長距離勘探平洞洞內施工技術的供電方案

吳世友，韓樹海，李連鵬

（遼寧省第三地質大隊有限責任公司，遼寧 朝陽122000）

1 引言

對于長距離勘探平洞工作來說，洞內施工的過程中需要及時供電，如果供電不夠平穩和安全，就難以保證長距離勘探平洞施工的效果。所以，分析長距離勘探平洞洞內供電非常有意義。

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作工程（在原有1 607m長距離平洞的基礎上繼續向前開挖掘進施工）。本工程擬在水道系統布置平洞PDS04（長度為80m）、PDS05（長度為200m），一期廠房平洞（PD1Y-1）向南繼續施工，穿過二期廠房左端墻60m，長度為400m。共布置平洞3條，總長度680m，備用200m【1】。

3 洞內供電的變壓器站位置選定條件

1）由于平洞斷面小，不具備在洞內設變壓器的條件，一般要設在洞口外附近；

2）平洞距離較長，洞口外附近場地容許時，空壓機站可臨近變壓器設置，以便于管理；

3）隧洞較長或施工機械用電需要變壓器進洞時，應選用礦用型并按電氣規程規定設置變壓器室，變壓器的高壓電源由電纜引入洞內【2】。

4 供電方案比較選擇

考慮進洞供電設計方案為3種：（1）低壓進洞供電，即在洞外安裝變壓器，通過增大進洞電纜斷面積、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）高壓進洞供電，在洞內離工作面較近位置設置變壓器，將電纜引進的高壓降壓，滿足用電需求；（3）低壓補償供電，通過洞內中繼低壓補償設備提升電壓來滿足用電需求【3】。

根據以上3種方式，結合現場實際條件，采用以下3種用電方式比選。

4.1 高壓進洞直接變施工電壓

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，但接地系統和安全防護費用較高。

4.2 二級變壓

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

4.3 洞內低壓補償

先把10kV高壓電在平洞口變為380V電，采用電纜（普通鎧裝）引到平洞1 600m擴大洞室段，再引用低壓補償設備進行電壓補償，達到可用電壓滿足用電需求。

通過上述方案比選，第3種方案對專業技術要求比較低，容易操作，安全防護簡單，經濟效益好。根據勘探平洞的實際條件，本著節省工程成本的原則，選用第3種方案。

5 供電方案應用

低壓補償的用電方案適用于長距離平洞，解決因輸電線路過長產生明顯電壓降問題，可適用于獨頭掘進2～3km平洞。對于小斷面平洞，存在施工空間狹小，高壓進洞防護復雜、保障安全困難、供電成本高，且和進出頻繁的施工設備互相影響，而補償設備可以按需求靈活布置和增設、前移，從而滿足平洞施工用電需要。

長距離平洞由于施工工作面的掘進不斷延伸，低壓補償設備可以機動跟隨前移。工作面到1 607m開始掘進時，洞內同時用電設備功率約100kW，洞外變壓器所供電壓產生壓降，供電損耗太大，若仍用洞外現有的200kV·A變壓器輸送供電，已不能滿足平洞洞內實際用電需求，按照相關供電規范及施工經驗，380V三相線路供電長度不宜超過800m，設備動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，我們采用低壓補償來滿足供電需求。平洞內施工設備功率見表1。

表1平洞施工設備功率

根據總用電量公式：

式中，P1為電動機總功率；P2為電焊機總功率；P3為洞內外照明總功率；cosΦ為電動機平均功率因數，取0.8；K1取0.6，K2取0.5，K3取1.0，總需求系數取1.10。

經計算，現場用電需求量為176kV·A，現場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】。

由以上設備功率實際組成情況，平洞（PD01）450m擴大洞室位置前采用240mm2鋁芯電纜(空壓機就安放在該位置)，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，滿足施工現場用電需求。

施工現場臨時用電按三級配電設置，同時做好“三級保護”，采用標準“三相五線制”進行供電，保護零線與工作零線嚴格分開。

根據規范規定，三級配電箱均采用正規產品，本供電系統采用TN-S系統，電纜統一使用橡皮電纜，各級配電箱分類統一編號，各配電箱和用電設備有良好的接地接零保護，并根據需要配置漏電開關。

通過本工程實踐分析：

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，會因為線路布設不規范、鋪設不合理、電纜質量不良、維護不及時等因素造成電壓降幅度過大，其中大部分損耗為線路損耗。針對這種情況，長距離平洞低壓線路布設全部采用固定支架拉設在洞壁上，采用符合國標的電纜，盡可能減少中間接頭，且按規范接頭，保證線路整體質量，減少電流損失。

2）為滿足現場施工用電需要，在平洞1 600m處采用補償裝置取得了比較好的效果。對于裝巖機等設備啟動時瞬間電流很大，造成電壓突降而無法啟動，可以通過補償延時表進行調整，從而使大功率設備啟動電壓瞬間得到補償，保證啟動電流，達到正常工作【5，6】。

3）線路在滿足基本要求的前提下，當超過2 000m時，整體線路電壓降幅過大，可以通過加裝升壓穩壓裝置和補償裝置，在出線端設定輸出電壓值，能保證裝巖機等大功率用電設備正常工作，同時根據施工需要，隨時跟進和移動，滿足平洞內工作面附近線路末端電壓需求。

6 洞內照明及高峰期設備備用電量

6.1 洞內照明

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

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

主要作業人員集中在距離掌子面150m范圍內，按規范采用36V安全電壓供電。

6.2 平洞洞內用電高峰期設備使用量分析

平洞在1 607m開始掘進后，當平洞開挖用裝巖機和通風機同時工作時用瞬間電流最大，原因是裝巖機為點動啟動設備，此時供電量作為選用普通節能型固定式變壓器型號的依據。

洞內用電高峰期所配電動設備總容量為：設備用電電動機總功率約180kW，電焊機17.8kW，照明16kW。采用綜合系數法計算用電負荷。Kc考慮施工現場不確定因素，取最大值0.8計算。

選用200kV·A的普通節能型固定式變壓器是合理的。

7 結語

總而言之，長距離勘探平洞施工時，一定要做好供電工作。

1）在長距離勘探平洞洞內供電過程中，供電要保持穩定和安全，確保施工的進度和質量。

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，做到節儉不浪費。

3）工程開工前，一定要根據具體工程實際情況進行方案設計和比選，采用安全、高效、經濟的供電方案。