高速公路施工縱向用電專線的應用探討

陸 嚴

(廣西八桂工程監理咨詢有限公司,廣西 南寧 530021)

0 引言

高速公路的建設實施,一般具有線路和工期長、工點分布多、人材機資源投入大、場地地形不佳和野外作業條件惡劣等特點。施工臨用電是施工生產保障與安全管控要點之一。駐地臨建和大型場站設施的集中建設以及標準化建設、橋涵與隧道施工等所需設備設施用電負荷大,需要根據施工進度部署、現場作業環境條件選擇合適的供配電方式,解決用電供能不足、不穩定、故障檢修過多和用電安全隱患整治等帶來的制約干擾。

1 施工縱向用電專線應用背景

廣州從化至清遠連州高速公路(以下簡稱廣連高速公路)是廣東省的重點建設項目,線路全長213 km,主線按雙向六車道設計,總投資約為330億元。廣連高速公路土建TJ02標,起止樁號為K19+866.958～K48+090,合同價約為28.7億元。標段長度為28.223 km,橋隧比為47.1%,特大橋2 座、大橋8 座、中小橋13 座,涵洞通道73 座,土石方1 635×104m3,服務區1 處,停車區1 處,樞紐互通2 處,一般互通3 處。沿線設預制梁場4 處、小構件預制場2 處、拌和站4 處、碎石加工場4 處、項目駐地4 處、工地試驗室2 處。累計投入塔吊12 臺、架橋機6 臺、龍門吊32 臺、掛籃6 套等各類設備。

該標段跨越廣州、清遠兩市特別是受廣州市行政管轄輻射的影響,用地、動火、涉電、涉管、涉路、涉林等許可與報備較多且受嚴控態勢。沿線企業工廠、農林農地、路網電網水域、西氣東輸與石油管道、國防電纜等分布較多,企業與居民的社會認知水平較高,對經濟生產建設乃至工程建設不良行為的監督與舉報投訴的積極性較高,涉及的行政和民事問題較多。駐地、拌和站、鋼筋場、預制場等基本設在項目紅線內或沿線側,遠離市區和人員密集區。施工用電量大,市電供應或自配大型發電機組很難從根本上全部解決用電高峰需求和持續穩定性。

在此背景下,通過設計并建設一條高壓專線供應沿線土建工程施工用電,確保施工生產用電的穩定。

2 施工縱向用電專線應用技術分析

2.1 施工縱向用電專線總體設計思路

總體設計思路是沿線設計并施工部署一條10 kV高壓主線供沿線施工使用,按屬地供電局的管理要求布設到現場指定位置,主線與各用電點距離為100～300 m。主要用電點從高壓專線電桿接出并安裝變壓器進行降壓、以低壓支線方式分別接入駐地、場站、橋涵施工工點等主要用電點,其他用電相對較小的工點則就近從低壓支線接電或自配小型發電機供電。

2.2 主要用電點及用電設備配設

清遠段擬設17個主要用電點,廣州段擬設15個主要用電點。

2.2.1 駐地用電設備

以電子顯示屏、辦公電腦、電風扇、空調、冰箱、飲水機、排煙機、抽風機、燒水與熱水器、飯堂蒸煮設備、車輛充電樁、高壓水泵、辦公及生活照明等為主,單個設備功率較小但數量眾多。

2.2.2 攪拌站和工地試驗室用電設備

以混凝土攪拌站大型成套設備設施、工地試驗室試驗儀器設備、高壓水泵、施工及辦公照明等為主,大型成套設備設施組合用電功率大。

2.2.3 預制場、鋼筋加工場用電設備

以龍門吊、空壓機、高壓水泵、鋼筋加工設備、電焊機、澆筑振動設備、張拉壓漿設備、施工照明等為主,設備用電功率較大耗電較多。

2.2.4 碎石加工場用電設備

以破碎機、振動篩、制砂機、電焊機、維修車間、施工照明等為主,設備用電功率較大耗電較多。

2.2.5 橋涵施工工點用電設備

以沖孔樁機、空壓機、高壓水泵、鋼筋加工設備、電焊機、澆筑振動設備、墩柱模板平臺一體化頂升設備、塔吊、架橋機、掛籃設備、施工照明等為主,設備用電功率較大耗電較多。

2.3 主要用電點變壓器容量計算和配置

單個用電點設備總用電量的簡化計算采用以下公式:

(1)

式中:Si——某用電點供電設備總需要容量;

P1——電動機額定功率容量;

∑P1——全部電動機額定總量之和;

S2——電焊機額定容量;

S3——室內照明和電熱設備容量;

S4——室外照明設備容量;

1.05——功率損失系數;

cosδ——用電設備平均功率因數,建筑工地一般取0.75;

K1——電動機同時系數,一般10臺以下取0.75,10～30臺取0.7,30臺以上取0.6;

K2——電焊機同時系數,一般10臺以下取0.7,10臺以上取0.6;

K3——室內照明系數,取1.0;

K4——室外施工用電系數,取0.8。

通過計算單個用電點設備功率容量、匯總求和單個用電點的總用電量后,再取1.05倍的用電備用系數進行修正,以此類推計算得到各個主要用電點的變壓器容量需求。

根據屬地供電部門的規定,變壓器容量在500 kVA內,可用抬架式放置即兩根電桿中間架一平臺放置;>500 kVA的,應使用箱式變壓器。抬架式變壓器安裝較簡單、工期短、成本低。在滿足用電負荷的前提下,主要用電點每臺變壓器容量一般控制在500 kVA內、超過該容量則優先采取增加變壓器數量進行組合配置。如變壓器需求容量為465 kVA,配置一個500 kVA變壓器;變壓器需求容量為771 kVA,則配置500 kVA和315 kVA變壓器各一個。清遠段配設630 kVA變壓器1臺、500 kVA變壓器20臺、400 kVA變壓器1臺、315 kVA變壓器8臺、200 kVA變壓器1臺;從化段配設800 kVA變壓器3臺、500 kVA變壓器12臺、315 kVA變壓器1臺。

2.4 線路電纜選型和電氣配置

根據不同用電設備負荷和各級配電箱的負荷要求,計算一級供電每段工作線路電流大小并查表配置電纜線大小規格。電纜線以鋁芯材質為主,電纜的線型考慮發熱系數的修正,每段長度相對較短則不考慮電降壓影響。一級配電,以電纜線明敷設為主、過路段埋地敷設為輔。變壓器一級配電后,電纜線埋地敷設到二級配電箱,過路段根據實際情況架空或埋地,埋地深度≥70 cm。每一層級的配電柜或電箱均按規定設置相應的隔離、短路、漏電開關等電氣保護裝置,滿足線路安全用電要求。

以積余大橋1#500 kVA變壓器供電線路為例,施工區域供配電布局如圖1所示,所需主要材料配置如表1所列。不同用電負荷的線路和電氣配置根據實際情況配設,均有所不同。

圖1 施工區域供配電布局簡圖

表1 積余大橋1#500 kVA變壓器供電線路所需材料配置一覽表

2.5 電氣安全技術防范措施要點[1-3]

(1)變壓器和供電柜:專項設計專項配置。

(2)一級配電箱、二級配電箱配設。一級配電箱主要選用TMY6.3×80的母線排分別并聯3組漏電斷路器作為主供電回路,根據電流大小配置合適的漏電保護器。二級配電箱選用TMY5×40的母線排分別并聯3組斷路器。一級配電箱每個回路裝配一套電能表,二級配電箱進線端裝配電能表,當設電流互感器時的二次回路須與保護零線有一個連接線點且嚴禁斷開電路。漏電保護器額定漏電動作電流應>30 mA、動作時間應≤0.1 s。

(3)三級配電箱及設備專用開關配設。三級配電箱分設動力箱和照明箱,每臺設備設專用開關(箱),實行“一機一閘一漏一箱”。使用移動式開關箱時,要求應置于牢固的支架上,不得隨意拖拉。金屬板與配電箱箱體作電氣連接,對用電設備電纜采取橡膠護套軟電纜進行防護。配電箱和開關箱的結構材質和安裝支撐件要求具有一定強度,且防雨防塵耐銹。

(4)保護接地。對供配電線路系統和攪拌站、鋼筋場、塔吊、龍門吊、備用發電機組等主要大型設備設施,按照要求設置保護接地,接地電阻應≤4 Ω。

(5)保護接零。主要采用三相五線制TN-S系統,電氣安全性相對高。要求PE線一般不許斷線,在供電末端將PE線重復接地。

(6)漏電保護。施工現場的總配電箱至開關箱應設至少兩級漏電保護器,具備分級保護的功能。

(7)防雷措施。考慮項目沿線強雷區的影響,高于15 m以上孤立高聳建筑物按第三類防雷建筑物要求采取防雷接地措施。高壓架空主線路及變壓器高低壓兩側均裝設避雷器,攪拌站罐頂裝設避雷針,罐體連接引線與防雷接地體連成一體,接地電阻應≤4 Ω。

(8)電氣火災防范措施。主要做好日常施工臨用電巡查和檢修維護,規范用電作業許可和工藝操作,關注森林火災和高溫雷雨天氣對電氣消防的潛在隱患。

3 施工縱向用電專線應用的安全管理要點[4]

施工縱向用電專線和現場臨用電應用涉及組織策劃、作業許可與資質報備、線路方案設計與建設實施、日常安全巡查與維護責任等安全管理事項。

(1)線路區域以高山密林為主,跨越農林農地、河流村道等,森林消防、用地許可、跨線占線等施工督查嚴格,電桿電線的架設難度較高、協調工作量較大。

(2)橋涵施工工點多,樁基、塔吊、電焊機等施工機械數量多;預制梁場、鋼筋加工場、碎石加工場等場站大型設備設施、架橋機和龍門吊等起重設備耗電大,對供電電源的選點和電纜電線的鋪設要合理安全、規范有序。

(3)雨季汛期期間,施工基坑與低洼區、作業梯籠與支架基礎、駐地與場站等排水不佳易積水積泥、淹埋電纜或用電設備。項目所屬廣州從化區、清遠清城區等均屬于強雷電極易易發區,對電氣防水絕緣、漏電保護、防雷技術措施的安全可靠性要求高。

(4)結合項目建設要求,施工標段進行組織策劃,確定施工臨用電建設實施方式,進行工程量和造價估預算、分包洽談等。

(5)施工標段結合總體施工組織設計和大臨設施建設、主要施工工點等布局情況,進行沿線線路初步調查、規劃和資料準備工作。

(6)選擇并委托專業作業隊伍編制臨時用電施工專項方案,完善專項方案和分包隊伍資質的相關審核、審批、報備流程。

(7)施工縱向用電專線的建設實施與拆除恢復或移交,需統籌規劃和設計,結合駐地與場站建設、現場橋涵施工工點作業進度情況分步驟、分區域推進用電線路的架設。

(8)施工前,參照危險性較大分部分項工程開工前安全生產條件核查的要求,總監辦應督促施工標段完善風險辨識管控和應急預案措施、方案技術交底、隊伍教育培訓、作業人員資質與機械設備復核、取得相關作業許可手續等。

(9)各個用電點的供配電系統建設完成后,應經過施工標段機務、工程、安全部以及總監辦安全部等的檢查確認。

(10)從施工臨用電的電氣安全性、調度維修和現場作業隊伍的使用角度出發,對施工縱向用電專線和三級配電設施實施分級分區管理,如圖2所示。預制梁場、鋼筋加工場、橋涵現場工點等現場作業隊伍一般負責用電設備至二級配電箱出線端的管理維護;施工標段項目本部或分部工區、主要用電工點的項目區域專職電工一般負責二級配電箱進線端至一級配電箱出線端的管理維護;對項目自配的大型發電機組、項目駐地內的線路系統,仍由項目區域專職電工負責;專線隊伍一般負責高壓專線、低壓支線至二級配電箱進線端的管理維護。

圖2 臨用電分區層級管理示意圖

(11)做好變壓器、線路線纜和配電箱的日常運行檢修制度,落實動火作業許可、協調溝通和現場督查指揮,將供電專線建設與實施情況納入施工標段和總監辦的日常安全巡查事項,督促及時進行電氣裝置和用電設備的停電清掃、維護保養和隱患排查處置。

4 結語

通過設計并建設一條高壓專線供沿線施工使用,借助電力作業隊伍的專業技術力量并在變壓器高低壓側管理的基礎上擴大一、二級供電的層級管理與維護,有效解決高速公路施工現場私自亂接亂搭、敷設不規范、用電隱患問題多、現場班組違規違章用電等問題,確保施工用電的持續穩定和安全高效,很好地起到了“施工縱向交通便道”電路暢通和電路安全的作用。