高速公路現場臨時施工用電電壓不穩的解決方案

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）

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

1 案例概況

1.1 項目供電現狀分析

某高速公路工程A1合同段位于YN省DL州云龍縣城境內，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。工程項目供電現狀如表1所示。

表1 供電線路總體現狀

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，數量為2臺。根據計算，變壓器的總費用為：85 000元×3+73 000元×2=361 000元。

1.4 施工現場用電變壓器輸出電壓情況

根據國標《電能質量供電電壓偏差》GB/T12325-2008的規定，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。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；對于220 V的單相供電電壓，GB/T12325-2008并沒有專門規定允許的偏差范圍。因此，根據電能質量的要求，220 V的單相供電電壓應盡量保持穩定，并且控制在合理允許的范圍內，以保證供電電壓的穩定性和質量。

2 施工用電電壓不穩原因分析

電壓不穩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。可能是由于長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：當電網供電能力不足時，即使供電穩定，也無法滿足施工現場的用電需求，從而導致電壓不穩定，究其原因可能是由于施工現場用電需求大，電網供電能力不足所致。

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

（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損耗，導致電壓降低，從而引起電壓不穩定，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，根據對施工現場的調查得出：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。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的解決方案

3.1 調節電壓總體方案介紹

3.1.1 變電站主變壓器有載調壓

變電站主變壓器有載調壓可以采取以下幾種措施：

（1）通過調節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，實現有載調壓。

（2）通過在主變壓器的低壓側或高壓側串聯或并聯電抗器，調節主變壓器的輸出電壓。

（3）在施工現場臨時用電工程中，采用三級配電系統（如圖1所示），即總配電箱（或配電柜）下設分配電箱，分配電箱下設開關箱，開關箱下設用電設備。這樣的三級配電結構能更好地實現電力分配和控制，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）在線路中串聯或并聯補償器來實現無功功率補償的方法，串聯補償器可以包括串聯電抗器和串聯電容器，分別用于提供感性無功功率和容性無功功率。并聯補償器可以包括并聯電抗器和并聯電容器，分別用于吸收感性無功功率和容性無功功率。

（2）調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節變壓器的變比來調整線路的無功功率，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）調節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 安裝低壓穩壓器

安裝低壓穩壓器可以有效穩定低壓電網的供電質量，低壓穩壓器通常安裝在變電站或供電用戶的配電柜中。它的作用是通過監測低壓電網的電壓情況，根據需求來自動調整輸出電壓，以確保用戶所需的穩定電壓供應。低壓穩壓器可以根據使用環境和負載的特點選擇合適的類型，如電子式穩壓器、自耦變壓器穩壓器或繼電器穩壓器等。安裝完成后，低壓穩壓器會實時監測電網波動，并根據設定的參數進行響應和調整。其能夠有效地穩定低壓電網的電壓，提供穩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，提高供電質量。需要注意的是，安裝低壓穩壓器時，應根據實際需要和設備條件，選擇合適的型號和容量，并按照相關的安裝規范和要求進行安裝和調試，確保安裝過程安全可靠，并進行必要的維護和檢修，保證低壓穩壓器的正常運行和性能。

3.1.4 安裝自動調壓變壓器

安裝有載自動調壓變壓器可以有效調節、穩定電網的電壓，并提供穩定的電壓供應給用戶設備。有載自動調壓變壓器通常安裝在變電站中，作為電網調節和穩壓的重要設備。有載自動調壓變壓器能夠實時監測電網電壓的變化，并根據設定的參數自動調整輸出電壓，以確保設備和用戶所需的穩定電壓供應，它可以通過調整變壓器的變比，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電壓的調節。具體需要通過以下幾個步驟來實現：①在安裝有載自動調壓變壓器時，應根據本工程項目的實際情況和設備條件選擇適當的型號和容量。②安裝前，須對設備進行檢查，確保設備無損壞和故障，并按照相關的安裝要求進行安裝。③安裝完成后，需要進行必要的調試和測試，以確保設備的正常運行和性能。④安裝有載自動調壓變壓器需要專業的技術人員進行操作和維護，并嚴格遵守相關的安全操作規程，確保工作過程安全可靠。⑤定期進行設備的維護保養和巡檢，及時處理設備故障和異常情況，以保證有載自動調壓變壓器的穩定運行和使用壽命。⑥當采用自然接地體時，可以利用施工現場的主體金屬結構或基礎鋼筋砼工程的基礎結構作為接地體，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安全事故。接地體技術參數如表2所示。

表2 接地體技術參數

3.2 調壓方案實踐檢驗

①設計調壓方案，根據實際需要，設計合理有效的調壓方案。這個過程需要考慮各種因素，包括但不限于設備的性能、環境條件、工作負荷等。②實施調壓方案，在設計好的調壓方案下，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數據采集，在實施調壓方案的過程中，需要對相關數據進行實時采集。這些數據包括但不限于壓力值、流量值、溫度值等。④數據分析，對采集到的數據進行分析，以判斷調壓方案的效果，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結果論證，根據數據分析的結果，對調壓方案進行論證。如果方案能夠有效地調節壓力，那么可以認為該方案是成功的；如果方案無法有效地調節壓力，那么需要對方案進行修改，直至達到預期的效果。⑥方案優化，根據論證結果，對調壓方案進行優化。這個過程可能需要多次迭代，直至找到最優的調壓方案。

總的來說，調壓方案的實踐檢驗及論證是一個反復試驗和優化的過程，需要嚴謹的科學態度和精確的工作方法。

3.3 實施效果

現場實施調壓方案的效果分析需要通過以下幾個指標來評估：①壓力穩定性，觀察實施調壓方案后，系統的壓力是否能夠穩定在設定的目標范圍內。可以通過監測壓力變化曲線和統計壓力波動范圍來評估。②壓力調節速度，檢測實施調壓方案后，系統的響應速度和壓力調節的準確性。可以通過監測系統的響應時間和調節范圍來評估。③能耗效率，評估調壓方案對系統能耗的影響。如果實施調壓方案后，系統的能耗明顯降低，說明方案的效果較好。④安全性，對系統的安全性進行評估。調壓方案應該能夠保證系統的運行安全，確保設備和人員的安全。⑤經濟性，評估調壓方案的經濟效益。方案應該能夠在提供穩定壓力的同時，盡量降低成本和資源消耗。⑥定量分析，為了進行現場實施效果分析，可以使用各種測試設備和監測工具來收集相關數據，并進行定量分析。對于某些指標，還可以進行現場試驗對比或者進行模擬仿真，以驗證調壓方案的效果。此外，還需要進行隨機抽樣和多次重復試驗，以提高結果的可靠性和準確性。最后，再根據實施效果的分析結果，可以對調壓方案進行優化和改進，以實現更好的調壓效果。調研和分析電網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、電網短路或過載、電源質量不良、負荷波動等。通過全面調查和分析，可以確切了解電壓不穩定的根本原因，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濟性論證，可行性論證包括技術可行性、操作可行性和安全可行性，確保解決方案可以實施和操作，并不會引發新的安全隱患。經濟性論證則要考慮投資成本、維護成本以及未來節省的費用和效益。

4 結語

綜上所述，通過調研、分析、可行性和經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電壓不穩的合理方案，讓施工企業和供電單位都能獲得共贏的效果。