城市綜合管廊內附屬設施控制方法探討*

李 高 林

[上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司, 上?！?00092]

0　引　言

城市工程管線主要包含電力、通信、燃氣、熱力、給排水等各種市政公用管線,傳統建設方式為單獨規劃、設計、建設,從而導致地下空間利用不充分,并且不利于后期維護。城市綜合管廊即在城市地下建造一個隧道空間,將各種城市工程管線部分或全部納入該空間內敷設,從而方便實施統一規劃、設計、建設及管理,有效地保障城市的良好運行。

1　綜合管廊艙室類型

綜合管廊內容納的管線類型眾多,各種管線的性質及敷設要求各異,有特殊要求的管線需獨立艙室敷設或者不可與某種管線共艙敷設。根據艙室內敷設的管線類型,綜合管廊艙室大致可分為天然氣管道艙(簡稱燃氣艙)、熱力艙、電力艙、水艙(含給水、雨水、污水、再生水管線等)、綜合艙(含水、電信、電力等管線)、非含電綜合艙(不含電力電纜的綜合艙)等類型。

2　綜合管廊內附屬設施的種類

根據GB 50838—2015《城市綜合管廊工程技術規范》[1]規定,綜合管廊內附屬設施主要有消防系統、通風系統、供電系統、照明系統、監控與報警系統、排水系統及標識系統。本文就通風系統、照明系統及排水系統的用電設備控制進行探討。

3　管廊內通風機的控制要求及方案

(1) 設置通風系統的目的。① 平時通風:為保證管廊內溫/濕度滿足內部敷設的管線運行要求,設置通風機進行通風換氣,使得溫/濕度控制在要求范圍之內。同時城市綜合管廊屬于地下密閉空間,空氣流通性較差,導致有害氣體沉積及氧氣含量下降,不利于人員進入管廊內部進行巡視及維護,設置通風系統進行通風換氣,保障進入人員的人身安全。② 事故通風:天然氣管道艙存在可燃氣體泄漏的可能,需要及時將可燃氣體排出管廊外,降低管廊內可燃氣體濃度,防止爆炸事故發生及擴散。③ 災后排煙:電力艙或綜合艙內含有大量的電力電纜,存在過載、短路、漏電等電氣事故,可能會引發火災。根據國家標準GB 50838—2015規定,綜合管廊艙室內發生火災時發生火災的防火分區及相鄰分區的通風設備應能夠自動關閉,使相應區段內密閉隔氧,以便于自動滅火裝置實施滅火,火災撲滅后人員進入前需要通過通風設備排出火災產生的有毒煙氣,方便人員進入。

(2) 通風系統的控制要求。不同艙室內設置的通風系統用途不相同,燃氣艙內的通風系統既需要平時通風又需要事故通風;電力艙或綜合艙內的通風系統既需要平時通風又需要災后排煙;其余類型艙室內只需要平時通風。

根據GB 50838—2015規定,平時通風機僅需間隔一段時間或者艙室內溫/濕度超過某個設定值時開啟,通風機由BA系統、按鈕(箱面按鈕、按鈕盒)控制;事故通風由可燃氣體報警系統或火災報警系統聯動控制,當可燃氣體探測器探測到艙室內天然氣濃度大于其爆炸下限濃度值20%時,可燃氣體報警系統應聯動開啟事故段及相鄰分區的事故通風機,同時通風機也可由BA系統、風機按鈕(箱面按鈕、遠方按鈕盒)控制;平時通風在火災時需要關閉的通風機由火災報警系統聯動控制,當火災探測器探測到火災時,火災報警系統應聯動關閉發生火災的分區及相鄰分區的通風機,火災撲滅后人員進入前進行的災后排煙應可在風機就近設置的按鈕(箱面按鈕、按鈕盒)或者直接接送的臨時電源來開啟通風機。

(3) 控制要求的電路實現。通風機一次配電系統如圖1所示。

普通艙僅需平時通風,控制要求比較簡單,風機由BA系統及按鈕控制,控制方式分為遠方控制、就地控制,遠方控制分為BA控制、按鈕盒控制,就地控制為箱面按鈕控制。

僅需平時通風的風機兩種接線方案如圖2所示。

圖2(a)中,按鈕盒控制與BA控制回路共用一套啟停中間繼電器KA1、KA2,通過中間繼電器來控制通風機的啟停,如果其中一個繼電器或者繼電器線圈回路故障且通風機為遠方控制時,則不能正常開啟或者停止通風機。圖2(b)中,按鈕盒控制與BA控制回路分別采用兩套啟停中間繼電器KA1～KA4,使得按鈕盒控制回路與BA控制回路分開,發生上述故障時通風機仍可實現遠方控制,提高通風機遠方控制的可靠性,但是圖2(b)的控制回路比圖2(a)的控制回路較復雜,增加實際運行時檢修及維護的成本,設計時可根據管廊實際運行需求進行選擇設計。

圖1　通風機一次配電系統

圖2　僅需平時通風的風機兩種接線方案

燃氣艙內既需要平時通風又需要事故通風,二次控制方案只需在平時通風控制的基礎上增加可燃氣體報警系統或火災報警系統對通風機的強制開停機。

燃氣艙內通風機的二次控制原理圖如圖3所示,具體二次控制原理圖應根據通風機的形式做相應的調整。燃氣艙內通風機平時通風控制方案與圖2中的一樣。

圖3是在圖2(b)的基礎上進行設計的。根據GB 50838—2015規定,當可燃氣體探測器探測到艙室內天然氣濃度大于其爆炸下限濃度值20%時,可燃氣體報警系統應聯動開啟事故段及相鄰分區的事故通風機,圖3(a)、(b)均滿足系統聯動開機的要求,圖3(b)主要是增加系統聯動停機的功能,然而綜合管廊及涉及天燃氣的相關規范目前暫無條文規定需要聯動停機,是否有此必要呢?一般在綜合管廊內敷設的天然氣管道屬于城市的干、支線管道,管徑較大,一旦管道發生嚴重的破損,甚至斷裂,雖然可燃氣體報警系統可以及時聯動關閉天然氣閥門,但是管道內還存有大量的天然氣,相應管廊段內的天然氣濃度上升很快,極易超過其爆炸上限值,若此時事故風機繼續開啟通風排氣,一方面可能使得相應管廊段內天然氣的濃度又回到爆炸下限值與爆炸上限值之間,反而增大管廊內發生爆炸事故的可能性,另一方面由于管廊內天然氣濃度較高,此時繼續排氣會導致通風機出風口處天然氣濃度迅速上升,使得出風口處可能發生爆燃等二次事故,威脅地面安全。所以,當可燃氣體報警系統探測到管廊內天然氣的濃度超過某一設定值或天然氣濃度增速超過某一設定值時,應聯動關停風機以等待專業人員進行處理。因此,推薦采用圖3(b)的方案。

圖3　燃氣艙內通風機二次控制原理圖

電力艙或者綜合艙內既需要平時通風又需要災后排煙,同時在發生火災時需要關閉風機,所以二次控制方案在平時通風控制的回路中增加火災報警系統強制停機開關觸點,當火災報警系統檢測到火災時會聯動關閉風機。電力艙內通風機二次控制原理圖如圖4所示。

圖4　電力艙內通風機二次控制原理圖

電力艙內通風機為火災后排煙,不同于火災時需要運行的排煙風機,該風機不屬于消防設備,所以對其配電及控制回路在火災中的線路完整性不作要求,火災后若其配電回路及控制回路未受損,則可通過按鈕(箱面按鈕、按鈕盒)開啟風機進行通風排煙;火災后若其配電回路或控制回路受損不能正常運行,檢修人員則可通過外部人員進出口進入到風機間內,通過一次系統中設置的就地隔離開關箱(見圖1)接入臨時電源,直接開啟風機。通過以上論述可知,電力艙內通風機的控制不需要與消防風機那樣設計,圖4中控制方案即可滿足要求[2]。

4　管廊內照明的控制要求及方案

按規范要求,干支型城市綜合管廊全線均應設置正常照明和應急照明,應急照明可兼做平時照明。

(1) 照明系統的控制要求。綜合管廊絕大部分為地下空間,平時工作人員在進入管廊前需要打開相應段內的照明,所以管廊內照明系統應可以在遠方進行控制(BA、出入口處按鈕箱);火災時需要滿足消防聯動及疏散要求,當管廊內發生火災時需通過火災報警系統聯動開啟相應段內的應急照明,用于協同火災確認及必要疏散。綜合管廊內照明按鈕箱一般設置于每段人員出入口處及相鄰段防火門處,同時在配電箱箱面設置照明開關按鈕,以實現照明系統的就地控制。

(2) 控制要求的電路實現。一般照明配電系統及二次控制原理圖如圖5所示。應急照明配電系統及二次控制原理圖如圖6所示。

圖5　一般照明配電系統及二次控制原理圖

圖6　應急照明配電系統及二次控制原理圖

平時為滿足照度要求,需開啟管廊內相應區段所有的照明,包括一般照明及兼做一般照明的應急照明,所以遠方控制時BA系統及按鈕箱控制可合用一套開、關燈中間繼電器KA1、KA2,利用KA1、KA2中間繼電器的輔助觸點實現正常照明及應急照明的同開同關。

火災時為滿足消防聯動及疏散要求,火災報警系統應聯動點亮應急照明,在應急照明控制回路中跳過選擇開關直接并入火災報警系統開關觸點,使得火災時應急照明可靠點亮(見圖6)。

5　管廊內排水泵的控制要求及方案

綜合管廊在使用過程中可能會出現結構滲漏水或者管道檢修放空水的狀況。因此,為滿足排水要求,綜合管廊每段需設置排水泵。

(1) 排水泵的控制要求。設置排水泵主要是為了管廊內集水坑水位不超越規定的水位,傳統控制方式是采用浮球液位開關進行就地液位自控+BA監視。隨著智慧管廊的逐漸興起,為滿足智能化控制,排水泵采用液位保護+BA控制的綜合控制。

(2) 控制要求的電路實現。排水泵一次配電系統及液位示意圖如圖7所示。

圖7　排水泵一次配電系統及液位開關示意圖

排水泵二次控制原理圖如圖8所示。

圖8(a)方案為就地液位自控,是目前排水泵常用的一種控制方式,通過集水坑內設置的浮球液位開關來自動控制排水泵的開停,使得集水坑內液位保持在高水位(SL2)與低水位(SL1)之間。該控制方案中BA只監視排水泵的運行及故障狀態,不參與排水泵的開?？刂?。當綜合管廊內水管放空時,管廊內多臺排水泵可能會同時啟動,對于管廊配電系統沖擊較大。

圖8　排水泵二次控制原理圖

圖8(b)方案中水泵主要由BA系統進行控制,BA系統在溢流液位(SL3)與超低液位(SL1)(低于該水位,水泵繼續運行會受損)之間可以獨立控制水泵的啟停,液位控制僅作為保護措施,僅在高于溢流水位(SL3)時強制開泵及低于超低水位(SL1)時保護停泵,液位保護控制僅作為BA控制失效后的后備措施。該方案可通過后臺PLC編程避免多臺排水泵同時啟動,以免對管廊配電系統造成沖擊。

目前,地下綜合管廊逐步向智慧化發展,為了更好地實現智能控制,推薦采用圖8(b)方案。

6　結　語

結合綜合管廊內幾類主要附屬設施的控制要求,探討相應的二次控制原理圖,為了使二次控制原理圖更加簡潔明了,列舉的原理圖均未列入信號反饋電路。目前,綜合管廊正處于蓬勃發展的階段,列舉的幾種控制方案應根據實際應用效果不斷改進,如雙速風機、雙泵輪換等各工藝新需求,以滿足綜合管廊建設水平的不斷提高。