高海拔地區長隧洞高壓進洞供電技術研究

郭俊波，彭 健，肖夢奇

（中國人民武裝警察部隊水電第三總隊，610036，成都）

高海拔地區長隧洞高壓進洞供電技術研究

郭俊波，彭 健，肖夢奇

（中國人民武裝警察部隊水電第三總隊，610036，成都）

隨著隧洞進深加長，低壓進洞不能滿足施工要求，根據用電情況結合高海拔缺氧地區降效問題，研究高壓進洞技術，確定變壓器容量及電纜規格。實踐證明，在距離洞口一定長度后，采用干式變壓器進洞，解決了電壓不足、電氣設備無法啟動等問題，確保了隧洞正常施工。詳細介紹了高壓進洞設計方法和相關技術措施，為類似工程提供設計和施工經驗。

高海拔；長隧洞；高壓進洞；供電技術；拉洛水利樞紐

一、工程概況

德羅引水隧洞緊接進水口布置，采用無壓引水方式，標準段斷面為馬蹄形。隧洞設置3條施工支洞，其中#1施工支洞布置在進口段，與主洞交點樁號為Y0+060，長158.2 m，承擔進口段鉆爆開挖和襯砌施工任務。#2施工支洞布置在德羅隧洞中上段，與主洞交點樁號為Y2+407.12，長643.37 m，承擔隧洞中上段鉆爆開挖和襯砌施工任務。#3施工支洞布置在德羅隧洞中段，與主洞交點樁號為Y4+ 702.97，長341.48 m，承擔隧洞中下段鉆爆開挖和襯砌施工任務。施工支洞均采用城門洞形斷面，斷面尺寸4.0 m×4.2 m（寬×高）。

二、高壓進洞設計

由各支洞口變壓器接引，線路采用380V/220V三相五線制配電。現場采用380V低壓供電，設配電總箱，內有計量設備，采用TN-S系統供電。

根據德羅隧洞洞挖特點和工作面布置情況，擬在各支洞洞口布置箱式變壓器，在進洞超過800 m時采取高壓進洞方式布設用電線路，擬布置干式箱變，并通過高壓電纜與洞口高壓計量器連接。

根據施工現場用電設備布置情況，洞外導線采用穿鋼管埋地敷設，洞內導線采用架空布置，采用三級配電，兩極漏電保護。按照《施工現場臨時用電安全技術規范》（JGJ 46—2005）規定，接地電阻R≤4Ω。

1.計算概念

供電負荷的大小，并不等于施工現場所有用電設備的額定容量之和，在實際施工過程中所有設備并不同時運行，運行中的設備也不一定都達到其最大額定負荷，而且各種機械設備的功率因素不同。

2.計算方法

負荷計算是根據已確定的用電設備容量，采用一定計算方法算出相應的計算負荷，作為選擇供配電系統的配電變壓器、線路和保護元件的依據，計算負荷的方法有很多種，對施工用電常采用需要系數法，計算簡便，計算結果比較接近，適用同組用電設備臺數較多、多臺設備容量相差不太懸殊的配電干線的負荷計算。

經計算：

①#1支洞、德羅隧洞進口和德羅隧洞主洞K0+000～K1+600，總的有功功率為491.85kVA，總的無功功率為415.99 kvar，總的視在功率為644.18 kVA，總的計算電流為978.76A。

②#2支洞、德羅隧洞主洞K1+600～K3+300，總的有功功率為777.83kVA，總的無功功率為615.88kvar，總的視在功率為992.13kVA，總的計算電流為1 507.43A。

③#3支洞、德羅隧洞主洞K3+300～K6+000，總的有功功率為719.33 kVA，總的無功功率為579.53 kvar，總的視在功率為923.74 kVA，總的計算電流為1 403.52 A。

④交通洞、壓力前池和德羅隧洞主洞K6+000～K7+520，總的有功功率為 459.68 kVA，總的無功功率為391.85 kvar，總的視在功率為604.03 kVA，總的計算電流為917.76 A。

3.變壓器選擇

根據計算總的視在功率，選擇三相電力變壓器。其中#1支洞、德羅隧洞進口和德羅隧洞K0+000～K1+600用電設備總的視在功率為 644.18 kVA，在支洞口設置800 kVA變壓器能夠滿足施工要求；#2支洞、德羅隧洞K1+600～K3+300用電設備總的視在功率為992.13 kVA，在支洞口設置1 250 kVA變壓器能夠滿足施工要求；#3支洞、德羅隧洞K3+300～K6+ 000用電設備總的視在功率為923.74 kVA，在支洞口設置1 000 kVA變壓器能夠滿足施工要求；交通洞、壓力前池和德羅隧洞K6+000～K7+520用電設備總的視在功率為604.03 kVA，在支洞口設置800 kVA變壓器能夠滿足施工要求。

在隧洞沿線提供10 kV接線點，根據工程需要德羅隧洞施工區共設4個變壓器。考慮各工作面負責洞段上下游過長，在進支洞加主洞0.8 km后，采用高壓進洞，共設置6臺315 kVA的SCB10干式變壓器。各部位變壓器負責洞內開挖支護、照明、焊接、抽排水、通風、裝渣機械及混凝土澆筑設備用電，#6變電站兼顧德羅隧洞拌和系統用電。具體見表1。

表1 德羅隧洞施工變壓器布置

4.變壓器安裝

考慮洞內施工車輛的影響及隧洞斷面大小，變壓器計劃放于避車洞內，安裝前做好噴錨支護。臺座根據變壓器尺寸制作，除預留一個防護木門外，兩端采用18號螺紋鋼防護，高度為3 m，并設安全警示標志以加強其安全性。

5.高壓電纜選擇計算

高壓電纜主要考慮進洞變壓器高壓電纜，德羅引水隧洞洞內距離大于800 m時設置315 kVA變壓器，共計6臺。

根據公式

其中，θn為電纜線芯允許長期工作溫度，假設取90℃；θa為敷設處環境溫度，假設取50℃；θc為截流量數據的對應溫度，假設取40℃。

得K1≈0.894，敷設方式校正系數K2＝0.66。由此K＝K1×K2≈0.59。

對照電纜線載流量表，電纜3×70 mm2最大載流量為160 A，則Id＝Imax× K＝160×0.59＝94.4A＞Igax＝18.2 A。

按允許電壓降計算△V＝5%，ρ＝0.02，L＝800～1 700 m，S≥1.73×ρ×L＝1.73×18.2×0.02×1 700×5%＝53.53 mm2。

經驗算，3×70 mm2電纜截面滿足要求。在采購電纜時應選擇絕緣性能好、載流量大、敷設水平高差不受限制的交聯聚乙烯鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜。

三、用電技術措施

①編制臨時施工用電施工組織，建立健全用電管理機構，組織好運行維護班組，明確管理機構與專業班組的職責。

②現場施工用電，采用三相五線制，做好重復接地，設備做好保護接零。

③禁止使用絕緣性差的電線，嚴禁亂拉亂扯，線路架設要牢固，確保安全。

④配電箱要做好防潮、防雨并做好接零保護。

⑤電動施工機械和手持電動機械的負荷線，選用無接頭的多股銅芯橡皮套軟電纜。

⑥安裝及拆除臨時用電工程，經專職安全負責人批準后，必須由電工完成，其他人員不得擅自施工。

⑦購置的設備必須符合相應的國家標準、專業標準和安全標準，執行專人專機負責制，定期檢查維修，施工現場臨時用電每周檢查一次，漏電保護器每天使用開關試測一次，不合格嚴禁繼續使用。

⑧洞內變壓器放置于避車洞位置，確保無積水、無長流水、洞壁無滲水，洞內干燥。

⑨電纜布置時采用轉盤放線、人工抬線的方式，不能采用機械拖線、轉盤滾線的方式。

⑩大型用電設備不可同時啟動，否則會導致啟動電流過大，造成設備無法啟動或供電設備損壞。

四、防火技術措施

①施工組織設計時要根據電氣設備的用電量正確選擇導線截面，從理論上杜絕線路過負荷使用，保護裝置要認真選擇，當線路長期過負荷使用時，能在規定時間內動作保護線路。

②導線架空敷設時其安全間距必須滿足規范要求，當配電線路采用熔斷器作短路保護時，熔體額定電流一定要小于電纜或穿管絕緣導線允許載流量的 2.5倍，或明敷絕緣導線允許載流量的1.5倍。經常教育用電人員正確執行安全操作規程，避免作業不當造成火災。

③電氣操作人員要認真執行規范，正確連接導線，接線柱要壓牢、壓實。各種開關觸頭要壓接牢固。銅鋁連接時要有過渡端子，多股導線要用端子或涮錫后再與設備安裝，以防加大電阻引起火災。

④配電室的耐火等級要大于三級，室內配置砂箱和絕緣滅火器。嚴格執行變壓器的運行檢修制度，按季度每年進行4次停電清掃和檢查。現場的電動機嚴禁超載使用，電機周圍無易燃物，發現問題及時解決，保證設備正常運轉。

⑤施工現場內嚴禁使用電爐、碘鎢燈時，燈與易燃物間距要大于30 cm，不準使用功率超過100 W的燈泡。

五、結 語

在長隧洞施工中會經常遇到電壓不足、機器無法啟動等問題，采取高壓進洞方案解決了施工用電問題，達到了預期效果。結合高海拔缺氧條件，通過計算合理選擇變壓器和電纜，并形成一套完整的用電管理措施，此次高壓進洞設計應用于現有最高海拔小斷面長隧洞中，確保了進度目標的完成，同時保證隧洞施工安全，創造了經濟效益。■

[1]曾旻，楊龍龍.長距離隧道高壓進洞設計[J].公路交通科技，2015(5).

[2]姜保明.特長隧道洞內供電施工技術[J].鐵道建筑技術，2013(8).

[3]王得林，嚴少發.隧道高壓進洞的關鍵技術[J].鐵道建筑，2009(12).

責任編輯 張瑜洪

Technologies of high-voltage power supply for long tunnel in high-altitude locality

Guo Junbo，Peng Jian，Xiao Mengqi

Low-voltage power supply cannot meet the requirement of tunneling along with deepening of tunnel excavation in high-altitude locality.Technologies of high-voltage power supply?for long tunnel are studied by taking the electricity utilization and potential deficiency as a result of high altitude into consideration,which helps to determine the transformer capacityand cable specification.When the tunnel gets longer and deeper,drytype transformer should be employed for?preventing under-voltage and failure of electrical equipment,in order to keep normal tunnel excavation.Design and technologies involved with high-voltage power entering into?tunnel are introduced in detail,which shall provide experiences for similar projects.

high-altitude;long tunnel;high-voltage water supply for long tunnel;power supply technology; Laluo Multipurpose Hydraulic Project

TV512

B

1000-1123（2016）20-0060-02

2016-10-18

郭俊波，工程師。