侯來民

(中鐵二十局集團(tuán)有限公司第四工程有限公司, 山東青島 266061)

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長(zhǎng)大瓦斯鐵路隧道供配電技術(shù)

侯來民

(中鐵二十局集團(tuán)有限公司第四工程有限公司, 山東青島 266061)

【摘要】以正在修建的成貴鐵路長(zhǎng)大瓦斯隧道施工為背景，運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、理論計(jì)算與分析以及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證等方法，對(duì)施工用電工程施工部署進(jìn)行了分析，對(duì)瓦斯隧道施工用電負(fù)荷進(jìn)行了計(jì)算，據(jù)此對(duì)施工用電做合理布置。實(shí)踐表明，盡管長(zhǎng)大瓦斯隧道施工條件比較復(fù)雜，通風(fēng)及用電要求非常高，但只要能夠正確對(duì)瓦斯隧道施工用電負(fù)荷計(jì)算并據(jù)此結(jié)果進(jìn)行長(zhǎng)大瓦斯隧道供配電，可保證工程施工的安全。這種方法也可以為其他類似工程提供參考。

【關(guān)鍵詞】鐵路隧道；供配電；瓦斯；電負(fù)荷計(jì)算；安全

1工程概況

正在修建的成貴鐵路興隆坪隧道位于四川省宜賓市長(zhǎng)寧縣老翁鎮(zhèn)天井村和平原村，隧道長(zhǎng)度2 803m，中心里程DK186+491.5，剛好位于老翁場(chǎng)大型氣田核心區(qū)，經(jīng)過分析判定為高瓦斯隧道。基于較為特殊瓦斯工程條件，隧道設(shè)進(jìn)口工區(qū)和出口工區(qū)共2個(gè)工區(qū)。進(jìn)口工區(qū)承擔(dān)1 330m正洞施工，出口承擔(dān)1 473m正洞施工，最終隧道正洞于DK186+420處開挖貫通。由于全隧為高瓦斯工區(qū)，所以，所有機(jī)電設(shè)備具有極高的特殊性要求，對(duì)所有機(jī)電及通風(fēng)設(shè)備必須全部采用防爆改裝技術(shù)。尤其值得注意的是，因高瓦斯段施工需要采用不間斷通風(fēng)，必須設(shè)置雙回路電源，也即一旦一路電源斷電系統(tǒng)能馬上接駁至另一路電源，以此保證通風(fēng)正常。因此，如何確保長(zhǎng)大瓦斯鐵路隧道供配電是一項(xiàng)需要深入探討和研究的關(guān)鍵技術(shù)。

2施工用電工程施工部署

結(jié)合施工用電技術(shù)[1-2]，興隆坪隧道進(jìn)口施工臨時(shí)用電一路電源由老翁鎮(zhèn)天井村接入，T接長(zhǎng)度為400m，另一路電源由長(zhǎng)寧變電站架設(shè)一條11kV的專線至興隆坪進(jìn)口，在供電專線拉通后以專線為主，同時(shí)配備發(fā)電機(jī)組以供備用。計(jì)劃在興隆坪隧道進(jìn)口DK185+060段右側(cè)設(shè)2臺(tái)800kVA變壓器，采用架空線路沿右線界線采用三相五線連接興隆坪隧道進(jìn)口、鋼筋加工場(chǎng)及生活區(qū)。興隆坪隧道出口施工臨時(shí)用電一路電源由老翁鎮(zhèn)平原村接入，T接長(zhǎng)度為800m，另一路電源由長(zhǎng)寧變電站架設(shè)一條11kV的專線至興隆坪出口，在供電專線拉通后以專線為主，同時(shí)配備發(fā)電機(jī)組以供備用。另外，計(jì)劃在興隆坪隧道出口DK188+000段左側(cè)設(shè)2臺(tái)800kVA變壓器、采用架空線路沿左線界線采用三相五線連接興隆坪隧道出口、鋼筋加工場(chǎng)及生活區(qū)。需要現(xiàn)場(chǎng)用電隧道洞口見圖1所示。

圖1　隧道洞口現(xiàn)場(chǎng)用電

3瓦斯隧道施工用電負(fù)荷計(jì)算

參考瓦斯隧道施工用電計(jì)算方法[3-5]，可以對(duì)施工用電量、變壓器容量以及相應(yīng)電流等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

3.1施工用電量計(jì)算

工地施工供電包括施工及照明用電兩個(gè)方面，其用電量計(jì)算按下式計(jì)算:

(1)

式中：

P為計(jì)算用電量(kW)，即供電設(shè)備總需要容量；

∑p1為施工動(dòng)力用電設(shè)備額定用電量總和；

∑p2為照明設(shè)備額定用電量總和；

k1為全部施工用電設(shè)備同時(shí)使用系數(shù),總數(shù) 10 臺(tái)以內(nèi)時(shí)為 0.75，10～30 臺(tái)時(shí)為 0.7，30 臺(tái)以上時(shí)為 0.6；

k2為照明設(shè)備同時(shí)使用系數(shù)，一般為 0.7；

η為動(dòng)力設(shè)備的平均功率，常取0.85進(jìn)行計(jì)算；

k為備用系數(shù)，取1.05；

cosφ為平均功率因數(shù)，取 0.7。

3.2變壓器容量計(jì)算

變壓器容量公式為：

(2)

式中：P0為變壓器容量(kVA)；

pc為供電設(shè)備總需要容量；

k1為洞內(nèi)設(shè)備同時(shí)使用系數(shù)，根據(jù)工地情況取0.9。

其他符號(hào)同前面公式。

3.3電流計(jì)算

(3)

式中：Itot為回路總電流(A)；

p為用電設(shè)備總功率(kW)；

U為回路電壓(380V)；

cosφ為功率因數(shù)0.75～0.85；

K為安全系數(shù)0.9～1.05。

3.4導(dǎo)線截面的電壓降計(jì)算

當(dāng)供電線路較長(zhǎng)時(shí)，線路上的電壓降就較大，導(dǎo)線上的電壓降應(yīng)不超過規(guī)定的允許值，選擇導(dǎo)線截面按下式計(jì)算，即：

(4)

式中:S為計(jì)算導(dǎo)線截面積，mm2，其允許載流量見表1；

K1為需要系數(shù)，取0.9；

∑(PL)為負(fù)荷力矩的總和，kW·m；

ΔU為允許電壓降，一般電網(wǎng)允許電壓降為5%，路橋手冊(cè)隧道工程允許電壓降為10%；

C為計(jì)算系數(shù)，按表2數(shù)據(jù)給定。

表1　單芯電線明線敷設(shè)允許載流量

通過以上計(jì)算確定，變壓器的型號(hào)和額定容量、施工用電線路導(dǎo)線的截面、用電設(shè)備的距離。

4施工用電計(jì)算及其結(jié)果

工程施工前，對(duì)隧道施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行精確調(diào)查，據(jù)此對(duì)施工地段施工用電做合理布置。具體區(qū)段劃分里程及用電設(shè)備配備詳見表3。

表2　計(jì)算線路電壓損失公式中系數(shù)C值

依據(jù)表3中的計(jì)算結(jié)果，興隆坪隧道進(jìn)口的用電總功率為1 092.82kW，安裝2臺(tái)800kVA的變壓器能滿足施工要求。

5安全用電技術(shù)

由于隧道位于老翁天然氣田中心，為高瓦斯隧道，隧道所有電氣設(shè)備均采用防爆(隔爆)型，包括防爆電纜、防爆配電箱、防爆開關(guān)、防爆接線盒等。

5.1供電系統(tǒng)與隧道瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)鎖控制

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，瓦斯隧道施工洞內(nèi)供電必須做到“三?！?、“兩閉鎖”即：專用變壓器、專用開關(guān)、專用供電線路、瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時(shí)與供電的閉鎖及壓入式通風(fēng)的風(fēng)機(jī)與洞內(nèi)供電的閉鎖。因此，瓦斯工區(qū)的主通風(fēng)機(jī)、局部通風(fēng)機(jī)和洞內(nèi)與之相應(yīng)的工作面的電氣設(shè)備，必須與瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)電、瓦電閉鎖，當(dāng)通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)能立即自動(dòng)切斷局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)區(qū)段的一切電源。

5.2接地保護(hù)系統(tǒng)

根據(jù)規(guī)定，瓦斯工區(qū)內(nèi)的配電變壓器嚴(yán)禁中性點(diǎn)直接接地，嚴(yán)禁由洞外中性點(diǎn)直接接地的變壓器或發(fā)電機(jī)直接向瓦斯隧道供電。瓦斯隧道必須采用獨(dú)立的接地保護(hù)系統(tǒng)。因此，本隧道的接地保護(hù)系統(tǒng)從洞口集中接地處向洞內(nèi)架設(shè)，洞內(nèi)每200m施做重復(fù)接地，洞口的集中接地與洞內(nèi)的重復(fù)接地處的接地電阻不得大于1.5Ω。洞內(nèi)重復(fù)接地極使用厚度不小于6mm面積不小于0.7m2的鍍鋅鋼板，可安裝在洞內(nèi)積水坑、水溝或預(yù)留洞室內(nèi)。專用保護(hù)接地線不允許斷線且不允許安裝任何開關(guān)，洞內(nèi)36V以上的和由于絕緣損壞可能出現(xiàn)危險(xiǎn)電壓的電氣設(shè)備的金屬外殼、構(gòu)架等，都必須與專用保護(hù)接地線可靠連接，其接地網(wǎng)上任何一保護(hù)接地點(diǎn)的接地電阻值不得大于2Ω。

5.3設(shè)置撿漏繼電器

低壓饋電線路上，必須裝設(shè)能自動(dòng)切斷漏電線路的檢漏裝置。

(1)施工現(xiàn)場(chǎng)的總隔爆開關(guān)至分路隔爆開關(guān)設(shè)置兩級(jí)撿漏繼電器，兩級(jí)撿漏繼電器的額定漏電動(dòng)作電流和額定漏電動(dòng)作時(shí)間應(yīng)作合理配合，使之具有分級(jí)保護(hù)的功能。

(2)撿漏繼電器應(yīng)裝設(shè)在總電源隔爆斷路器的負(fù)荷側(cè)和分路隔爆開關(guān)的負(fù)荷側(cè)。

(3)撿漏繼電器的選擇應(yīng)符合先行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB6829《剩余電流動(dòng)作保護(hù)器的一般要求》和GB13955《漏電保護(hù)器安全和運(yùn)行的要求》的規(guī)定，額定漏電動(dòng)作電流應(yīng)不大于15mA，額定漏電動(dòng)作時(shí)間應(yīng)小于0.1s。

表3　興隆坪隧道進(jìn)口施工用電設(shè)備統(tǒng)計(jì)

(4)與總電源隔爆斷路器配合的的撿漏繼電器的額定漏電動(dòng)作電流應(yīng)大于30mA，額定漏電動(dòng)作時(shí)間應(yīng)大于0.1s，但其額定漏電動(dòng)作電流與額定漏電動(dòng)作時(shí)間的乘積不應(yīng)大于30mA·s。

5.4防雷接地

為了防止雷電波及隧道內(nèi)引起瓦斯爆炸，所有進(jìn)洞線路，包括動(dòng)力電纜、照明電纜、瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)電纜及通信電纜均需在洞口安裝避雷器。因此，在各種電纜向洞內(nèi)敷設(shè)時(shí)，必須嚴(yán)格執(zhí)行本規(guī)定，安裝與其相配套的氧化鋅避雷器，洞口的防雷接地電阻不得超過2歐姆且要定期檢查測(cè)試。進(jìn)洞的其它風(fēng)、水管線也必須在洞口處與專用保護(hù)接地極進(jìn)行連接，以防雷電和靜電傳入洞內(nèi)。

6結(jié)論

(1) 長(zhǎng)大瓦斯隧道施工條件比較復(fù)雜，通風(fēng)及用電要求非常高，特別是對(duì)高瓦斯隧道工區(qū)，除了需要采用不間斷通風(fēng)并設(shè)置雙回路電源外，還必須對(duì)所有機(jī)電及通風(fēng)設(shè)備全部采用防爆改裝技術(shù)，工程建設(shè)中絲毫不能馬虎，應(yīng)該對(duì)此密切關(guān)注。

(2) 結(jié)合施工部署，對(duì)瓦斯隧道施工用電負(fù)荷計(jì)算并據(jù)此結(jié)果進(jìn)行長(zhǎng)大瓦斯隧道供配電，能滿足施工要求，可保證工程施工的安全。

參考文獻(xiàn)

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[作者簡(jiǎn)介]侯來民(1977～)，男，工程師，從事隧道與地下工程施工技術(shù)與管理工作。

【中圖分類號(hào)】U458.1

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

[定稿日期]2016-03-24