長(zhǎng)距離勘探平洞洞內(nèi)施工技術(shù)的供電方案

吳世友，韓樹海，李連鵬

（遼寧省第三地質(zhì)大隊(duì)有限責(zé)任公司，遼寧 朝陽122000）

1 引言

對(duì)于長(zhǎng)距離勘探平洞工作來說，洞內(nèi)施工的過程中需要及時(shí)供電，如果供電不夠平穩(wěn)和安全，就難以保證長(zhǎng)距離勘探平洞施工的效果。所以，分析長(zhǎng)距離勘探平洞洞內(nèi)供電非常有意義。

2 工程背景

豐寧抽水蓄能電站二期工程可行性研究階段廠房勘探平洞工程為一期勘探平洞的續(xù)作工程（在原有1 607m長(zhǎng)距離平洞的基礎(chǔ)上繼續(xù)向前開挖掘進(jìn)施工）。本工程擬在水道系統(tǒng)布置平洞PDS04（長(zhǎng)度為80m）、PDS05（長(zhǎng)度為200m），一期廠房平洞（PD1Y-1）向南繼續(xù)施工，穿過二期廠房左端墻60m，長(zhǎng)度為400m。共布置平洞3條，總長(zhǎng)度680m，備用200m【1】。

3 洞內(nèi)供電的變壓器站位置選定條件

1）由于平洞斷面小，不具備在洞內(nèi)設(shè)變壓器的條件，一般要設(shè)在洞口外附近；

2）平洞距離較長(zhǎng)，洞口外附近場(chǎng)地容許時(shí)，空壓機(jī)站可臨近變壓器設(shè)置，以便于管理；

3）隧洞較長(zhǎng)或施工機(jī)械用電需要變壓器進(jìn)洞時(shí)，應(yīng)選用礦用型并按電氣規(guī)程規(guī)定設(shè)置變壓器室，變壓器的高壓電源由電纜引入洞內(nèi)【2】。

4 供電方案比較選擇

考慮進(jìn)洞供電設(shè)計(jì)方案為3種：（1）低壓進(jìn)洞供電，即在洞外安裝變壓器，通過增大進(jìn)洞電纜斷面積、減小電纜電阻等方式，盡量減少到工作面的電壓降，從而滿足施工用電壓的最低需求；（2）高壓進(jìn)洞供電，在洞內(nèi)離工作面較近位置設(shè)置變壓器，將電纜引進(jìn)的高壓降壓，滿足用電需求；（3）低壓補(bǔ)償供電，通過洞內(nèi)中繼低壓補(bǔ)償設(shè)備提升電壓來滿足用電需求【3】。

根據(jù)以上3種方式，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，采用以下3種用電方式比選。

4.1 高壓進(jìn)洞直接變施工電壓

采用高壓鎧裝電纜把10kV高壓電引到平洞450m擴(kuò)大洞室段，再采用降壓變壓器把10kV高壓電變成380V低壓電滿足用電需求，但接地系統(tǒng)和安全防護(hù)費(fèi)用較高。

4.2 二級(jí)變壓

升壓變壓器把380V在平洞外升壓到一定值，再采用電纜（普通鎧裝護(hù)套），按規(guī)范要求引到平洞450m擴(kuò)大洞室段，再采變壓器把電壓降壓變成380V，通過穩(wěn)壓變壓器滿足用電需求。

4.3 洞內(nèi)低壓補(bǔ)償

先把10kV高壓電在平洞口變?yōu)?80V電，采用電纜（普通鎧裝）引到平洞1 600m擴(kuò)大洞室段，再引用低壓補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行電壓補(bǔ)償，達(dá)到可用電壓滿足用電需求。

通過上述方案比選，第3種方案對(duì)專業(yè)技術(shù)要求比較低，容易操作，安全防護(hù)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)效益好。根據(jù)勘探平洞的實(shí)際條件，本著節(jié)省工程成本的原則，選用第3種方案。

5 供電方案應(yīng)用

低壓補(bǔ)償?shù)挠秒姺桨高m用于長(zhǎng)距離平洞，解決因輸電線路過長(zhǎng)產(chǎn)生明顯電壓降問題，可適用于獨(dú)頭掘進(jìn)2～3km平洞。對(duì)于小斷面平洞，存在施工空間狹小，高壓進(jìn)洞防護(hù)復(fù)雜、保障安全困難、供電成本高，且和進(jìn)出頻繁的施工設(shè)備互相影響，而補(bǔ)償設(shè)備可以按需求靈活布置和增設(shè)、前移，從而滿足平洞施工用電需要。

長(zhǎng)距離平洞由于施工工作面的掘進(jìn)不斷延伸，低壓補(bǔ)償設(shè)備可以機(jī)動(dòng)跟隨前移。工作面到1 607m開始掘進(jìn)時(shí)，洞內(nèi)同時(shí)用電設(shè)備功率約100kW，洞外變壓器所供電壓產(chǎn)生壓降，供電損耗太大，若仍用洞外現(xiàn)有的200kV·A變壓器輸送供電，已不能滿足平洞洞內(nèi)實(shí)際用電需求，按照相關(guān)供電規(guī)范及施工經(jīng)驗(yàn)，380V三相線路供電長(zhǎng)度不宜超過800m，設(shè)備動(dòng)力線路及照明線路末端的電壓降幅度不得超過輸出電壓的5%。為解決施工用電問題，我們采用低壓補(bǔ)償來滿足供電需求。平洞內(nèi)施工設(shè)備功率見表1。

表1平洞施工設(shè)備功率

根據(jù)總用電量公式：

式中，P1為電動(dòng)機(jī)總功率；P2為電焊機(jī)總功率；P3為洞內(nèi)外照明總功率；cosΦ為電動(dòng)機(jī)平均功率因數(shù)，取0.8；K1取0.6，K2取0.5，K3取1.0，總需求系數(shù)取1.10。

經(jīng)計(jì)算，現(xiàn)場(chǎng)用電需求量為176kV·A，現(xiàn)場(chǎng)變電箱提供的用電量為200kV·A，即SZ=200kV·A，則SZ≥SSH，滿足施工用電需求【4】。

由以上設(shè)備功率實(shí)際組成情況，平洞（PD01）450m擴(kuò)大洞室位置前采用240mm2鋁芯電纜(空壓機(jī)就安放在該位置)，450～1 600m采用210mm2鋁芯電纜，1 600m之后采用150mm2鋁芯電纜，通過檢驗(yàn)，滿足施工現(xiàn)場(chǎng)用電需求。

施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電按三級(jí)配電設(shè)置，同時(shí)做好“三級(jí)保護(hù)”，采用標(biāo)準(zhǔn)“三相五線制”進(jìn)行供電，保護(hù)零線與工作零線嚴(yán)格分開。

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，三級(jí)配電箱均采用正規(guī)產(chǎn)品，本供電系統(tǒng)采用TN-S系統(tǒng)，電纜統(tǒng)一使用橡皮電纜，各級(jí)配電箱分類統(tǒng)一編號(hào)，各配電箱和用電設(shè)備有良好的接地接零保護(hù)，并根據(jù)需要配置漏電開關(guān)。

通過本工程實(shí)踐分析：

1）在平洞施工中，由洞口變壓器以下配電箱引出至工作面的低壓線路，會(huì)因?yàn)榫€路布設(shè)不規(guī)范、鋪設(shè)不合理、電纜質(zhì)量不良、維護(hù)不及時(shí)等因素造成電壓降幅度過大，其中大部分損耗為線路損耗。針對(duì)這種情況，長(zhǎng)距離平洞低壓線路布設(shè)全部采用固定支架拉設(shè)在洞壁上，采用符合國(guó)標(biāo)的電纜，盡可能減少中間接頭，且按規(guī)范接頭，保證線路整體質(zhì)量，減少電流損失。

2）為滿足現(xiàn)場(chǎng)施工用電需要，在平洞1 600m處采用補(bǔ)償裝置取得了比較好的效果。對(duì)于裝巖機(jī)等設(shè)備啟動(dòng)時(shí)瞬間電流很大，造成電壓突降而無法啟動(dòng)，可以通過補(bǔ)償延時(shí)表進(jìn)行調(diào)整，從而使大功率設(shè)備啟動(dòng)電壓瞬間得到補(bǔ)償，保證啟動(dòng)電流，達(dá)到正常工作【5，6】。

3）線路在滿足基本要求的前提下，當(dāng)超過2 000m時(shí)，整體線路電壓降幅過大，可以通過加裝升壓穩(wěn)壓裝置和補(bǔ)償裝置，在出線端設(shè)定輸出電壓值，能保證裝巖機(jī)等大功率用電設(shè)備正常工作，同時(shí)根據(jù)施工需要，隨時(shí)跟進(jìn)和移動(dòng)，滿足平洞內(nèi)工作面附近線路末端電壓需求。

6 洞內(nèi)照明及高峰期設(shè)備備用電量

6.1 洞內(nèi)照明

照明負(fù)荷距洞口500m處，由洞外電源供電，以后的照明由洞內(nèi)電源的變壓器供電。

照明供電均采用TN-S系統(tǒng)，以各段變電站為中心向兩端布置，最遠(yuǎn)端距離500m，負(fù)荷均布以保證用電均衡。用BLV-25mm2絕緣電線沿右側(cè)洞壁配置，間距15m，距洞底1.5m。

主要作業(yè)人員集中在距離掌子面150m范圍內(nèi)，按規(guī)范采用36V安全電壓供電。

6.2 平洞洞內(nèi)用電高峰期設(shè)備使用量分析

平洞在1 607m開始掘進(jìn)后，當(dāng)平洞開挖用裝巖機(jī)和通風(fēng)機(jī)同時(shí)工作時(shí)用瞬間電流最大，原因是裝巖機(jī)為點(diǎn)動(dòng)啟動(dòng)設(shè)備，此時(shí)供電量作為選用普通節(jié)能型固定式變壓器型號(hào)的依據(jù)。

洞內(nèi)用電高峰期所配電動(dòng)設(shè)備總?cè)萘繛椋涸O(shè)備用電電動(dòng)機(jī)總功率約180kW，電焊機(jī)17.8kW，照明16kW。采用綜合系數(shù)法計(jì)算用電負(fù)荷。Kc考慮施工現(xiàn)場(chǎng)不確定因素，取最大值0.8計(jì)算。

選用200kV·A的普通節(jié)能型固定式變壓器是合理的。

7 結(jié)語

總而言之，長(zhǎng)距離勘探平洞施工時(shí)，一定要做好供電工作。

1）在長(zhǎng)距離勘探平洞洞內(nèi)供電過程中，供電要保持穩(wěn)定和安全，確保施工的進(jìn)度和質(zhì)量。

2）在保證工程供電安全和工程施工安全的前提下，盡量降低供電成本，做到節(jié)儉不浪費(fèi)。

3）工程開工前，一定要根據(jù)具體工程實(shí)際情況進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和比選，采用安全、高效、經(jīng)濟(jì)的供電方案。