長大隧道施工供電方案研究

（中鐵十一局集團(tuán)第一工程有限公司，湖北襄陽 441000）

1 工程案例

本次施工段有3座特長隧道，長度分別為左洞8 560 m、右洞8 562 m；左洞6 115 m、右洞6 087 m；左洞5 122 m、右洞5 130 m。

3座隧道均采用左右線進(jìn)、出口雙向掘進(jìn)施工，隧道襯砌內(nèi)輪廓斷面形式。拱高700 cm，上半圓半徑為535 cm的三心圓曲邊墻結(jié)構(gòu)，凈空斷面62.57 m2，周長為30.62 m。開挖斷面最大面積102.6 m2，隧道單口掘進(jìn)最大長度4 280 m，施工用電設(shè)備投入多，對臨時(shí)用電規(guī)劃提出了更高的要求。

2 長大隧道施工供電方案

2.1 供電原則

長達(dá)隧道工程量大，需要運(yùn)用大型機(jī)械設(shè)備，對電力要求較高。施工供電應(yīng)堅(jiān)持穩(wěn)定、安全、持續(xù)的原則，中途不可出現(xiàn)斷電或電壓不穩(wěn)定的情況，影響機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而影響工程質(zhì)量[1]。工作人員須明確施工用電需求，在此基礎(chǔ)上制定供電方案，以滿足各項(xiàng)用電需求，確保施工活動(dòng)順利開展。為了保證穩(wěn)定、安全供電，應(yīng)建立備用電源，為施工活動(dòng)開展提供支持[2]。

2.2 明確用電需求

用電需求是制定施工供電方案的前提條件，在正式施工前應(yīng)展開調(diào)查，明確用電量，保證供電方案制定的科學(xué)合理性。用電主要包括照明、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)、施工用電等，應(yīng)對用電量進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，控制其在合理范圍內(nèi)。

2.3 供電方案制定

工作人員應(yīng)開展調(diào)查，對相關(guān)用電信息進(jìn)行收集、整理、分析，以此作為供電方案制定的參考依據(jù)。長大隧道施工涉及多個(gè)部門，相互間應(yīng)加強(qiáng)交流，全面了解用電方案，避免供電方案出現(xiàn)漏洞[3]。供電方案確定后應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)，確定其是否滿足相關(guān)要求，如發(fā)現(xiàn)存在問題應(yīng)及時(shí)改進(jìn)，不斷優(yōu)化供電方案，增強(qiáng)方案執(zhí)行力。

3 長大隧道施工用電方案設(shè)計(jì)

3.1 變壓器站設(shè)置

3.1.1 變壓器容量確定

項(xiàng)目專用10 kV高壓電源，通過變電器將高壓電源降至380 V的工程施工用電以及220 V的照明電壓，供電范圍應(yīng)在1 200～1 500 m。工作人員應(yīng)確定總用電功率，選用對應(yīng)的功率變壓器，再對應(yīng)配置各類配電開關(guān)設(shè)備和電纜。計(jì)算其電量：

式中：P計(jì)——總用電功率（kWh）；K1、K2、K3——隧道內(nèi)用各類用電設(shè)備同時(shí)使用系數(shù)；∑P1、∑P2、∑P3——隧道內(nèi)各種用電設(shè)備額定功率（kVA）；cosФ——用電設(shè)備功率因素，施工最高參考值為0.75～0.78，一般取為0.65～0.85。

（1）高壓進(jìn)洞前（1 500 m內(nèi)），洞口安裝3臺(tái)1 000 kVA變壓器，左右兩個(gè)洞共用3臺(tái)變壓器，風(fēng)水電均由洞外向洞內(nèi)供應(yīng)。

1 500 m前用洞口變壓器負(fù)荷計(jì)算如表1所示。

表1 1 500 m前用洞口變壓器負(fù)荷計(jì)算

由表1可知，計(jì)算視在功率合計(jì)為2 395.9 kWh，同期系數(shù)為0.8，1 500 m以內(nèi)施工設(shè)備用電負(fù)荷為2 108 kVA，在洞口安裝2臺(tái)1 000 kVA變壓器，加上變壓器正常允許過負(fù)荷功率，滿足用電需求。

（2）高壓進(jìn)洞后（1 500 m以外），空壓機(jī)進(jìn)洞、洞內(nèi)增加射流風(fēng)機(jī)，洞外只保留主通風(fēng)機(jī)，高壓進(jìn)口后左右洞各進(jìn)1臺(tái)1 000 kVA變壓器，使用單洞用電負(fù)荷。

（3）高壓進(jìn)洞后，洞外主要用電設(shè)備為洞口主風(fēng)機(jī)以及1 500 m前的洞內(nèi)照明和抽水設(shè)備。

1 500 m高壓進(jìn)洞后洞口用電負(fù)荷計(jì)算如表2所示。

表2 1 500 m高壓進(jìn)洞后洞口用電負(fù)荷計(jì)算

1 500 m高壓進(jìn)洞后洞內(nèi)用電負(fù)荷如表3所示。

表3 1 500 m高壓進(jìn)洞后洞內(nèi)用電負(fù)荷計(jì)算

由表2、表3可知，計(jì)算視在功率合計(jì)為1 045.9 kWh，同期系數(shù)為0.8，高壓進(jìn)洞后洞口剩余用電負(fù)荷920.4 kVA，洞口設(shè)置一臺(tái)1 000 kVA變壓器，滿足供電需求；計(jì)算視在功為923.3 kWh，同期系數(shù)為0.8，計(jì)算負(fù)荷812.5 kVA，在左右洞安裝1臺(tái)1 000 kVA變壓器，滿足洞內(nèi)供電需求。

3.1.2 變壓器站設(shè)置方式

當(dāng)隧道一側(cè)行駛不到1 500 m時(shí)，可通過增大電纜直徑、減小電阻度以減少電壓損失，在隧道內(nèi)增加電壓穩(wěn)定設(shè)備以確保出口電壓，保證隧道施工中的正常能耗。當(dāng)隧道進(jìn)尺超過1 500 m后，由于線路電損、設(shè)備功率要求提高，洞口變壓器站無法滿足洞內(nèi)施工需要，可采用高壓分布方式進(jìn)入隧道，滿足隧道施工要求，主變壓器移動(dòng)1 000 m左右。

變壓器必須位于運(yùn)行和維護(hù)方便的位置，地基穩(wěn)固、安全和可靠的地方。

（1）隧道洞外變壓器靠近洞口空壓機(jī)房設(shè)置，充分考慮與電源T接方便等因素，減少線路損耗。

（2）隧道變壓器應(yīng)安裝在橫貫通道或隧道室內(nèi)，變壓器與周圍上下隧道壁之間的距離不小于30 cm，按照規(guī)定的要求安裝警示裝置及安全防護(hù)。

3.2 供電線路選擇與架設(shè)

隧道施工用低壓電力線采用三相五線TN-S系統(tǒng)，供電電壓為400/230 V，額定功耗電壓為380 V。施工地段隧道照明電壓不超過36 V，完成時(shí)不超過220 V。

為解決大長隧道供電電壓下降過大的問題，采用高壓隧道方式，在隧道區(qū)鋪設(shè)高壓電纜，引入10 kV高壓電力，在隧道內(nèi)設(shè)置變壓器站，降低400/230 V低壓電力供隧道使用。

3.3 線路架設(shè)

隧道供電線路布置如圖1所示。

圖1 隧道供電線路布置

（1）主輸電線路或電力線和照明線路安裝在同一側(cè)時(shí)必須分層。架設(shè)原理為高壓上升，低壓下降；干線上升，支線下降；動(dòng)力上升，照明下降。隧道電力線設(shè)在風(fēng)力水管道的另一側(cè)，電力線懸掛高度與行人地面之間的距離大于2.5 m。

（2）結(jié)合隧道施工特點(diǎn)，電線路架設(shè)分兩段進(jìn)行，在未襯砌段（仰拱端頭至掌子面）臨時(shí)電路應(yīng)使用橡膠鋪設(shè)電纜，固定線路應(yīng)使用橡膠絕緣的電線鋪設(shè)在成洞地段，導(dǎo)線固定方式采用絕緣瓷瓶支承。

（3）低壓隧道系統(tǒng)布置采用三相五線制TN-S接零保護(hù)和三級(jí)配電、兩級(jí)漏電保護(hù)系統(tǒng)。三級(jí)配電系統(tǒng)設(shè)置總配電箱、分配電箱、開關(guān)箱，分別設(shè)置配電與照明配電，分別設(shè)置電源開關(guān)箱和照明開關(guān)箱，兩級(jí)漏電保護(hù)分配電箱和開關(guān)箱由漏電保護(hù)開關(guān)保護(hù)。

3.4 接地與保護(hù)

專用變壓器供電的TN-S接零系統(tǒng)保護(hù)中，電氣設(shè)備的金屬外殼連接零線。零線由變壓器的工作接地線或總配電室電源側(cè)零線引出并單獨(dú)敷設(shè)，保護(hù)零線除在配電室或總配電箱處做重復(fù)接地外，在配電系統(tǒng)的中間處和末端處進(jìn)行重復(fù)接地，重復(fù)接地線與保護(hù)零線相連接。電力變壓器工作接地電阻值不大于4 Ω，保護(hù)零線每一處重復(fù)接地裝置的接地電阻值不大于10 Ω。

4 結(jié)語

綜上所述，長大隧道規(guī)模比較大，在施工中應(yīng)進(jìn)行供電專項(xiàng)設(shè)計(jì)，電力資源為隧道施工提供動(dòng)力，保證機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為高效施工創(chuàng)造條件。長大隧道距離較長，專項(xiàng)的供電設(shè)計(jì)較為重要，掌握長大隧道施工特點(diǎn)，科學(xué)合理設(shè)計(jì)供電方案，保證滿足施工要求，在工期內(nèi)完成建設(shè)任務(wù)。