工程施工臨時用電技術方案優化

郭偉杰GUO Wei-jie；劉夢琪LIU Meng-qi；谷鑫GU Xin

（①河南省地礦局第二地質礦產調查院，鄭州450001；②黃河勘測規劃設計研究院有限公司，鄭州450003；③華北水利水電大學水利學院，鄭州450046）

0 引言

工程施工的臨時用電貫穿于工程建設的全過程，穩定安全的電力供應可以給工程的順利進行提供有力的保障，其重要性顯而易見[1]。施工單位必須在施工過程中對臨時用電進行合理的設計和施工。這不僅關系到建筑單位的用電需求，而且關系到工程安全[2]。科學合理的臨時用電施工設計可以保證施工質量，在一定程度上還可以保持施工秩序，使施工順利有序進行[3]。

1 工程概況

文章涉及工程為北京大興新建加壓泵站工程，主要工程內容為：明挖敷設泵站進出水管線長約1180m；新建泵站1 座；新建泵站前池1 座；新建進出水管線及泵站附屬建筑物等。工程所在地現有供電網絡分布密集，且供電保證率較高，能夠滿足本工程的用電需求。施工用電擬從當地電網接引，從10kV 線路接到變壓器，再通過三級配電系統供應施工用電，從而滿足工程施工臨時用電需求。另配備兩組柴油發電機組作為本工程的應急備用電源。

2 用電負荷計算

2.1 機電設備用電情況

參考文獻資料[4][5]，并結合工程實際，整理出施工現場主要用電的機電設備如表1 所示。

表1 主要用電的機電設備

由于鉆機與攪拌樁機的功率并不固定，但通過查閱型號資料，并結合工程實際概況，可設鉆機功率為55kW，樁機功率為60kW（10-18m）。

根據工程資料圖示，可大概得出辦公生活區用電情況如表2 所示。

表2 辦公生活區用電

2.2 用電負荷計算

用電負荷的計算，可利用以下公式：

式中：P——計算用電量（kW），即供電設備總需要容量；∑P1——全部電動機額定功率之和；∑P2——全部電焊機額定容量之和；∑P3——照明設備額定用量之和；∑P4——空調額定用量之和；K1——全部電動機同時使用系數，當全部電動機數目在10 臺以內，取K1=0.75；當數目為10～30 臺，K1=0.70；當數目在30 臺以上，K1=0.60；K2——全部電焊機同時使用系數，電焊機數目在3～10 臺以內，K2=0.60；數目在10 臺以上時，K2=0.50；K3——室內照明設備同時使用系數，一般取0.8；K4——空調同時使用系數，一般取0.6；1.1——用電不均勻系數；cosφ——電動機的平均功率因數，在施工現場最高為0.75～0.78，一般為0.65～0.75，在此取0.75。

由于工程施工現場僅安裝一臺變壓器，故，應將施工現場器械設備用電與辦公生活區的用電情況累加。

在工程施工現場，全部電動機額定功率之和為∑P1=636kW，全部電焊機額定容量之和為∑P2=205kVA，照明設備額定用量之和為∑P3=10kW。則：

在辦公生活區，全部電動機額定功率之和為∑P1=10kW，全部電焊機額定容量之和為∑P2=20kW，照明設備額定用量之和為∑P3=4kW，空調額定用量之和為∑P4=30kW。則：

故，輸水泵站工程臨時用電總用電量為P施+P生=750.57kW。

結合工程概況，總用電量偏大，不符合實際情況，故進行用電負荷的優化計算。

2.3 用電負荷優化

考慮到在工程現場，隨著工程的進展，臨時用電的功率會隨之變化[6]。同時，現場臨時用電可以細分為辦公生活區用電和現場施工現場用電兩部分。其中，辦公生活區用電的功率大小伴隨工程的進展基本沒有變化，而施工現場用電部分功率會隨著工程進展的變化而變化。施工現場用電可分為三個階段：基坑施工階段，廠房混凝土澆筑階段以及最后的廠房裝修階段。因此，基于以上事實規律，在下面開始進行用電負荷優化的計算。

①在辦公生活區用電部分：

辦公生活區用電情況根據表2 可知，所設定的辦公生活區機電設備用電情況沒有變化，那么同上：

辦公生活區用電功率P生=46.79kVA。

②施工現場用電部分，分為基坑開挖和基坑施工、廠房混凝土澆筑、廠房裝修三個階段，每個階段各自計算，則：1）基坑施工：在第一階段基坑施工中，主要利用工程機械來進行基坑的開挖以及地基處理，在這一過程中需要潛水泵將開挖后的基坑中滲出的地下水抽出，需要攪拌樁基、鉆機、振沖機對地基進行處理，所以可以整理出在第一階段所需要的用電器械的情況如表3 所示。

表3 第一階段投入使用的機電設備

對上述整理的器械分類，各類的機電設備功率相加計算各類機電設備功率如下：∑P1=461.4kW，∑P2=0kW，∑P3=10kW，∑P4=0kW；

K1取0.7，K3取0.8；

可得，當工程進行到第一階段基坑開挖和基坑施工用電時，P（一）=46.79+580.04=626.83kVA。

第一階段，辦公生活區與施工現場用電之和P（一）為626.83kVA。

2）廠房混凝土澆筑。當工程進行到了第二階段，廠房的混凝土澆筑時，通過對工程實際的了解以及上一節主要施工器械的情況，可以得出下列所需的施工設備器械如表4 所示。

表4 第二階段投入使用的機電設備

進入第二階段，∑P1=56kW，∑P2=205kW，∑P3=10kW，∑P4=0kW；

其中，K1=0.7，K2=0，K3=0.8；

當工程進入到第二階段廠房混凝土澆筑時P（二）=201.59+46.79=248.38kVA。

在第二階段，辦公生活區與施工現場用電之和P（二）為248.38kVA。

3）廠房裝修階段。當工程進入到第三階段，廠房的裝修階段時，主要是室內的一些小的施工工作，結合器械總的種類以及相關文件資料所列出的器械，可以整理出下面的施工設備如表5 所示。

表5 第三階段投入使用的機電設備

相關器械功率相加可得：

K1取0.7，K3取0.8；

故，當工程進入到廠房裝修階段時，P（三）=33.03+46.79=79.82kVA。

第三階段，施工現場與辦公生活區用電量之和P（三）=79.82kVA。

將一、二、三階段用電情況匯總如表6 所示。

表6 用電情況匯總

通過觀察數據，很容易發現隨著工程施工進度的推進，臨時用電的總功率有很大的變化，呈現大幅下降的趨勢。如果依照最大的功率選擇變壓器，在后面的二、三階段無疑會使變壓器在臨時用電配送過程中處于空載狀態，從而增加了變壓器的無功損失，除此之外，還增加了投資，浪費了資源；如果變壓器容量的選擇偏小，那么在第一階段變壓器將處于過負狀態，在此狀態下長時間工作的變壓器無疑極易被燒毀，得不償失。綜上所述，如果要同時滿足一二三階段的臨時用電需求，并最大可能的節約工程資金，應該采取多變壓器組合的方式。

查閱相關資料可得我國變壓器的額定容量主要有：50kVA、80kVA、100kVA、125kVA、160kVA、200kVA、250kVA、315kVA、400kVA、500kVA、630kVA。

為了最大可能的滿足各階段的要求、節約電能并節約資金，選擇了400kVA+160kVA+100kVA 的組合方案。當工程處于第一階段時，不同額定容量的變壓器可以置于不同的位置以達到對電能最大的利用程度，例如，400kVA 的變壓器可以設置在離振沖機等大功率工程器械近的位置，100kVA 的變壓器可以設置在離生活辦公區近的位置；當工程處于第二階段時，既可直接由400kVA 的變壓器提供施工、生活區域的臨時用電，亦可采用160kVA+100kVA的組合形式；當工程進入到第三階段，100kVA 的變壓器足以滿足全部的需求。

3 配電線路的優化

3.1 現場配電線路

本工程供電采用電纜架空或地埋敷設方式引至施工現場總配電箱，由此進入三級配電系統后，再由總配電箱將電流分配到各個分配電箱，繼而再由分配電箱將電流導引至各開關箱，從而達到“三級控制、二級保護”要求。

在配電全過程中，電纜是電流的載體，而在施工現場，電纜線路的確定又與施工現場的環境有很大的關系。所以，對于現場地面環境條件不夠理想的，可選擇架設電纜的方式配電，此時電纜選擇塑料或橡皮電纜；對于地面條件良好的，則選擇地面敷設的方式來配電，此時選用鎧裝電纜。

配電線路從總配電箱出線有放射式和樹干式兩種形式。放射式配電指的是線路自總配電箱配送至分配電箱，再由分配電箱配送至若干個開關箱；樹干式配電指的是線路從總配電箱開始，配送至若干個分配電箱，再由這若干個分配電箱配送至更多的開關箱。現場供電具體線路是在現場施工情況的基礎上確定的，通常為了達到最優配電的目的，線路中同時采用放射式配電和樹干式配電。

對于功率較大的機電設備，如振沖機、攪拌樁機等，應采用單回路的配電方式（即特殊的放射式配電）；對于功率較小的或距離較遠的，如圓鋸、電刨、套絲機等，可采用樹干式配電方式。

3.2 配電線路的優化

配電線路上，為了使工程達到足夠的安全、經濟，應在這一方面做適度的優化設計，主要有以下幾個方面的內容：①變壓器的容量不同，所對應的配電的對象也有所不同，在變壓器的位置選擇上，要根據配電的對象的位置上進行綜合的選擇，以使配電線路盡可能短；②現場的配電線路應為直線，遇到需要轉變方向的，角度應該為90 度；③隨著施工進度的前進，現場供電線路整體趨于簡化，基于這一特點，在后面階段的施工用電的過程中，可以保留并利用上一階段留下的配電線路。

4 臨時用電安全技術措施

在臨時用電的工作過程中，技術人員應該做好以下工作[7]：①在敷設或者架設線路之前：1）根據設計方提供的圖紙，明確施工場地方向、范圍，熟悉周圍外電系統情況，初步判斷施工現場線路走向以及配電箱的設置位置。2）對將投入現場使用的機電設備、機械工具等進行初步檢查，以確保不留下安全隱患。3）對現場相關作業人員辦理安全技術交底，使他們能安全用電，熟知夯土、焊接、手持電動工具時需要注意的事項。②在正式開始安裝機電設備時，現場配電線路的敷設、架設應有專業電工在旁指導，總配電箱、分配電箱、開關箱的進出線應由專業電工安裝，其他作業人員不可擅自操作，否則會留下安全隱患。③在機電設備投入使用之后，應定期由專業電工在做好防護措施的前提下對配電線路、配電箱、開關箱定期進行檢查，并記錄檢查情況。④現場機電設備也應由電工定期檢查維修檢修內容主要在于接地、進出線接口、漏電保護器等。同時，對施工過程中的三個階段不同種類的機電設備，應分別指定專人負責檢查、維修，并且由現場安全員統一管理。

5 結論

實現施工現場臨時用電安全，首要就是必須加強臨時用電的技術管理工作。在工程開工前必須編制臨時用電組織設計或臨時用電方案。掌握工程施工機械用電負荷的計算方法，熟悉施工場地安全用電措施，是提高工程質量和工程效益的保證。