淺談TBM施工現場節約用電方案

劉建成

（中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧沈陽 110179）

0.概述

引綽濟遼輸水工程隧洞段施工二標項目位于內蒙古自治區興安盟，隧洞采用鉆爆法+開敞式TBM施工方法。兩臺TBM掘進長度分別為19km。根據工程施工特點，鉆爆與TBM掘進的連續性較差，周期變化較大，用電有高峰有低谷，供電系統中各級變壓器的負荷變化大，且日平均負荷率較低，變壓器在較低負荷下運行時，輸出的有功功率少，但使用的無功功率并未減少，功率因數低，電能損耗大。針對本工程施工現場生產、生活用電各環節中電能的損耗和浪費現象，采取的節約用電方案如下。

1.正確選擇變電所位置

據負荷的容量和分布，配變電所宜靠近負荷中心[1]。變電所0.4kV有效供電半徑一般不超過500m，對于施工現場用電設備容量大和數量多的情況，可分別設置多個變電所為其供電，使其盡可能的縮短線路供電距離，以減少線路電壓降的影響和降低線路的損耗。據資料介紹當10kV供電線路負荷500kVA，一年內用電時間2000h，變電所向負荷中心移動180m，一年內節約用電5320kW·h，而180m高壓架空線路與多回路長距離低壓電纜相比，投資是微乎其微的。由此可見，確定好變電所位置是節約電能的主要途徑之一。

2.提升線路功率因數

提高功率因數的辦法是在于如何減少系統中所需的無功功率，主要是減少負載需要的無功功率。施工現場線路的功率因數一般普遍較低，約為0.75左右，從這個關系式P=√3UIcosφη中可以看出：當P輸出功率一定時，cosφ變小，則I變大，可見線路損耗增大；若線路電壓降不變，當cosφ變小時，則P變小，顯然同樣設備的有效輸出容量減小，造成了設備浪費及增加了投資。根據以上分析：（1）從提高電動機、變壓器的負載率，盡可能的使供電線路布置趨于合理來提高功率因素。（2）可以在線路中并聯接入電容器的方法，利用電容電流補償電感電流，達到補償感性負載消耗的無功功率，以提高功率因數及降低電能損耗。例如，工地使用315kVA箱式變一臺，高壓側設置有功、無功電能表，低壓側設置電流表、電壓表，抄錄一天消耗的P有功電能、Q無功電能，按照tgφ=Q/P，得到φ角為52.42度，cosφ=0.61。電流表顯示在390A范圍內波動，315kVA變壓器的額定電流455A，可見負載電流達到了額定電流的86%，但是按照P=√3UIcosφη得到此變壓器輸出實際功率為165kW，說明此供電系統的損耗較大，而設備的利用率卻很低。針對這種情況采取電容補償來提高功率因數，將功率因數補償到cosφ=0.95,電流I=P/√3Ucosφη＝251A，因線損與電流平方成正比，與補償前電流390A相比，線路損耗降到原來的41%。因電流僅有251A，輸出功率計算僅有165kW，因此可選用250kVA變壓器替代，其額定電流為360A，而負荷電流251A只占額定的70%，還有30%的裕量。由此可見，采取并聯電容器的補償方法，不僅提升了功率因數、還改善了用電的質量，節約了電能、減少了投資。

3.改善用電設備效率

電動機是工地現場消耗無功功率主要設備，電動機運行時需要的無功功率一般超過總用電功率的65%，Y、Y2、Y3系列的老式電動機仍在現場使用，應選用新型YE3等系列超高效節能電動機，其損耗較Y系列下降35%左右。現場使用的電動機一般處于輕、重載交替或輕載下運行，功率因數、效率較低，電能損耗較大。因此除電動機容量要按照負載特性和運行狀況適當選擇以外，還需安裝自動轉換節電裝置（如變頻器等），以提高電動機輕載時功率因數及效率，節約有功電能和降低無功損耗。電焊機是施工現場經常用的設備，因間斷工作，大部分的時間處在空載下運行，消耗電能較大；在其供電回路中加裝空載自動延時斷電器，可限制其空載損耗，是一項行之有效的節電措施。經對一臺40kVA交流電焊機，每天按8h計算，加裝斷電器后，可節約有功電能8kW·h、無功電能25kvar·h，節電效益一年內可收回設備成本。另外，施工現場照明應選用LED燈具或燈帶等高效節能型產品。

4.保持三相負載平衡

低壓配電系統三相負荷宜保持平衡，最大相負荷不宜超過三相負荷平均值的115%，最小相負荷不宜小于三相負荷平均值的85%[2]。為達到施工用電三相負載平衡，在變配電工程設計期間就應該充分考慮，按照不同用電設備的負荷性質分類，盡可能做到三相負載趨于平衡。例如工地電纜每相電阻R=0.3Ω,中性線電阻R0=0.3Ω，經測試三相電流不平衡，Ia=60A、Ib=40A、Ic=20A，用對稱分量法計算中性線電流：I0＝√Ia2＋Ib2＋Ic2-(Ia×Ib)- (Ia×Ic)-(Ib×Ic)≈32(A)；按照公式P=UI=I2R三相電流不平衡時的電能損失：P1＝[(Ia2+Ib2+Ic2)R+I02×R0]/103≈1.9(kW)；三相電流平衡時(Iabc=40A，I0=0)電能損失：P2＝3×Iabc2R/l03≈1.4(kW)；年電能損耗：P3＝(Pl-P2)×365×24≈4380(kW?h)；可知平衡三相負載的接線，可以節約大量電能。

5.加強現場用電管理

加強用電管理，減少不必要的電能損耗[3]。

（1）克服臨時用電湊合的觀點，應選用合格的電線電纜，嚴禁使用斷股、斷芯破舊的線纜，以防止線徑不足或接觸不良發熱等，造成電能消耗，引起火災發生。

（2）臨時用電應嚴格按照規范進行施工，接線時應選用合格接線端子，不得直接纏繞在端子上接線，銅鋁連接必須裝設銅鋁過渡接線端子，克服電化學腐蝕而引起的接觸不良發熱現象。

（3）在施工現場電源搭接作業前，應向現場主管部門提出申請，并注明負載性質和用電容量，經主管部門批準后，按照指定的線路及接線部位搭接電源，未經主管部門允許，不得擅自在線路上亂接電源。

6.TBM及其附屬設備節電措施

針對TBM及其附屬設備運行中存在電能損耗和浪費現象，現主要從以下幾個方面采取節約電能措施：

（1）合理調整變頻器使用頻率。因本項目TBM現階段掘進、通風距離較短及洞內空氣質量優，在滿足工作面所需供風量前提下，可適當調整降低變頻器的輸出頻率，減少通風機組的功率輸出，使其處在輕載下運行，又因通風機組需連續長時間工作，因此不僅節約了電能，還延長了設備使用壽命。

（2）杜絕設備非工作需要空載運行。在TBM掘進與皮帶機運行配合方面，在TBM停機時皮帶、油泵等啟停配合方面，存在設備長時間空載運行及功率損耗大的現象，可根據現場具體情況，及時做好各設備之間的啟停調整，以提高設備有效利用率，節能降費。

（3）注重現場巡查及時做好檢修處理。對TBM上的油系統、水系統、壓縮空氣系統等做到經常巡查，對長距離供排水系統等做到每班巡查，如發現有泄漏、滲漏現象及時處理或檢修，以提高油泵站、水泵及空壓機等設備有效利用率，減少設備頻繁啟動，降低功率損耗。

（4）結合現場實際確定關停無用設備。因洞內環境溫度低和TBM外循環水溫度可控，水冷機組制冷效果起不到應有作用，經研究確認后現已關停該設備，節約了電能。

7.結語

因施工現場的電能損耗和浪費現象比較嚴重，多數施工現場缺乏完善的節約用電方案。因此項目應從變配電系統設計開始，正確計算用電負荷及用電量，合理選配節能用電設備，科學考慮變配電設備及線路的布置，注重安裝質量，加強用電管理，制定節約用電措施及獎懲辦法，使得施工現場電能損耗和浪費降到最低限度，以減少項目施工成本和提高經濟效益。希望本文粗淺總結能為今后TBM施工現場節約用電積累經驗，并提供參考與借鑒。