：中国建筑工业出版社，2009
[2]《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）
[3]《公路隧道交通工程设计规范》（JTG/T D71—2004）
[4]《10kV及以下变电所设计规范》GB 50053-94
[5] 《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）
[6] 《低压配电设计规范》（GB50054-2011）
[7] 《电力装置的继电保护和自动装置规范》（GB50062-2008）
[8]《电力装置的电测量仪表装置设计规范》（GBJ63-90）
[9]《民用建筑电气设计规范》JGJ 16-2008
[10]《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）
[11]《交流电气装置的接地设计规范》（GB/T50065-2011）