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长大隧道施工供电方案探究

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摘要：从成本、可行性等方面对长大隧道施工供电方式进行探究，列出了长大隧道施工供电的几种解决方案，并对其优缺点进行分析，具有一定的参考价值，为同类工程施工提供了参考。

关键词：隧道施工供电

1长大隧道施工供电常用方式

随着隧道施工机械化程度的逐步提高，在长大隧道施工过程中，投入的凿岩台车、拱架拼装台车、混凝土湿喷台车、防水板铺设台车、自动衬砌台车等大型设备逐步增多，洞内用电负荷持续加大，且对供电质量要求进一步提升，目前解决长大隧道洞内供电的方案主要有三种：高压进洞方案、无功补偿/稳压方案和升压/降压方案，现就此三种方案做探讨比较。

2高压进洞方案

高压进洞是指隧道施工过程中，低压动力电源因输送距离过长，电压降过大无法满足用电设备需求时，采用高压电缆从洞外接引10kv电源至洞内合适位置经10/0.4级变压器降压后供洞内用电设备使用的一种供电方式，具有供电质量好、电压波动小的优势，但其安装复杂，成本相对较高。京福铁路闽侯隧道出口洞内施工即采用此种供电方案。

2.1京福铁路闽侯隧道出口高压进洞方案

京福铁路闽侯隧道位于福建省闽侯县白沙镇和闽侯县荆溪镇交界处，起讫里程为：DK785+655～DK793+588，全长7933米；闽侯隧道出口承担3500米施工任务，洞内施工配有混凝土湿喷台车、衬砌台车、混凝土输送泵等大型用电设备，最大同时用电负荷约200KW。洞内用电设备配置见下表：

表3.1闽侯隧道出口洞内用电设备配置

序号

材料名称

数量

单台功率（KW）

合计（KW）

备注

1

混凝土湿喷台车

1台

80

80

2

衬砌台车

2台

22

44

3

混凝土输送泵

2台

90

180

4

沟槽台车

2套

25

50

6

照明

1套

30

20

合计

374

2.1.1隧道低压供电有效距离

在隧道内三项供电线路，在不考虑电抗和线路接头电阻的情况下，其电压降的简单计算公式为：

··························（1）

式中——线路电压损失率，以百分数表示，要求不大于5%；

U——线路额定电压（KV）；

r——导线半径（mm）；

L——线路长度（Km）；

ρ——导线电阻率，铜芯电缆为0.0174Ω/mm2，铝芯电缆为0.0283Ω/mm2；

S——导线截面积（mm2）。

隧道内大型用电设备原动机均为电机，取功率因素cosΦ=0.8，则=0.75。考虑投入成本原因，隧道进洞用低压电力线路一般为240mm2铝芯线（ρ=0.028Ω/mm2）。

当负载P0=200KW的情况下低压线路送电的最长距离：

电力线路电压变化在380V±5%内时，将数据代入式（1）计算可得

LMax=424m

当负载P0=80KW的情况下低压线路送电的最长距离：

电力线路电压变化在380V±5%内时，将数据代入式（1）计算可得

LMax=1060m

若电压降超过5%，电机将难以启动，无法使用。若考虑增大线径，则成本增加将直线上升，不具经济性。

根据上述计算可知，当超过1060m时，常规低压供电方式将无法满足洞内湿喷台车等大型施工设备用电。

2.1.2闽侯隧道出口洞内变压器选择

因洞内同时最大用电负荷约为200kw，则变压器容量为

P变=P0/0.8=1.25P0··············（2）

式中,P变为变压器的容量(kVA)。

则P变=1.25P

0=250kVA

根据上述计算，考虑变压器的经济运行区间和不可期需求，从变压器产品目录中选择变压器型号为315kVA的电力变压器作为高压进洞变压器。

2.1.3高压电缆的选择

高压电缆的选择应满足四个条件：

1、导线的机械强度；

2、导线的最高允许工作温度；

3、经济电流密度；

4、线路电压损失。

一般按经济电流密度选择电缆截面,然后用电缆的机械强度、最高允许工作温度和电压损失进行校验。

闽侯隧道出口根据上述要求，本着成本节约的原则，选择3×50mm2的高压铠装铝芯电缆。

2.1.4隧道内变压器的安装

闽侯隧道出口内一侧每500米设有一个综合洞室，考虑掌子面最大负荷为混凝土湿喷台车（约80KW），根据2.1节计算可知，低压最大送电距离为1060m，故在1000m处综合洞室内架设变压器，第一次高压进洞，此后每1000米移装一次变压器，在移装2次后可完成隧道施工。

2.1.5闽侯隧道出口高压进洞供电方案成本

闽侯隧道出口高压进洞采购材料设备成本见下表：

表2.1闽侯隧道出口高压进洞材料设备成本

序号

材料名称

数量

单价

金额（元）

备注

1

高压电缆

3000米

50元/米

150000

2

箱式变压器

1台

120000元/台

120000

3

高压隔离开关

1