長大隧道施工供電方案研究

（中鐵十一局集團第一工程有限公司，湖北襄陽 441000）

1 工程案例

本次施工段有3座特長隧道，長度分別為左洞8 560 m、右洞8 562 m；左洞6 115 m、右洞6 087 m；左洞5 122 m、右洞5 130 m。

3座隧道均采用左右線進、出口雙向掘進施工，隧道襯砌內(nèi)輪廓斷面形式。拱高700 cm，上半圓半徑為535 cm的三心圓曲邊墻結(jié)構(gòu)，凈空斷面62.57 m2，周長為30.62 m。開挖斷面最大面積102.6 m2，隧道單口掘進最大長度4 280 m，施工用電設備投入多，對臨時用電規(guī)劃提出了更高的要求。

2 長大隧道施工供電方案

2.1 供電原則

長達隧道工程量大，需要運用大型機械設備，對電力要求較高。施工供電應堅持穩(wěn)定、安全、持續(xù)的原則，中途不可出現(xiàn)斷電或電壓不穩(wěn)定的情況，影響機械設備的運轉(zhuǎn)，進而影響工程質(zhì)量[1]。工作人員須明確施工用電需求，在此基礎上制定供電方案，以滿足各項用電需求，確保施工活動順利開展。為了保證穩(wěn)定、安全供電，應建立備用電源，為施工活動開展提供支持[2]。

2.2 明確用電需求

用電需求是制定施工供電方案的前提條件，在正式施工前應展開調(diào)查，明確用電量，保證供電方案制定的科學合理性。用電主要包括照明、設備運轉(zhuǎn)、施工用電等，應對用電量進行準確判斷，控制其在合理范圍內(nèi)。

2.3 供電方案制定

工作人員應開展調(diào)查，對相關用電信息進行收集、整理、分析，以此作為供電方案制定的參考依據(jù)。長大隧道施工涉及多個部門，相互間應加強交流，全面了解用電方案，避免供電方案出現(xiàn)漏洞[3]。供電方案確定后應進行試驗，確定其是否滿足相關要求，如發(fā)現(xiàn)存在問題應及時改進，不斷優(yōu)化供電方案，增強方案執(zhí)行力。

3 長大隧道施工用電方案設計

3.1 變壓器站設置

3.1.1 變壓器容量確定

項目專用10 kV高壓電源，通過變電器將高壓電源降至380 V的工程施工用電以及220 V的照明電壓，供電范圍應在1 200～1 500 m。工作人員應確定總用電功率，選用對應的功率變壓器，再對應配置各類配電開關設備和電纜。計算其電量：

式中：P計——總用電功率（kWh）；K1、K2、K3——隧道內(nèi)用各類用電設備同時使用系數(shù)；∑P1、∑P2、∑P3——隧道內(nèi)各種用電設備額定功率（kVA）；cosФ——用電設備功率因素，施工最高參考值為0.75～0.78，一般取為0.65～0.85。

（1）高壓進洞前（1 500 m內(nèi)），洞口安裝3臺1 000 kVA變壓器，左右兩個洞共用3臺變壓器，風水電均由洞外向洞內(nèi)供應。

1 500 m前用洞口變壓器負荷計算如表1所示。

表1 1 500 m前用洞口變壓器負荷計算

由表1可知，計算視在功率合計為2 395.9 kWh，同期系數(shù)為0.8，1 500 m以內(nèi)施工設備用電負荷為2 108 kVA，在洞口安裝2臺1 000 kVA變壓器，加上變壓器正常允許過負荷功率，滿足用電需求。

（2）高壓進洞后（1 500 m以外），空壓機進洞、洞內(nèi)增加射流風機，洞外只保留主通風機，高壓進口后左右洞各進1臺1 000 kVA變壓器，使用單洞用電負荷。

（3）高壓進洞后，洞外主要用電設備為洞口主風機以及1 500 m前的洞內(nèi)照明和抽水設備。

1 500 m高壓進洞后洞口用電負荷計算如表2所示。

表2 1 500 m高壓進洞后洞口用電負荷計算

1 500 m高壓進洞后洞內(nèi)用電負荷如表3所示。

表3 1 500 m高壓進洞后洞內(nèi)用電負荷計算

由表2、表3可知，計算視在功率合計為1 045.9 kWh，同期系數(shù)為0.8，高壓進洞后洞口剩余用電負荷920.4 kVA，洞口設置一臺1 000 kVA變壓器，滿足供電需求；計算視在功為923.3 kWh，同期系數(shù)為0.8，計算負荷812.5 kVA，在左右洞安裝1臺1 000 kVA變壓器，滿足洞內(nèi)供電需求。

3.1.2 變壓器站設置方式

當隧道一側(cè)行駛不到1 500 m時，可通過增大電纜直徑、減小電阻度以減少電壓損失，在隧道內(nèi)增加電壓穩(wěn)定設備以確保出口電壓，保證隧道施工中的正常能耗。當隧道進尺超過1 500 m后，由于線路電損、設備功率要求提高，洞口變壓器站無法滿足洞內(nèi)施工需要，可采用高壓分布方式進入隧道，滿足隧道施工要求，主變壓器移動1 000 m左右。

變壓器必須位于運行和維護方便的位置，地基穩(wěn)固、安全和可靠的地方。

（1）隧道洞外變壓器靠近洞口空壓機房設置，充分考慮與電源T接方便等因素，減少線路損耗。

（2）隧道變壓器應安裝在橫貫通道或隧道室內(nèi)，變壓器與周圍上下隧道壁之間的距離不小于30 cm，按照規(guī)定的要求安裝警示裝置及安全防護。

3.2 供電線路選擇與架設

隧道施工用低壓電力線采用三相五線TN-S系統(tǒng)，供電電壓為400/230 V，額定功耗電壓為380 V。施工地段隧道照明電壓不超過36 V，完成時不超過220 V。

為解決大長隧道供電電壓下降過大的問題，采用高壓隧道方式，在隧道區(qū)鋪設高壓電纜，引入10 kV高壓電力，在隧道內(nèi)設置變壓器站，降低400/230 V低壓電力供隧道使用。

3.3 線路架設

隧道供電線路布置如圖1所示。

圖1 隧道供電線路布置

（1）主輸電線路或電力線和照明線路安裝在同一側(cè)時必須分層。架設原理為高壓上升，低壓下降；干線上升，支線下降；動力上升，照明下降。隧道電力線設在風力水管道的另一側(cè)，電力線懸掛高度與行人地面之間的距離大于2.5 m。

（2）結(jié)合隧道施工特點，電線路架設分兩段進行，在未襯砌段（仰拱端頭至掌子面）臨時電路應使用橡膠鋪設電纜，固定線路應使用橡膠絕緣的電線鋪設在成洞地段，導線固定方式采用絕緣瓷瓶支承。

（3）低壓隧道系統(tǒng)布置采用三相五線制TN-S接零保護和三級配電、兩級漏電保護系統(tǒng)。三級配電系統(tǒng)設置總配電箱、分配電箱、開關箱，分別設置配電與照明配電，分別設置電源開關箱和照明開關箱，兩級漏電保護分配電箱和開關箱由漏電保護開關保護。

3.4 接地與保護

專用變壓器供電的TN-S接零系統(tǒng)保護中，電氣設備的金屬外殼連接零線。零線由變壓器的工作接地線或總配電室電源側(cè)零線引出并單獨敷設，保護零線除在配電室或總配電箱處做重復接地外，在配電系統(tǒng)的中間處和末端處進行重復接地，重復接地線與保護零線相連接。電力變壓器工作接地電阻值不大于4 Ω，保護零線每一處重復接地裝置的接地電阻值不大于10 Ω。

4 結(jié)語

綜上所述，長大隧道規(guī)模比較大，在施工中應進行供電專項設計，電力資源為隧道施工提供動力，保證機械設備正常運轉(zhuǎn)，為高效施工創(chuàng)造條件。長大隧道距離較長，專項的供電設計較為重要，掌握長大隧道施工特點，科學合理設計供電方案，保證滿足施工要求，在工期內(nèi)完成建設任務。