淺談工程施工臨時供配電方案的合理化選擇

中鐵二十局集團電氣化工程有限公司 陳延兵

隨著國家十四五規(guī)劃的開局，國家對基建領域投資比例也在逐步提升，基礎設施發(fā)展建設也迎來了完善時期。工程建設中施工用電是很重要的環(huán)節(jié)，尤其是橋隧比重大的山區(qū)工程，由于其用電涉及面廣，變化因素多，更需要安全穩(wěn)定的供電設施來保證施工用電的連續(xù)性，合理的組織用電既能提高生產效率，又能節(jié)省電力資源，為業(yè)主、施工企業(yè)節(jié)約投資及用電成本，真正的做到創(chuàng)效的雙贏局面。在總結工作經驗的基礎上，針對施工臨時用電的設計思路進行梳理，充分進行方案的比選，達到技術經濟的合理性。

1 工程概況

石柱至黔江高速公路是《重慶市高速公路網規(guī)劃》（2013～2030年）“三環(huán)十二射七聯線”中三聯線，是國家高速公路G5515張南高速的一段，項目整體為PPP 模式。設計速度為80km/h,橋涵設計荷載公路一級，路線總長83.180公里。本標段為項目II 標段，起于三義隧道中段（K40+110），止與黔江西冊山互通，線路長度42.9km，分屬于彭水縣及黔江區(qū)管轄，總工期48個月，主要施工內容為橋梁工程、隧道工程、路面工程、交安工程、綠化工程、機電工程及其它附屬工程，全線施工用電存在點多、面廣、時間緊、用電量大的特點。

2 臨時供電作用及組成

臨時供電主要作用是為項目施工生產提供臨時電力供應，以滿足現場生活、施工的需要，保障現場施工生產的有序推進，完成業(yè)主單位的既定工期和進度目標。它主要由線路部分、變壓器部分、配電柜三部分組成，其中線路是將變、配電所與各電能用戶或用電設備聯接起來，由電源端（變、配電所）向負荷端（電能用戶或用電設備）輸送和分配電能的導體回路；變壓器是一種交換電壓電流和阻抗的電器，通過電磁感應原理來改變交流電的電壓，滿足現場的施工的安全用電；配電柜是進行電力分配，將經過變壓器的電壓分配到各個用電單元，用于低壓配電系統(tǒng)中動力、照明配電之用。

3 方案優(yōu)化的必要性

該工程地處山區(qū)丘陵地帶，交通運輸困難、地質條件復雜、樹林茂密、雨水較多，電力施工難度大、工期長、成本高，科學合理的方案優(yōu)化，有利于縮短建設工期，提高供電質量，避免重復投資浪費以及降低施工用電成本。

4 臨時供電的前期規(guī)劃與設計

4.1 變壓器的數量及負荷

根據各施工分部需求計劃，全線前期臨電涉及隧道、橋梁、梁場、項目駐地、拌合站、碎石場、鋼筋加工場、收費站等用電點位共計56處，主要以生活用電、機械設備、施工照明用電為主，共計上報變壓器56臺，總容量33545kVA；后期設計規(guī)劃正式用電點位27處，主要以通風、照明、收費、通信監(jiān)控設備及生活用電為主，共計需要變壓器27臺，總容量7375kVA。詳情見表1。

表1 變壓器容量統(tǒng)計表

4.2 臨時供電方案

項目施工跨越彭水縣、黔江區(qū)兩個行政管理區(qū)域，其中彭水段16.4km，黔江段26.5km。由于涉及跨區(qū)域供電，初步設計方案采取由臨近國網變電站出線，架設10kV 臨電線路，進行分段供電，線路技術標準根據國網相關要求，采用架空絕緣線（JKLGYJ），最小標稱截面不得低于120mm2。

圖1 臨時供電方案

4.3 供配電設備方案

根據國網供電設計標準，要求各供電點增設框架結構式變配電房1座，并配備相關的安全防護設施。配電柜采用MNS 型固定式低壓配電柜，其開關采用插拔式（后出線），均采用下進線下出線的方式，現場設置進線柜1臺，計量柜1臺，無功補償柜1臺，饋電柜1臺，具體數量以現場實際實施為主。

5 方案優(yōu)化的關鍵點

進行現場查勘，掌握當地供電公司要求及相關行業(yè)標準，從施工的時間性和用電特殊性進行溝通協(xié)調，確保設計標準與用電客戶相適宜，為后期優(yōu)化設計創(chuàng)造先決條件；

加快對高能耗變壓器淘汰和更換，充分考慮項目施工的先后順序和同時性，對現場各用電設備數量進行準確統(tǒng)計，確定用電負荷，為后期設備選型提供準確的基礎數據，使之有科學的理論支持；

結合施工設計圖紙，充分考慮后期永久運營的用電使用，在確?？茖W的前提下進行分析與研究，確定線路方案的變更是否會對前期施工及后期運營的整體成本造成增加，合理的優(yōu)化線路路徑，提高線路質量，將前期臨時用電和后期正式運營有機的相結合，避免重復投入降低造價；

根據行業(yè)施工現狀，轉變思維，與時俱進，從實際情況出發(fā)，結合相關技術規(guī)范及以往高速供電的類似經驗，利用行業(yè)內新技術、新方法，用事實作為依據，以此來取代傳統(tǒng)的供電模式。

6 優(yōu)化措施及實施方案

6.1 著重分析施工用電特點，科學計算并合理確定用電容量

工地臨時供電包括施工及照明用電兩個方面，變壓器的合理選擇，不僅可以避免變壓器輕載、空載、過載等現象，也可以降低施工用電成本，提高變壓器的利用率。因為電網中的配電變壓器在運行過程中有兩個損耗[1]，一個是鐵損（鐵損和激磁功率損耗，也叫固定損耗或空載損耗），一個是銅損（也叫可變損耗）。而10kV 及以下的配電網絡，變壓器的空載損耗（一般指鐵損，這個鐵損都要認為是固定的，所以也叫固定損耗。它與通過設備的電流或功率大小沒有關系，不會隨著負荷的大小而變化）約占總損耗的40%～80%，甚至更高，因為小容量變壓器空載電流較大，同時它的負荷又較低。

根據現場現場用電設備種類、數量、負荷性質進行分析和計算，確定用電量、變壓器選擇標準。

6.1.1 用電量計算

P=η（K1∑P1/cosφ + K2∑P2+ K3∑P3+K4∑P4）

其中η—用電不均衡系數，取值1.1；P—計算用電量(kW)，即供電設備總需要容量；ΣP1—全部電動機額定用電量之和；ΣP2—電焊機額定用電量之和；ΣP3—室內照明設備額定用電量之和；ΣP4—室外照明設備額定用電量之和；K1—全部動力用電設備同時使用系數，總數10臺以內取0.75，10～30臺以內取0.7，30臺以上取0.6；K2—電焊機同時使用系數，取0.6；K3—室內照明設備同時使用系數，取0.8；K4—室外照明設備同時使用系數，取1.0；cosφ—用電設備功率因數，取0.75。

綜合考慮施工用電約占總用電量90%，室內外照明用電約占總用電量10%，則：

P=1.24K1∑PC6.1.2 變壓器容量計算[2]

計算公式：

Po=1.05P/cos￠=1.4P

式中，Po為變壓器容量（kVA）；1.05為功率損失系數；cos￠為用電設備功率因素，一般取0.75。

根據上述計算方法，對現場施工用電點及負荷進行統(tǒng)計分析，通過合并用電負荷，調整施工順序等措施，減少變壓器數量及容量，確定最終統(tǒng)計表（表2）。

表2 變壓器容量統(tǒng)計表

6.2 科學規(guī)劃、采用“永臨結合”供電方式

由于施工現場位于山區(qū)，隧道橋梁居多，大長隧道及隧道群主要集中在本標段的頭、尾兩端，根據用電需求分析，結合地方電網現狀及用電需求，10kV 臨電線路參考原設計方案由彭水、黔江相應變電站出線，科學優(yōu)化路徑，彭水端為單線供電，黔江端出線前端更改為線路同桿架設，后端為雙線兩側分別供電。因現場各施工點的存在先后開工順序，設備同時系數前期施工按0.3-0.35考慮，后期運營按0.85-0.9分別考慮，功率因數取0.85，根據三相負載電流計算公式

I=P/(1.732×U×cosφ)

式中，P 為用電功率（kW）；U 為電源電壓（kV），cosφ 為功率因數?？傻媒Y果見表3。

由表3計算結果，參考表4對照可得，彭水段采用LGJ-70導線、黔江段采用LGJ-50導線即可滿足前期臨電和后期正式運營的有效結合，但考慮到現場黔江段供電半徑較長，線路末端會存在電壓不足情況，為保障供電質量的穩(wěn)定可靠，將線路整體技術標準進行統(tǒng)一，黔江段線徑由LGJ-50導線升級為LGJ-70導線，即滿足供電公司技術標準，又提高了線路供電質量，節(jié)約了施工成本。

表3 負載電流統(tǒng)計表

表4 鋼芯鋁絞線最大負荷參數表[3]

6.3 豐富的施工經驗與先進技術互相融合

根據初步設計及地方供電公司要求，現場經過查勘后，由于此施工為臨時設施用電，結合以往路段上的相關施工經驗及電力設備的快速發(fā)展，同供電公司積極溝通，在滿足安全可靠的前提下，利用行業(yè)內新的供電集成柜體積小、成本低、便于運輸安裝的優(yōu)點，取代傳統(tǒng)的低壓配電柜占地面積大、造價成本高、接線復雜的缺點。以項目2#拌合站為例，將現場配電房及4臺低壓柜取消，更改為1臺戶外綜合低壓配電柜（圖2）和臺墩式配變變臺（圖3）。

圖2 低壓綜合配電箱系統(tǒng)接線及布置圖

圖3 臺墩式配變變臺平面圖

7 實踐結果統(tǒng)計與分析

7.1 成本統(tǒng)計

通過工程實踐，科學、合理的方案選擇能有效節(jié)約建設工期、降低施工成本。工期及成本分析數據見表5。

表5 工期及成本分析表

7.2 結果分析

通過合并、減少變壓器容量及數量，并未影響現場施工用電的正常運營，相反其更加的科學化，不僅降低了變壓器后期用電的負載和空載，減少了電力資源的無味損耗，也節(jié)約了施工單位的用電成本。

電力線路永臨結合，雖然對前期的臨電施工成本有所增建，但對后期的正式運營卻節(jié)約了建設重復投資，整體節(jié)約成本336.47萬元。且前期線路施工質量的提高對整體的施工用電的穩(wěn)定性、安全性、可靠性產生有利影響，減少線路故障及檢修帶來的自發(fā)電損失。

配電設備的優(yōu)化既滿足了施工用電的安全、可靠供應，也降低了臨電成本的投入，節(jié)約成本近346.33萬元，緩解了前期資金壓力，使施工資金更好的用于施工基礎設施建設，為后期的全面開工，做好了扎實的基礎。

臨時供配電方案的科學化、合理性在石黔高速工程實踐中發(fā)揮了至關重要的作用，項目在工期、成本、節(jié)能減排方面均獲利明顯。科學合理的方案實施不僅一種先進建設管理理念的落實，也是施工企業(yè)降本增效的核心內容，其核心意義在于踐行全壽命周期管理思路，提高工程項目科學性、經濟性、環(huán)保型和安全性。伴隨著國家投資政策的調整及十四五發(fā)展的良好契機，PPP 投融資類項目將會逐年增加，施工企業(yè)不僅要參與施工，更要參與到建設、管理當中，所以提前做好項目前期施工的科學策劃，將會有效降低施工成本，創(chuàng)造更好的企業(yè)效益，為企業(yè)的良性發(fā)展，提供更好的生存、發(fā)展壞境，使其在科學發(fā)展的可持續(xù)道路上走的越來越遠。