基于掘進機及隧洞臨時用電供電設計

于方，李春青

（中交水利水電建設有限公司，浙江 寧波 315200）

掘進機作為隧洞工程中的一個重要機械設備，擔負著隧洞開挖處理的重要功能，工區供電可靠性是工程的重要基礎，本文依托貴陽花溪輸水隧洞工程，對隧洞掘進設備及隧洞臨時供電進行研究，重點闡述隧洞掘進機的供電變壓器選型及供電設計中的保護措施。

1 工程概況

花溪水庫至南郊、中曹水廠輸水工程是以輸水為主的中型水利工程，工程建設地點為貴陽市花溪區、經開區、南明區。由花溪水庫至南郊水廠輸水工程、花溪水庫至中曹水廠輸水工程組成，本標段隧洞總長度5.78km，由花溪水庫取水后由北向南，經過金竹互通、甲秀南路，在金竹立交附近設置分水口，分開后，一支經花南隧洞往南方向接南郊水廠，一支經花中隧洞往東方向接中曹水廠（圖1）。

圖1 施工平面圖

2 掘進機設備資料

該掘進機（圖2）為徐工集團出品，整機功率為387kw，額定電流400A其中切割電機功率為230kW，額定電流141.6/105.5（A），油泵電機功率110kW，額定電流67.6/117（A）二運電機15kW，額定電流31.6（A），設備額定電壓為1140V。

圖2 掘進機

3 負荷計算及變壓器選擇

3.1 設計原則

掘進機及隧洞臨時用電供電設計依據相關規范、標準、導則，以滿足需求為導向，為建設結構合理、安全可靠、經濟環保、技術先進、信息暢通的配電為目的：（1）提高供電能力，滿足用電增長需求，逐步提高電能質量；（2）提高供電可靠性和供電安全保障能力；（3）提高設備運行的經濟性。

3.2 接線方式

本工程接線均為單輻射線路，對施工場地專變供電。

3.3 負荷容量的確定

進行負荷計算時須將用電設備按性質分不同用電設備組，然后確定負荷容量，對不同負載持續率下的額定容量，應換算為統一負載持續率下的有功功率，即負載功率P。

隧洞臨時供電，包括動力用電和照明用電，在計算用電量是，考慮下列幾點：（1）全工區使用的電動力機械設備，電氣工具和照明的用電數量；（2）施工總進度計劃中，施工高峰階段同時用電的機械設備最高數量。（3）各種電力機械設備在工作中的利用情況。

計算公式如下：

式中，P為計算用電量（kW），即供電設備總功率；Pc為全部施工動力用電設備額定用電量之和；Pa為室內照明設備額定用電量之和；Pb為室外照明設備額定用電量之和；K1為全部施工用電設備同時使用系數：總數10臺以內取0.75，10～30臺取0.7,30臺以上取0.6；K2為室內照明設備同時使用系數，取0.8；K3為室外照明設備同時使用系數，取1.0。

綜合考慮施工用電約占總用電量90%，室內外照明約占總用電量10%，則有

3.4 花南隧洞位置變壓器計算

3.4.1 主要用電設備及功率

本處變壓器主要承擔花南隧洞出口工程范圍內，生產用電及場內隊伍生活用電，主要設備表如表1。

3.4.2 用電負荷計算

3.4.3 變壓器容量計算

根據以上的施工機械用電負荷，進行變壓器容量計算，變壓器容量計算公式如下：

式中，P0為變壓器容量（kVA）；1.05為功率損失系數；Cosφ為用電設備功率因數，一般建筑工地取0.75。

表1

經計算得

P0＝ 1.4×662.53 ＝ 927.54（kVA）

根據計算所得

在花南隧洞位置設置1臺630kVA變壓器加1臺500kVA變壓器。

4 隧洞配電系統設計

4.1 配電線路，電纜選擇

根據系統負荷按經濟電流密度計算選擇導線截面：

式中，Iz為允許電流；P為用電負荷功率；Uc為工作電壓；cosφ為功率因數。

根據本標段變壓器容量和計算電流確定的本標段導線及電纜如下：花南隧洞變壓器容量為1130kVA，計算電流為65.2A，根據導線載流表及南網最低導線截面選擇要求，考慮導線的一定裕量和負荷的特殊性，電纜采用YJV22-8.7/15kV-3×70能滿足要求。表2為各截面的電纜長期允許載流量。

表2

4.2 配電裝置設計，電器選擇

為貫徹國家節能降耗要求，降低運行損耗，實現電網的經濟運行，本項目工程將采用S11系列變壓器。

根據當地供電局高壓供電方案，本工程采用高供高計的計量方式，計量點安裝新建戶外開關箱計量柜內 CT:100/5A 0.2S級 PT:10/0.1kV 0.2級 安裝三相多功能電能表3×100V 1(10)表計一塊，并安裝負荷控制終端一套（表3）。

4.3 防雷、接地裝置

（1）防雷。根據10KV及以下線路防雷要求，在新建戶外開關箱、箱變高低壓側均安裝避雷器，箱變接地電阻不應大于4Ω，重復接地電阻不應大于30Ω。

（2）接地。在配電變壓器側安裝接地裝置，接地裝置采用-50×5×6000扁鐵淺埋放射式，水平敷設，山體埋深為0.6米，耕地埋深0.8米，施工時要確保箱變接地質量，接地電阻應滿足表4要求。

表3 部分電氣設備選擇表

表4 接地電阻一覽表

4.4 安健環設施裝設

本工程安健環實施按照同時設計、同時施工、同時投入使用的原則進行配置，執行采用中國南方電網有限責任公司2015年23號文件《配電網安全設施標準》制作方案，進行安健環設施命名編號。

4.5 供電原理圖（圖3～7）

圖3 高壓系統接入方式圖

5 注意事項

（1）施工工程中應執行國際相關的施工和驗收規范。

圖4 一次主接線圖

（2）所有設備外殼、預埋件等均須按要求接地，應有兩點以上與主接地網連接。接地引線要求刷二層防銹漆和一層黑漆。

（3）低壓配電系統采用TN-S接地系統，配電系統低壓進線采用三相五線制，N線、PE線應嚴格區別，不得錯接。

（4）作好設備相序識別標識，在設備上均設“高壓危險”或“有電危險”標示牌。

（5）本工程電纜使用市政管道敷設。如市政電纜井發現破損及施工過程中產生破損，市政電纜井不符合市政電纜井相關規程規范，需將市政電纜井恢復，恢復標準符合市政電纜井相關規程規范。

6 結語

綜上，結合隧洞工程供電設計，臨時用電作為工程生產中的重要基礎，供電的可靠，經濟，安全都是供電設計中的重要依據，如何做好用電設備的負荷計算，線纜，變壓器的合理選型。防雷，以及線路的合理經濟規劃是我們最終的目的。

圖5 戶外開關箱配置圖

圖6 500kVA箱式變壓器高低壓系統配置圖

圖7 630kVA箱式變壓器高低壓系統配置圖