高速公路現(xiàn)場臨時施工用電電壓不穩(wěn)的解決方案

龍 飛，胡有明，楊家國

（云南建投安裝股份有限公司，云南 昆明 650031）

高速公路現(xiàn)場對電能需求的變化較大，臨時供電系統(tǒng)的電壓波動較大，會影響設備的正常運行，甚至引發(fā)設備損壞。為了解決這個問題，可以通過變電站主變壓器有載調(diào)壓、改變線路無功功率、安裝低壓穩(wěn)壓器、安裝自動調(diào)壓變壓器、調(diào)壓方案實踐檢驗等的方式，避免臨時施工用電電壓不穩(wěn)現(xiàn)象的產(chǎn)生，保證工程項目的順利進行。

1 案例概況

1.1 項目供電現(xiàn)狀分析

某高速公路工程A1合同段位于YN省DL州云龍縣城境內(nèi)，起訖里程為K89+697～K98+455，標段全長8.758 km，主要工程項目包括路基土石方、防護及排水、橋梁工程、涵洞及通道、隧道工程等。本合同段共有橋梁3座，其中大橋2座，中橋1座、隧道1座（其中嶺丹隧道進口端起訖里程為K94+200～K98+450）；涵洞6道、通道1處。工程項目供電現(xiàn)狀如表1所示。

表1 供電線路總體現(xiàn)狀

1.2 線路末端配置情況

本工程項目末端鐵塔編號為N46塔，主要負責嶺丹隧道的供電任務，數(shù)量為20 m3的空壓機8臺、110×2 kW的通風機2臺、75 kW的混凝土輸送泵2臺、7.5 kW的濕噴機2臺、S11-630-10/0.4的變壓器2臺、S11-500-10/0.4的變壓器1臺，總變壓器容量為1 760 kVA。

1.3 主要設備投入費用

變壓器S11-630-10/0.4的單價（包括配電盤）為85 000元，數(shù)量為3臺；變壓器S11-500-10/0.4的單價（包括配電盤）為73 000元，數(shù)量為2臺。根據(jù)計算，變壓器的總費用為：85 000元×3+73 000元×2=361 000元。

1.4 施工現(xiàn)場用電變壓器輸出電壓情況

根據(jù)國標《電能質(zhì)量供電電壓偏差》GB/T12325-2008的規(guī)定，正偏差和負偏差的絕對值之和不超過額定電壓的10%。這意味著在35 kV供電電壓的情況下，電壓的波動范圍應控制在額定電壓的正負10%以內(nèi)。對于10 kV及以下的三相供電電壓，允許的偏差是額定電壓的±7%，這即表示在10 kV及以下供電電壓的情況下，電壓的波動范圍應在額定電壓的正負7%以內(nèi)；對于220 V的單相供電電壓，GB/T12325-2008并沒有專門規(guī)定允許的偏差范圍。因此，根據(jù)電能質(zhì)量的要求，220 V的單相供電電壓應盡量保持穩(wěn)定，并且控制在合理允許的范圍內(nèi)，以保證供電電壓的穩(wěn)定性和質(zhì)量。

2 施工用電電壓不穩(wěn)原因分析

電壓不穩(wěn)定可能有以下幾個原因：

（1）配電線路老化或損壞：老化或損壞的配電線路會導致電壓波動較大?？赡苁怯捎陂L時間未進行維護或者施工期間對配電線路造成損壞所致。

（2）電力供應不足：當電網(wǎng)供電能力不足時，即使供電穩(wěn)定，也無法滿足施工現(xiàn)場的用電需求，從而導致電壓不穩(wěn)定，究其原因可能是由于施工現(xiàn)場用電需求大，電網(wǎng)供電能力不足所致。

（3）大功率設備突然開關(guān)：大功率設備的突然開關(guān)可能導致瞬間電壓的波動，從而使電壓不穩(wěn)定。究其原因，可能是由于施工現(xiàn)場存在大功率設備需要頻繁開啟和關(guān)閉或者設備故障引發(fā)突然開關(guān)所致。

（4）線路阻抗過大：當線路阻抗過大時，電壓在傳輸過程中容易出現(xiàn)損耗，導致電壓降低，從而引起電壓不穩(wěn)定，這可能是由于配電線路設計不合理或線路負載過重所致。

（5）電壓負荷較大，根據(jù)對施工現(xiàn)場的調(diào)查得出：該條線路的最大負荷為4 210 kW，主干線LGL-150大約場21 km，設定公因數(shù)0.9。那么，該條線路的最大負荷可以通過分布極端線路末端進行降壓，并代入公式（1）和公式（2）精確計算得出變電站距離主干線之間409#干的電壓降（ΔU）：

P=4 210 kW，S=150 mm2，L=21km，cosФ=0.9由此得出感抗x=0.358 Ω/km，電阻r=0.21 Ω/km；Q=2 034kvar

式中：DU為10 kV線路的壓降；

UN為變電站出口電壓；

P、Q分別為線路有功功率，無功功率；

R、X分別為線路的電阻，感抗；

L為變電站到主干線409#桿的線路長度。

主干線N46#桿的電壓計算如下：U46=UNDU=10.30-3.29=7.01 kV，由此可以得出線路末端的電壓很低，給設備正常運行帶來困難，影響施工生產(chǎn)。從計算可以得出10/0.4變壓器輸出端電壓為7.01/25=0.28 kV=280 V，與隨機抽取的最低電壓基本吻合。

3 臨時施工用電電壓不穩(wěn)的解決方案

3.1 調(diào)節(jié)電壓總體方案介紹

3.1.1 變電站主變壓器有載調(diào)壓

變電站主變壓器有載調(diào)壓可以采取以下幾種措施：

（1）通過調(diào)節(jié)主變壓器的切換裝置，改變主變壓器的輸入端或輸出端的連接方式，實現(xiàn)有載調(diào)壓。

（2）通過在主變壓器的低壓側(cè)或高壓側(cè)串聯(lián)或并聯(lián)電抗器，調(diào)節(jié)主變壓器的輸出電壓。

（3）在施工現(xiàn)場臨時用電工程中，采用三級配電系統(tǒng)（如圖1所示），即總配電箱（或配電柜）下設分配電箱，分配電箱下設開關(guān)箱，開關(guān)箱下設用電設備。這樣的三級配電結(jié)構(gòu)能更好地實現(xiàn)電力分配和控制，同時也有利于故障排查和安全用電管理。

圖1 三級配電示意圖

（4）通過調(diào)整主變壓器的勵磁電流大小，改變主變壓器的輸出電壓，具體采用哪一種方法還需要根據(jù)工程項目的實際需求和設備條件來選擇。

3.1.2 改變線路無功功率

（1）在線路中串聯(lián)或并聯(lián)補償器來實現(xiàn)無功功率補償?shù)姆椒?，串?lián)補償器可以包括串聯(lián)電抗器和串聯(lián)電容器，分別用于提供感性無功功率和容性無功功率。并聯(lián)補償器可以包括并聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器，分別用于吸收感性無功功率和容性無功功率。

（2）調(diào)整變壓器的勵磁電流來改變線路的無功功率，增大變壓器的勵磁電流可以增加感性無功功率，減小變壓器的勵磁電流可以減少感性無功率。

（3）改變變壓器的接線方式或調(diào)節(jié)變壓器的變比來調(diào)整線路的無功功率，改變變壓器的接線方式可以改變變壓器的阻抗角，從而影響無功功率的流動方向。

（4）調(diào)節(jié)變壓器的變比可以改變線路的電壓水平，進而改變線路的無功功率。

3.1.3 安裝低壓穩(wěn)壓器

安裝低壓穩(wěn)壓器可以有效穩(wěn)定低壓電網(wǎng)的供電質(zhì)量，低壓穩(wěn)壓器通常安裝在變電站或供電用戶的配電柜中。它的作用是通過監(jiān)測低壓電網(wǎng)的電壓情況，根據(jù)需求來自動調(diào)整輸出電壓，以確保用戶所需的穩(wěn)定電壓供應。低壓穩(wěn)壓器可以根據(jù)使用環(huán)境和負載的特點選擇合適的類型，如電子式穩(wěn)壓器、自耦變壓器穩(wěn)壓器或繼電器穩(wěn)壓器等。安裝完成后，低壓穩(wěn)壓器會實時監(jiān)測電網(wǎng)波動，并根據(jù)設定的參數(shù)進行響應和調(diào)整。其能夠有效地穩(wěn)定低壓電網(wǎng)的電壓，提供穩(wěn)定的供電電壓給用戶設備，保護設備免受電壓波動的影響，延長設備壽命，提高供電質(zhì)量。需要注意的是，安裝低壓穩(wěn)壓器時，應根據(jù)實際需要和設備條件，選擇合適的型號和容量，并按照相關(guān)的安裝規(guī)范和要求進行安裝和調(diào)試，確保安裝過程安全可靠，并進行必要的維護和檢修，保證低壓穩(wěn)壓器的正常運行和性能。

3.1.4 安裝自動調(diào)壓變壓器

安裝有載自動調(diào)壓變壓器可以有效調(diào)節(jié)、穩(wěn)定電網(wǎng)的電壓，并提供穩(wěn)定的電壓供應給用戶設備。有載自動調(diào)壓變壓器通常安裝在變電站中，作為電網(wǎng)調(diào)節(jié)和穩(wěn)壓的重要設備。有載自動調(diào)壓變壓器能夠?qū)崟r監(jiān)測電網(wǎng)電壓的變化，并根據(jù)設定的參數(shù)自動調(diào)整輸出電壓，以確保設備和用戶所需的穩(wěn)定電壓供應，它可以通過調(diào)整變壓器的變比，控制變壓器的勵磁電流或改變輸出繞組的連接方式來實現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)。具體需要通過以下幾個步驟來實現(xiàn)：①在安裝有載自動調(diào)壓變壓器時，應根據(jù)本工程項目的實際情況和設備條件選擇適當?shù)男吞柡腿萘?。②安裝前，須對設備進行檢查，確保設備無損壞和故障，并按照相關(guān)的安裝要求進行安裝。③安裝完成后，需要進行必要的調(diào)試和測試，以確保設備的正常運行和性能。④安裝有載自動調(diào)壓變壓器需要專業(yè)的技術(shù)人員進行操作和維護，并嚴格遵守相關(guān)的安全操作規(guī)程，確保工作過程安全可靠。⑤定期進行設備的維護保養(yǎng)和巡檢，及時處理設備故障和異常情況，以保證有載自動調(diào)壓變壓器的穩(wěn)定運行和使用壽命。⑥當采用自然接地體時，可以利用施工現(xiàn)場的主體金屬結(jié)構(gòu)或基礎鋼筋砼工程的基礎結(jié)構(gòu)作為接地體，但嚴禁使用易燃、易爆物的金屬管道作為接地體。這是為了確保接地體的安全性和可靠性，避免因使用不合適的材料而引發(fā)安全事故。接地體技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 接地體技術(shù)參數(shù)

3.2 調(diào)壓方案實踐檢驗

①設計調(diào)壓方案，根據(jù)實際需要，設計合理有效的調(diào)壓方案。這個過程需要考慮各種因素，包括但不限于設備的性能、環(huán)境條件、工作負荷等。②實施調(diào)壓方案，在設計好的調(diào)壓方案下，進行實際操作，這個過程需要嚴格按照設計的要求進行，以確保實驗的可靠性。③數(shù)據(jù)采集，在實施調(diào)壓方案的過程中，需要對相關(guān)數(shù)據(jù)進行實時采集。這些數(shù)據(jù)包括但不限于壓力值、流量值、溫度值等。④數(shù)據(jù)分析，對采集到的數(shù)據(jù)進行分析，以判斷調(diào)壓方案的效果，這個過程需要使用專門的分析工具，以確保分析的準確性。⑤結(jié)果論證，根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，對調(diào)壓方案進行論證。如果方案能夠有效地調(diào)節(jié)壓力，那么可以認為該方案是成功的；如果方案無法有效地調(diào)節(jié)壓力，那么需要對方案進行修改，直至達到預期的效果。⑥方案優(yōu)化，根據(jù)論證結(jié)果，對調(diào)壓方案進行優(yōu)化。這個過程可能需要多次迭代，直至找到最優(yōu)的調(diào)壓方案。

總的來說，調(diào)壓方案的實踐檢驗及論證是一個反復試驗和優(yōu)化的過程，需要嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和精確的工作方法。

3.3 實施效果

現(xiàn)場實施調(diào)壓方案的效果分析需要通過以下幾個指標來評估：①壓力穩(wěn)定性，觀察實施調(diào)壓方案后，系統(tǒng)的壓力是否能夠穩(wěn)定在設定的目標范圍內(nèi)。可以通過監(jiān)測壓力變化曲線和統(tǒng)計壓力波動范圍來評估。②壓力調(diào)節(jié)速度，檢測實施調(diào)壓方案后，系統(tǒng)的響應速度和壓力調(diào)節(jié)的準確性?？梢酝ㄟ^監(jiān)測系統(tǒng)的響應時間和調(diào)節(jié)范圍來評估。③能耗效率，評估調(diào)壓方案對系統(tǒng)能耗的影響。如果實施調(diào)壓方案后，系統(tǒng)的能耗明顯降低，說明方案的效果較好。④安全性，對系統(tǒng)的安全性進行評估。調(diào)壓方案應該能夠保證系統(tǒng)的運行安全，確保設備和人員的安全。⑤經(jīng)濟性，評估調(diào)壓方案的經(jīng)濟效益。方案應該能夠在提供穩(wěn)定壓力的同時，盡量降低成本和資源消耗。⑥定量分析，為了進行現(xiàn)場實施效果分析，可以使用各種測試設備和監(jiān)測工具來收集相關(guān)數(shù)據(jù)，并進行定量分析。對于某些指標，還可以進行現(xiàn)場試驗對比或者進行模擬仿真，以驗證調(diào)壓方案的效果。此外，還需要進行隨機抽樣和多次重復試驗，以提高結(jié)果的可靠性和準確性。最后，再根據(jù)實施效果的分析結(jié)果，可以對調(diào)壓方案進行優(yōu)化和改進，以實現(xiàn)更好的調(diào)壓效果。調(diào)研和分析電網(wǎng)的運行情況和電壓波動的原因是非常重要的步驟，可能的原因包括輸電線路負荷過大、電網(wǎng)短路或過載、電源質(zhì)量不良、負荷波動等。通過全面調(diào)查和分析，可以確切了解電壓不穩(wěn)定的根本原因，從而有針對性地制定解決方案。在確定解決方案時，需要進行可行性和經(jīng)濟性論證，可行性論證包括技術(shù)可行性、操作可行性和安全可行性，確保解決方案可以實施和操作，并不會引發(fā)新的安全隱患。經(jīng)濟性論證則要考慮投資成本、維護成本以及未來節(jié)省的費用和效益。

4 結(jié)語

綜上所述，通過調(diào)研、分析、可行性和經(jīng)濟性論證以及與供電單位的合作，可以找到解決臨時施工用電網(wǎng)電壓不穩(wěn)的合理方案，讓施工企業(yè)和供電單位都能獲得共贏的效果。