隧洞施工用电

长大深埋隧洞施工供（用）电施工技术研究

[内容提要]本文介绍了通过斜井施工的长大隧道施工过程中高压进洞系统布置、变压器、无功补偿与设备选型，及施工中常见施工用电技术保障及安全措施等。

[关键词] 供电  高压进洞   变压器   照明  安全措施

1.工程名称及工程概况

我单位（中铁十三局集团有限公司）承建的辽宁省大伙房水库输水工程D&B2合同标段，属长大深输水隧洞，主要包括4#、6#斜井支洞及相应的主洞段（以下简称： 4#施工区、6#施工区），包括总长1,273.24m的两个斜井支洞及相应总长8,300.63m的主洞。

1.1  4#施工区

支洞总长885.43m，其中：斜坡段长455.27m（坡度25o），平坡段长430.16m；相应的主洞长4,180.01m（上游段长2,299.53m，下游段长1,880.48m。如图一所示）；

图 1    4# 施工区支、主洞内平面示意图

1.2  6#施工区

支洞长387.81m，其中：斜坡段长361.81m（坡度14o），平坡段长26.00m，相应的主洞段4,120.62m（上游段长2,682.21m，下游段长1,438.41m。如图二所示）。

图  2     6# 施工区支、主洞内平面示意图

1.3  人工钻爆法施工

D&B2合同标段为人工钻爆法开挖掘进施工，主洞采用汽车出渣至支洞内渣仓，支洞采用有轨提升箕斗出渣。

2. 长大深隧洞施工供（用）电

4#施工区和6#施工区在支洞开挖掘进时，供（用）电分别各安装一台S9－1250 10/0.4变压器（4-1#、6-1#），4-1#向4#支洞内供电885m，供电负荷见表一；6-1#向6#洞内供电1277m，供电负荷见表二。

表 1       4#施工区4-1#电力变压器供电负荷

名称	空压	通风	拌和	加工	生活用电	洞内照明	排水	绞车	喷锚	变压器Tm
功率 （kW）	335	110	35	60	50	15	110	110	7.5	Ｓ7-630 10/0.4
常用系数Kd	0.65	0.9	0.6	0.4	0.55	1	0.6	0.7	0.6

注：4-1#变压器（S9－1250 10/0.4），二○○四年十一月底调整为Ｓ7-630  10/0.4变压器。

 表 2        6#施工区6-1#电力变压器供电负荷

名称	空压	通风	拌和	加工	生活用电	洞内照明	排水	矿用 绞车	喷锚	变压器Tm
功率 （kW）	528	110	35.4	80	50	24	110	510	7.5×2	Ｓ9-1250 10/0.4
常用系数Kd	0.65	0.9	0.6	0.45	0.55	1	0.55	0.65	0.6

4#洞施工区完成支洞885.43m的开挖，进入主洞施工；6#洞施工区完成支洞387.81m的开挖，又进入主洞开挖近1000米。受低压（AC400V）供电半径（500m），一期供电满足不了4#和6#施工区进入主洞施工需要，因此务必进行二期供电即高压（AC10kV）进洞，在洞内适当位置构建10/0.4kV电力变电所（站），满足洞内施工用电需要，二期供电系统原理图见图三、供电系统布置示意图见图四

图 3  二期供电系统原理图

图 4  二期供电系统布置示意图

2.1电力变压器容量确定等主要设备选型

2.1.1一般非瓦斯隧洞可采用中性点接地的10/0.4kV电力变压器。

2.1.2电力变压器（10/0.4kV）容量可按以下方法确定：

（1）供电线路所属电动机的单机最大容量占总用电量的及以下时，电力变压器最大容量Tm为：

Tm=（kW）         （2－1）

（2）供电线路所属电动机的单机最大容量占总用电量的及以上时，电力变压器最大容量Tm为：

Tm=（kW）         （2－2）

式中：Tm——电力变压器的最大容量；

Pm——所属电动机的总容量（kw）；

KΣ——所属电动机的同时用电系数，一般取值0.35～0.75；

U——所属电动机中单机最大容量与总容量的比值；

cosφ——电动机功率因数，一般取值0.70～0.85；

η——电动机效率，一般取值0.75～0.92。

2.2 洞内电力变电所（站）的设置

2.2.1洞内设置10/0.4kV电力变电所（站），应设置在干燥不用的避车洞道内或开挖扩大洞室，并满足构建10/0.4kV变电所（站）的一般要求等；电力变压器的高压（10kV）与周围及上下洞壁的距离，不得小于70cm，同时按规定必须有安全防护设施和警示标志。

2.2.2洞内10/0.4kV电力变电所（站）之间的距离：一般在1000m左右，每一10/0.4kV电力变电所（站）分向相反两方向供电，每一方向供电距离大约为500m。

2.2.3洞内10/0.4kV电力变电所（站）的高压侧应采用井下高压配电装置或相同电压等级的真空断路器，严禁使用跌落式断路器。低压（230/400V）侧尽量采用带有隔离开关与RCD万能全自动断路器的井下成套低压配电柜组。

2.3  4#施工区

2.3.1  4-2#电力变压器

4-2#电力变压器为4#施工区洞外竖井下料口提供负荷，主要用于砼拌和站、压风机、卷扬机、通风机、水泵、电焊和照明等负荷（见表三），经过计算可选用S7-160kVA/10/0.4kV型电力变压器。

   

  表 3       4#施工区4-2#电力变压器供电负荷

名称	拌和	通风	卷扬机	加工	照明	排水	导振器	变压器Tm
功率 （kW）	35	62	22	24	6	22	2.2	Ｓ7-160 10/0.4
常用系数Kd	0.65	0.9	0.6	0.4	1	0.6	0.65

2.3.2  4-3#电力变压器

4-3#变压器设置在扩大洞室内，主要用于主洞施工通风机、空压机、水泵、钻机、照明等用电负荷（见表四），经过计算可选用S9－1250kVA/10/0.4kV 型电力变压器。

    表 4        4#施工区4-3#变压器供电负荷

名    称	空压机	通风	砼送泵	加工	照明	排水	变压器Tm
功    率 （kW）	528	194	100	35	15	330	Ｓ9-1250 10/0.4
常用系数 Kd	0.65	0.9	0.6	0.4	1	0.75

2.3.3  4-4#电力变压器

4-4#变压器设置在扩大洞室内，主要用于主洞上游侧砼送泵、电焊机、照明、水泵等用电负荷（见表五），经过计算可选用S7－200kVA/10/0.4kV 型电力变压器。

    表 5        4#施工区4-4#电力变压器供电负荷

名     称	砼送泵	电焊机	照明	水泵	喷锚	变压器Tm
功     率 （kW）	75	40	15	60	7.5	Ｓ7-200 10/0.4
常用系数 Kd	0.65	0.4	1	0.75	0.6

2.3.4  2.5M提升机

2.5M提升机的动力为JRQ1510-8型500kW/10kV/Y高压三相异步电动机，经DZ-JX-062高压配电控制柜－漏电保护－过压保护－过流保护真空断路器－避雷器－隔离开关，“T”接到4#支洞前78#杆处10kV供电回路。

2.4  6# 施工区

2.4.1  6-2#变压器 

6-2#变压器设置在6#洞上游侧即K11+240、K10+502处的扩大洞室内，主要用于主洞砼送泵、水泵、照明等用电负荷。因此选用一台S7－200kVA/10/0.4kV变压器。供电负荷见表六。

    表 6        6#施工区6-2#变压器供电负荷

名     称	砼送泵	电焊机	照明	排水	喷锚	变压器Tm
功     率 （kW）	75	40	15	60	7.5	Ｓ7-200 10/0.4
常用系数 Kd	0.65	0.4	1	0.75	0.6

2.4.2    6-3#变压器

6-3#变压器设置在6#施工区主洞下游侧即K12+996处的扩大洞室内，主要用于主洞施工空压机、水泵、照明等用电负荷。因此选用一台S7-200/10/0.4kV型电力变压器。供电负荷见表七。

    表 7        6#施工区6-3#变压器供电负荷

名    称	空压机	电焊机	照明	排水	喷锚	变压器Tm
功    率 （kW）	75	40	15	60	7.5	Ｓ7-200 10/0.4
常用系数 Kd	0.65	0.4	1	0.75	0.6

2.5  10kV电力高压开关

在10kV高压线末端（洞外）设置高压开关，高压开关选择带隔离开关的真空断路器（型号：DW－10/100），分别控制洞外“T”接和洞内相应的4-3#、6-2#、6-3#三台变压器。

3. 计划用电时间

4#施工区的4-1#电力变压器、4-2#电力变压器和6#施工区6-1#电力变压器已投入运行，其他变压器和10kV的高压用电设备，基于本标段的工程进度、用电负荷及压降等数据和施工用电安全技术规范，进行申报、审批、安装、验收、验收合格后投入运行，计划用电时间见表八。

4.  D&B2标段计划用电最大负荷与最小负荷

Pmax≤2900kW         Pmin≥900kW

4.1  4#施工区计划用电最大负荷与最小负荷

Pmax≤1600kW         Pmin≥500kW

4.2  6#施工区计划用电最大负荷与最小负荷

Pmax≤1300kW         Pmin≥400kW

表 8  各变压器（含提升机高压用电）计划用电时间

用电设备编号	变压器等用电设备型号	计划用电时间
4-1#变压器	S7-630kVA/10kV	2003年08月30日前
4-2#变压器	S7-160kVA/10kV	2004年12月20日前
4-3#变压器	S9-1250kVA/10kV	2004年12月31日前
6-1#变压器	S9-1250kVA/10KV	2003年08月20日前
6-2#变压器	S7-200kVA/10kV	2005年03月31日前
6-3#变压器	S7-200kVA/10kV	2005年03月31日前
2.5M提升机	JRQ1510-8/10kV/Y	2004年12月20日前

5.  隧道（洞）供电线路架设

5.1一般要求：

（1）供电干线或动力、照明线路安装在隧道（洞）的同一侧时，必须分层架设。其原则是：①高压在上，低压在下；②干线在上，支线在下；③动力线在上，照明线在下。

洞内供电线路宜架设在风、水管路相对的一侧。供电线路架设高度距人行地面：400V以下，不小于2m；10kV不小于3.5m。

（2）基于隧道（洞）施工特点，供电线路架设分两次进行。在进洞初期，用橡套电缆装设临时供电线路，随着开挖掌子面的推进，在成洞地段采用胶皮绝缘线架设固定线路，换下电缆供继续前进工作面使用。

（3）洞内10kV电缆供电线路，其终端分线出口必须密闭绝缘和绝缘性能良好的接线盒。电缆两端垂直高差在15m或以上时，应参照有关技术规范，采用不滴流电力电缆。如果使用充油的电缆则应在中间接头处分段堵油，避免油压叠加。

（4）洞内敷设的高压电缆，在洞外与架空高压线连接时，必须安装相同电压等级的避雷器一组及真空隔离开关设备。

架设进洞的低压线路，在洞口的电杆上，必须安装相同电压等级的避雷器一组及隔离开关设备。

（5）严禁将通电的多余电缆盘绕堆放，以避免电缆过热发生燃烧和增加线路电压降。

5.2成洞地段230/400V供电线路的架设，一般可采用与用电负荷相适应的、满足绝缘等级的塑铝（铜）电力导线明线架设成固定供电电路。

5.3洞内10kV供电的高压电缆线路，必须采用与用电负荷相适应的、绝缘良好的国标铠装电缆。高压电缆和其它的供电线路沿洞壁一侧敷设，其敷设规则如图五所示。

5.4成洞地段采用10kV高压电缆供电以及洞内设置（10/0.4kV）变电所时，必须符合JGJ46－2005《施工现场临时用电安全技术规范》中第6.1.1、6.1.2、6.1.3、6.1.4、6.1.5、6.1.6、6.1.7、6.1.8、6.1.9条的规定外，并制定相应具有可操作性的安全保障措施

图 5 成洞段供（用）电线路布置示意图（单位：m）

5.5洞内开挖掘进地段的供（用）电线路应按移动式线路布置。电力导线应采用橡套铜电缆，需要支撑地段，可临时钻孔参照图2－1的方法设置。

5.6临时用电架设分支线路，其分支处至所接机电设备处间的连接线应使用橡套电缆，每一分支接线处与所接机电设备之间应安装开关箱，开关箱内应设置隔离开关和RCD自动断路器，照明线路仅在总的分支接头处设置自动断路开关。

5.7供（用）电230/400V的橡套电缆以及塑铝（铜）绝缘电力导线，其分支接头处应按规则搭接，并用绝缘胶布包缠。

6．技术保障

电力变压器高压（10kV）侧安装符合规范的配套设备－带隔离开关真空断路器，避雷器等；低压（400/230V）侧安装相应配套的主控（授）柜、分控（授）柜组和电容补偿柜。

主控柜包括各种仪表、隔离开关、带RCD万能全自动断路器等；

分控柜包括支路开关、相应的过流、漏电保护装置等；

电容补偿柜选用与用电负荷相适应的配套补偿装置，严格控制并使功率因数cosφ≥0.9，减少无功；电容补偿全自动分组合—离，不超前，不滞后，保障供（用）电质量。

D&B2标段供电需电气专业人员（包括电气工程师）共 7名；D&B2标段供电主要设备、材料见表八。

7.   洞内照明

7.1普通光源施工照明

7.1.1作业地段照明必须使用安全变压器，其容量不宜过大，输入电压220V，输出电压最好有36、32、24、12V四个等级，一边按照工作面的安全因素要求选用电压，并应装有按电源电压下降而能调整的插头。

照明端电压偏移，一般仍不应高于额定电压的105%，否则电压过高会烧坏灯泡。

7.1.2不同地段的照明布置有与之相适应的安全技术规范。必须严格遵守，确保施工照明需要和施工安全。

7.1.3在主要交通道、竖井、斜井、涌水较大的储水池、抽水站、高压变电所（站）等重要地点，务必有警示照明装置，预防事故，以保安全。

表 8    D&B2标段供电主要设备、材料表

设备及材料名称	型号	单位	数量	备  注
4-1#变压器	S7-630kVA/10kV	台	1	4#支洞外
4-2#变压器	S7-160kVA/10kV	台	1	4#洞外竖井下料口
4-3#变压器	S9-1250kVA/10kV	台	1	4#支、主洞交叉口
6-1#变压器	S9-1250kVA/10kV	台	1	6#支洞外
6-2#变压器	S7-200kVA/10kV	台	1	6#主洞上游
6-3#变压器	S7-200kVA/10kV	台	1	6#主洞下游
2.5M提升机	JRQ1510-8/10kV/Y	台	1	4#支洞外
高压电缆	YJY2225×3	m	150	10kV地埋~2.5M提升机～高压控制柜
高压电缆	YJLV2235×3	m	100	10kV地埋过道至杆4#洞外竖井~4-2#变压器
高压电缆	YJY2235×3	m	900	10kV地埋4#支洞口至4-3#变压器
低压电缆	BLV240×3＋180×1	m	600	6#支、主洞交叉口上游侧低压配电柜
低压电缆	BLV120×3＋95×1	m	600	6#支、主洞交叉口上游侧低压配电柜
柴油发电机	300kW	台	4	备用电源

8.  安全作业和接地

8.1安全作业

8.1.1电气工作人员应严格遵守电工安全操作规程。

8.1.2线路及接头不许有裸露，要经常检查，发现裸露应及时包扎。

8.1.3各种过电流保护装置不应任意加大其容量，严禁用任何金属丝代替熔断丝。

8.1.4电气工作人员操作时必须戴绝缘手套和穿绝缘胶靴。

8.1.5在需要触及导电部分时，必须先用验电器检测，确认无电后，方能开始工作；作业前将有关的开关切断封锁，并悬挂警示标牌：“检修线路，严禁合闸！”

8.1.6一切电气设备的金属外壳或构架必须进行妥善的接地。

8.2 接  地

8.2.1接地是防止电气事故的重要措施之一。在隧道（洞）施工用电中，需要接地的机电设备包括：与电动机连接的金属构架、变压器外壳、配电箱外壳、启动器外壳、高压电缆的金属外皮、低压橡套电缆的接地芯线（即联接变压器中性点的中性线）、风水管路、轨道以及洞内临时装设的金属支架等。

8.2.2洞内接地是由高压电缆外皮和低压橡套电缆的接地芯线，以及所有明线架设的中性线联接成一个总的接地网络，在网络上分别连接上述需要接地的器械，构成为具有多出接地装置的接地系统，如图六所示。

图 6  接地系统示意图

8.2.3不用高压供电的隧洞，应在230/400V进线端设置中心接地装置。干线的接地装置其电阻值应小于4Ώ；支线的接地装置其电阻值应小于10Ώ。应按要求以后每隔五个月应测量一次，如达不到要求，要及时处理。

8.2.4隧洞内的风水管路及轨道的接地，可在管路和轨道的首尾端，以及中间的适当处设置二、三个接地点，也可以单独设置或与供电线路中的接地（PE/TN-S）装置合并一起，其目的防止电气设备漏电，或带电线路碰撞到金属管线（道）造成触电事故。

9.  供（用）电系统安全措施

9.1施工用电的线路及设备按批准的施工方案装设，符合当地供电部门的规定，各种线路及设备符合电力工程的技术要求。

9.2电力变压器设接地装置，露天电力变压器设绝缘操作盒，接地电阻小于4欧姆，电力变压器设护栏，设门加锁，专人负责。近旁务必悬挂“高压危险”的警示标牌。低压电气设备加装触电、漏电保护器等。

9.3电气专业技术人员具备以下条件：

体检合格

熟悉电力施工技术安全规则并持有上岗证。

进行过触电紧急救护培训。

9.4所有电气设备和电气线路的绝缘状况保证良好，各项绝缘指标达到规定值。凡有裸露带电部位的电气设备和易发生电击危险的施工机械，务必设置符合要求的安全遮挡和警示标牌。

9.5施工现场架（敷）设的低压（230/400V）电力线路，应使用绝缘良好的塑铝（铜）或橡套软电缆。临时铺设的供（用）电线缆，严禁缠绕在钢筋、模板、脚手架、树木等物体上，务必安设绝缘支撑物。

9.6在有车辆碾压通过地段铺设电缆，应穿钢管挖地沟埋设。

9.7各类电源开关箱和机电设备的金属外壳，设接地保护。各种电气设备装配专用开关、插头和插座。露天及作业棚内使用的电源开关、插座应安装配电箱箱内并采取相应的防雨放水措施。

9.8电工作业，应远离高压电线路，当需要靠近高压线路操作时，务必采取相应的安全防护措施，人体与带电体之间要保持足够的安全距离。

9.9检修电气设备时停电作业，电源开关箱或开关手柄上悬挂“有人操作，严禁合闸”并加锁锁好。

9.10机械设备的电气装置，施工现场的接线、照明由电气专业人员或电工负责，安装后进行检查和试运，确认无漏电、无电击危险、工作正常时方可投入使用。除电气专业人员或电工外，任何人不得以任何理由接线和安装电气设备。

9.11露天照明，采用防水灯头，残缺的灯头伞应及时更换，产生高温的电气设备和灯具，与易燃物保持安全距离，防止发生火灾及电击事故。

9.12暂不使用的机电设备，切断电源。停止使用的电器设备应拆除电源线和开关。在有必要保留电源线时其线头包绝缘布，闸刀箱上销锁。线头、闸刀箱固定在距地面高度大于2.5m的地方。

9.13严禁用两相三孔插座代替三相式插座和电缆直接插入插座中，严禁用其它金属线代替熔丝。

9.14对所有电气设备、绝缘用具定期检查、测试，严防漏电、短路等事故的发生。防雷设施在雷雨季节之前测试。手持电动工具由专人管理，每月检查一次。绝缘用具每三个月测试一次，高压绝缘用具每半年测试一次，凡不符合要求的机具，严禁使用。

9.15在洞内高压线路或高压元件作业时，先断电，装置好作业人员站位绝缘板后再将输电线路接地和元件短路放电之后再作业。

10、结束语

辽宁省大伙房水库输水工程D&B2合同标段2003年开工至2008年基本接近尾声，其中20005-2007年为本工程用电高峰年，特别是随着洞室开挖延伸，多次解决施工用电增容、高低压（10/0.4kV）电力供电线路穿越衬砌台车、提高功率因数、降低无功等技术问题，施工中科学计算及不断总结，形成了本套用电技术方案，不仅为本工程提供了施工供电保障，通过必选优化，在节能降耗方面也起到了积极的作用，因本工程用电规范，技术可靠，多次受到业主及相关部门的表彰奖励，在此对本方案中存在的不足，敬请广大专家同仁给予批评指正。

参 考 文 献： 01、《新编实用电工计算手册》   赵家礼  安顺 合编     机械工业出版社

02、《最新实用电工手册》    邵海忠     化学工业出版社