秦嶺7號洞主洞發電機長距離供電技術

摘 要：結合引漢濟渭工程秦嶺輸水隧洞7號洞主洞實際情況，利用動力變壓器升壓，將洞外發電機自發電遠距離供給洞內用電設備，確保了施工安全，節約了成本投入，取得了良好的效果。

關鍵詞：發電機；長距離；升壓；供電

1 研究背景

引漢濟謂工程秦嶺輸水隧洞7號洞斜井總長1877m，主洞全長8122m，其中向上游延伸3569m，下游延伸4553m。設計文件表明，主洞段預測總正常涌水量為6423m3/d，可能出現的總最大涌水量為12846m3/d，排水和通風為項目安全控制要點。隨著開挖斷面的向前推進，各種電器設備緊隨其后，但設備所需的380V供電線路越長，電壓降越大。三相五線供電在700～1000m范圍內尚可實現，但隨著隧道向前掘進，供電線路太長，將會導致電壓降過大，各種設備就無法正常運轉。為了用電設備的正常運轉，需采用10kV高壓進洞，在洞內安裝動力變壓器，再對各用電設備進行電力分配，施工組織設計洞內安裝7臺變壓器對各工作面或設備進行分區供電。為確保作業人員和洞內機械、設備的安全，需要24小時不間斷將洞內涌水抽排至洞外。本項目地處秦嶺深處，遠離城鎮，時有停電現象發生，故抽排涌水需配置備用發電機進行供電。根據施工要求，發電機必須安裝在洞外，其原因一是洞內空氣質量不好，影響發電機的使用壽命；二是因為發電機工作時要排出大量的廢氣，影響洞內的空氣質量。因此，對自發電采取長距離供電的方法具有重要意義。

2 發電機長距離供電線路設計

為了保證正常抽排水，或者長時間停電時保證洞內施工，就要考慮把自發電升壓到10kV后，再接入10kV主線路上進行供電。根據計算，要保證洞內正常抽水，需要180kVA的發電容量；要保證通風和一個工作面的正常施工，需要900kVA的總發電容量。本設計方案為，固定設置一臺300kW發電機，用于停電時的應急抽水和洞內照明。當發生長時間停電時，單靠一臺發電機達不到正常施工用電的要求，將固定發電機切換至洞外供電線路，然后臨時租用2臺300kW發電機，把發出的電送入一條回路上，向洞內進行并聯供電，使發電總容量達到900kW。要把自發電升壓到10kV，常規方法是采用一臺1000～1200kVA（380V/10kV）的升壓器，其價格較為昂貴，且停電的時間占少數，不發電時這臺設備不起任何作用。因動力變壓器在供輸配電系統中既具有升壓又具有降壓的作用，且洞外已設置1臺動力變壓器以供洞外風機、項目部及拌合站等處的供電，所以無需額外購買升壓器，利用動力變壓器即可完成升壓工作。具體做法為，在洞外變電所安裝400kVA（10kV/380V）和800kVA（10kV/380V，主變壓器）動力變壓器各一臺，平時通過800kVA變壓器對洞外風機、項目部及拌合站等處配電柜供電。短期停電時，利用其中一臺400kVA變壓器，把固定的300kW發電機的自發電接入這臺變壓器上進行反送升壓到10kV，再將這個10kV高壓送到洞內各并聯支路進行供電。長期停電時，將固定的300kW發電機的自發電切換為向洞外直接供電，采用發電機并電柜將另外2臺300kW發電機的自發電切換到另一臺800kVA變壓器上升壓向洞內供電，供電線路如圖1所示，發電站照片如圖2所示。

3 具體實施方式

從節約成本上考慮，如果采用雙電源、雙回路配電方案，需要增加上百萬成本投入，而采用雙電源、單回路配電就可節約這一巨大投入。故本方案完全利用原配電回路，在同一條供電回路進行切換。當10kV外網高壓斷開后，斷開2#雙電源選擇柜內網接入洞外風機、項目部及拌合站等處的電閘，啟動1#發電機，通過1#雙電源選擇柜接入1#變壓器，變壓器即可得電升壓供洞內抽水。長期停電時，斷開2#雙電源選擇柜內網的電閘，啟動1#發電機，通過1#、3#雙電源選擇柜接入洞外風機、項目部及拌合站等處直接供電；啟動2#、3#發電機，通過2#雙電源選擇柜接入2#變壓器，變壓器得電升壓以供洞內正常施工。在安全管理上，自發電時必須切斷10kV外網的輸入，并進行有效隔離；在外網輸入時，又必須切斷自發電，并進行有效隔離。在10kV外網輸入端安裝一臺高壓隔離刀閘和一臺高壓油浸開關，當10kV外網停電后，先把隔離刀閘拉下，調整油浸開關線路，切斷10kV外網的輸入，以防止自發電反送到外網供電網絡上，造成安全隱患。為便于描述，把3臺發電機分別編為1#、2#和3#，1#發電機單獨供電，2#、3#發電機發電后并聯供電。并聯操作的具體方法是：當2臺發電機啟動到運轉正常后，首先觀察頻率表，把2臺發電機的頻率都調到一致，然后分別把2#、3#發電機的自發電接入并電柜。因為2臺發電機的啟動時間不一致，其初相角不一定同步，要先按下并電柜上的2#合閘按扭，然后把同步選擇開關撥到3#發電機位置，觀察同步跟蹤表旋轉到零位時，表示3#發電機與2#發電機的初相角已同步，此時按下3#發電機的合閘按扭，即完成2#和3#發電機的并聯。如果先接入3#，就把同步選擇開關撥到2#發電機的位置，其操作方法與前面所述步驟相同。發電機并網后，通過2#雙電源選擇柜斷開與洞外風機、項目部及拌合站等處的電網，接入2#變壓器的電閘，完成變壓器升壓，再依次向洞內各用電部位變壓器供電。1#發電機通過1#、3#雙電源選擇柜，直接向洞外風機、項目部及拌合站等處供電。當采用單臺發電機供電時，以上步驟均可省略，直接通過1#雙電源選擇柜接入400kVA變壓器，通過油浸開關選擇接入洞內電網即可，以供洞內抽水使用。外網來電時，先切斷并電柜電閘及1#、2#雙電源選擇柜處電閘，斷開發電機供電線路，停止自發電，再合上隔離刀閘，油浸開關接入外網電路，最后向各處配電柜和變壓器供電。

4 注意事項

2#、3#發電機并聯供電，要求這兩個發電機型號、頻率一致，租用時需選擇同廠、同型發電機，不宜選用不同規格發電機。

在各發電機和變壓器安裝過程中，必須把相序調整好，以免停電時再來倒相，造成供電時間延誤，影響正常工作。

空壓機、風機、發電機等用電設備由設備部統籌管理，以便于及時發配電。分開管理既不利生產需要，也存在安全隱患。

高低壓線路架設時要做好安全保護，值班電工要經常性檢查高低壓供電線路，做好線路的定期檢查及維護，并熟練掌握停送電的操作步驟。

5 結束語

文章以秦嶺隧洞7號洞主洞項目為例，采用發電機升壓供電方案，在長隧道施工中遇到停電時，可在最短的時間內恢復送電。除幾個控制柜及配置的發電機外，不必增加額外設備，故不需要太大的成本投入，經濟效益顯著。通過方案的實施，有效地保證了洞內環境質量，確保了施工安全和生產進度，值得同類隧洞施工借鑒。

作者簡介：袁楓（1982-），女，漢族，吉林長春人，中鐵十七局集團工程師，主要從事橋梁、隧道施工。