長大隧道施工臨電設(shè)計(jì)與布置分析

羅晗

中鐵十二局集團(tuán)第七工程有限公司 湖南 長沙 410000

前言

長大隧道施工機(jī)具設(shè)備多，電力負(fù)荷消耗大，需詳細(xì)計(jì)算電量，確保變壓器、電力線路等滿足施工用電需求，為隧道施工提供先決條件。同時(shí)因隧道施工距離長，電壓較大，因此應(yīng)考慮“高壓進(jìn)洞”，盡量減少線路電量損耗。本文詳細(xì)介紹了關(guān)虎沖隧道施工臨時(shí)用電變壓器的選擇、電力線路的布置等，對(duì)于相關(guān)長大隧道施工用電布置具有一定的指導(dǎo)意義。

1 工程概況

關(guān)虎沖隧道為雙向四車道分離式隧道，我公司施工關(guān)虎沖隧道溆浦端，其中左洞施工全長2538m，右洞施工全長2560m。隧道用電從辰溪縣火馬沖鎮(zhèn)的10KV電網(wǎng)線路進(jìn)行“T接”架設(shè)10KV線路約9000m至臨時(shí)變電所，經(jīng)變壓器變電后供各施工用電點(diǎn)。高壓架空線選用鋼芯鋁絞線，進(jìn)洞高壓線采用高壓電纜。左右洞分別為兩個(gè)施工勞務(wù)隊(duì)伍，總共施工人數(shù)192人，各種用電機(jī)具設(shè)備共92臺(tái)套?，F(xiàn)場施工用電電壓380V，照明用電電壓220V。

2 變壓器的計(jì)算選擇

變壓器的選擇需滿足現(xiàn)場施工最大用電負(fù)荷，根據(jù)計(jì)算現(xiàn)場施工用電負(fù)荷如下。

2.1 施工機(jī)具功率表

單個(gè)隧道施工作業(yè)面施工機(jī)具設(shè)備功率如表1所示：

表1 單個(gè)隧道工作面施工機(jī)具功率表

2.2 總功率計(jì)算

根據(jù)上表，按照電路最大負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，投入的所有機(jī)械設(shè)備，按照下列公式計(jì)算功率：

ΣP：高峰時(shí)工程選用的機(jī)械設(shè)備情況用電量，平均功率因素cosφ取0.85，安全備用系數(shù)K取1.05；

ΣP1：電動(dòng)機(jī)總?cè)萘浚较禂?shù)K1取0.6，

ΣP1=1165.5kW（根據(jù)上表的機(jī)械設(shè)備算得）；

ΣP2：電焊機(jī)總?cè)萘?，同步系?shù)K2取0.6，

ΣP2=14kW；

ΣP3：生活用電，同步系數(shù)K3取0.8，ΣP3=50kW；

ΣP4：洞內(nèi)照明，同步系數(shù)K4取1.0，ΣP4=30kW；

表2 同步系數(shù)表

經(jīng)計(jì)算得出高峰用電總功率ΣP=946.16KVA，因此單洞需在洞口設(shè)置1000KVA變壓器一臺(tái)。

3 高壓進(jìn)洞

考慮施工用電線路長，功率損失大，因此考慮在洞內(nèi)增設(shè)一臺(tái)變壓器，維持洞內(nèi)施工設(shè)備功率需求；同時(shí)采用高壓進(jìn)洞形式，減小長距離施工帶來的電壓降。

根據(jù)用電規(guī)范，動(dòng)力電路及220V線路末端的電壓降不得超過5%。配電導(dǎo)線截面的電壓降可按下式計(jì)算：

ε－導(dǎo)線電壓降（%）

ΣP－洞內(nèi)負(fù)荷計(jì)算功率（kW），根據(jù)機(jī)械設(shè)備功率表隧道洞內(nèi)用電主要為4-8及10、11項(xiàng)，計(jì)算得出功率為189.5kW；

L－各段線路長度（m），即供電距離；

C－材料內(nèi)部系數(shù)，取值46.3；

S－線路截面積，關(guān)虎沖隧道所用為185mm2鋁芯線。

計(jì)算得出L=2260m，按照此計(jì)算洞外變壓器能達(dá)到的最大施工長度為1130m。因此需在1130m以內(nèi)增設(shè)一臺(tái)變壓器，以保證洞內(nèi)設(shè)備的正常運(yùn)行。關(guān)虎沖隧道洞外單洞采用1000KVA變壓器一臺(tái)，洞內(nèi)在4#人行橫洞位置（距離洞外變壓器位置1000m左右）設(shè)置一臺(tái)800KVA變壓器，該臺(tái)變壓器為左右洞共用。該變壓器主要承擔(dān)臺(tái)車、輸送泵、混凝土噴射機(jī)、掌子面照明等掌子面施工機(jī)具需求，另外還需承擔(dān)巷道式通風(fēng)30kW射流風(fēng)機(jī)共4臺(tái)，經(jīng)計(jì)算單洞功率309.5kW（洞內(nèi)設(shè)備機(jī)具計(jì)算功率189.5kW，射流風(fēng)機(jī)功率120kW），考慮線路損耗等，雙洞共用800KVA變壓器滿足施工要求。該變壓器直接從隧道外高壓端接高壓電纜進(jìn)洞，高壓電纜鋪設(shè)于成型的電纜溝內(nèi)，以保證用電安全。高壓電纜采用3*70帶鎧鋁芯線。具體線路布置見圖1所示：

圖1 高壓進(jìn)洞線路布置圖

4 電力線路布置

電力線路總共分兩套線路進(jìn)行布置，一套為隧道洞口變壓器自洞口接入至新增變壓器段，電力線路采用185mm2鋁芯線；一套為洞口高壓端接入至新增800KVA變壓器，再從新增變壓器接入至施工掌子面，洞口高壓端至新增變壓器段采用3*70帶凱鋁芯線，新增變壓器至施工掌子面采用185mm2鋁芯線。

5 備用電源

為保證施工連續(xù)性，當(dāng)主用電力線路出現(xiàn)故障時(shí)，必須保證混凝土、供水、照明等重要工序的施工，因此必須考慮布置備用電源。備用電源采用發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)組功率必須大于洞內(nèi)施工連續(xù)必需的機(jī)具設(shè)備功率。因此據(jù)此計(jì)算，停電后必須使用的機(jī)具設(shè)備同時(shí)使用功率為：

ΣPs=混凝土輸送泵（75kW）+2臺(tái)水泵（1臺(tái)7.5kW潛水泵+1臺(tái)3kW水泵=10.5kW）+JS500攪拌機(jī)（50kW)+臺(tái)車(20kW)+1臺(tái)噴射機(jī)（5.5kW）+隧道照明（30kW)=191kW。

則計(jì)算功率ΣPjs=ΣPs/cosφ=224.7kW，因此選用一套300kW柴油發(fā)電機(jī)組可滿足停電后連續(xù)施工需求。

6 臨時(shí)用電設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)

（1）洞內(nèi)低壓端電力線路采用三相五線制，統(tǒng)一懸掛于洞壁一側(cè)離地面2.5m。（2）洞內(nèi)照明采用節(jié)能燈，自低壓線路接入，每15m一個(gè)。（3）高壓進(jìn)洞電纜必須敷設(shè)于成型電纜溝內(nèi)，并進(jìn)行覆蓋保護(hù)，防止破損傷人。

（4）洞內(nèi)變壓器放置于人行橫洞內(nèi)，人行橫洞兩端必須進(jìn)行封閉處理，并放置警示牌，防止非電力施工人員誤入。

（5）配電箱、開關(guān)箱安裝要端正、牢固。配電箱裝設(shè)在堅(jiān)固的支架上，固定式配電箱其下皮與地面垂直距離為1.4m，移動(dòng)配電箱下皮距地面為1.2m。配電箱采用1.5mm鐵皮配電箱。配電箱、開關(guān)箱中導(dǎo)線的進(jìn)線口各在箱體底面，進(jìn)出線口加護(hù)套，要求各箱進(jìn)出線排列整齊，電源線和引出線都注明每條線路的名稱和走向。

（6）開關(guān)箱由分配電箱配電，開關(guān)箱內(nèi)一機(jī)一閘漏電，嚴(yán)禁一閘多用。

（7）每臺(tái)用電設(shè)備應(yīng)有各自專用的開關(guān)箱，執(zhí)行“一機(jī)一閘一漏一箱”制。照明和動(dòng)力合用一配電箱，但照明和動(dòng)力分路設(shè)置，每一個(gè)配電箱照明部位安裝一個(gè)二級(jí)漏電保護(hù)器和刀閘開關(guān)。

（8）配電箱和開關(guān)箱應(yīng)統(tǒng)一編號(hào)上鎖，由專業(yè)電力人員負(fù)責(zé)維修。

7 結(jié)束語

本文通過關(guān)虎沖隧道施工臨電工程布置實(shí)例，詳細(xì)講述了長大隧道臨電工程的設(shè)計(jì)與布置方法?？偟膩碚f，隧道臨電工程設(shè)計(jì)的總體原則為滿足同時(shí)施工的機(jī)具設(shè)備最大功率要求，并盡量減小線路電力損耗和變壓器自身損耗，因此選擇合適的變壓器和高壓進(jìn)洞非常必要。最后總結(jié)了臨電工程布置的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)以后的長大隧道臨電工程施工具有一定的指導(dǎo)作用。

[1] 黃成光主編.公路隧道施工[M].北京:人民交通出版社,2001:72-73.

[2] JGJ46-2005.施工現(xiàn)場臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.

[3] GB50054-95.低壓設(shè)計(jì)配電規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1996.