中鐵二十局集團(tuán)電氣化工程有限公司 陳延兵

隨著國家十四五規(guī)劃的開局，國家對(duì)基建領(lǐng)域投資比例也在逐步提升，基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展建設(shè)也迎來了完善時(shí)期。工程建設(shè)中施工用電是很重要的環(huán)節(jié)，尤其是橋隧比重大的山區(qū)工程，由于其用電涉及面廣，變化因素多，更需要安全穩(wěn)定的供電設(shè)施來保證施工用電的連續(xù)性，合理的組織用電既能提高生產(chǎn)效率，又能節(jié)省電力資源，為業(yè)主、施工企業(yè)節(jié)約投資及用電成本，真正的做到創(chuàng)效的雙贏局面。在總結(jié)工作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)施工臨時(shí)用電的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行梳理，充分進(jìn)行方案的比選，達(dá)到技術(shù)經(jīng)濟(jì)的合理性。

1 工程概況

石柱至黔江高速公路是《重慶市高速公路網(wǎng)規(guī)劃》（2013～2030年）“三環(huán)十二射七聯(lián)線”中三聯(lián)線，是國家高速公路G5515張南高速的一段，項(xiàng)目整體為PPP 模式。設(shè)計(jì)速度為80km/h,橋涵設(shè)計(jì)荷載公路一級(jí)，路線總長83.180公里。本標(biāo)段為項(xiàng)目II 標(biāo)段，起于三義隧道中段（K40+110），止與黔江西冊(cè)山互通，線路長度42.9km，分屬于彭水縣及黔江區(qū)管轄，總工期48個(gè)月，主要施工內(nèi)容為橋梁工程、隧道工程、路面工程、交安工程、綠化工程、機(jī)電工程及其它附屬工程，全線施工用電存在點(diǎn)多、面廣、時(shí)間緊、用電量大的特點(diǎn)。

2 臨時(shí)供電作用及組成

臨時(shí)供電主要作用是為項(xiàng)目施工生產(chǎn)提供臨時(shí)電力供應(yīng)，以滿足現(xiàn)場(chǎng)生活、施工的需要，保障現(xiàn)場(chǎng)施工生產(chǎn)的有序推進(jìn)，完成業(yè)主單位的既定工期和進(jìn)度目標(biāo)。它主要由線路部分、變壓器部分、配電柜三部分組成，其中線路是將變、配電所與各電能用戶或用電設(shè)備聯(lián)接起來，由電源端（變、配電所）向負(fù)荷端（電能用戶或用電設(shè)備）輸送和分配電能的導(dǎo)體回路；變壓器是一種交換電壓電流和阻抗的電器，通過電磁感應(yīng)原理來改變交流電的電壓，滿足現(xiàn)場(chǎng)的施工的安全用電；配電柜是進(jìn)行電力分配，將經(jīng)過變壓器的電壓分配到各個(gè)用電單元，用于低壓配電系統(tǒng)中動(dòng)力、照明配電之用。

3 方案優(yōu)化的必要性

該工程地處山區(qū)丘陵地帶，交通運(yùn)輸困難、地質(zhì)條件復(fù)雜、樹林茂密、雨水較多，電力施工難度大、工期長、成本高，科學(xué)合理的方案優(yōu)化，有利于縮短建設(shè)工期，提高供電質(zhì)量，避免重復(fù)投資浪費(fèi)以及降低施工用電成本。

4 臨時(shí)供電的前期規(guī)劃與設(shè)計(jì)

4.1 變壓器的數(shù)量及負(fù)荷

根據(jù)各施工分部需求計(jì)劃，全線前期臨電涉及隧道、橋梁、梁場(chǎng)、項(xiàng)目駐地、拌合站、碎石場(chǎng)、鋼筋加工場(chǎng)、收費(fèi)站等用電點(diǎn)位共計(jì)56處，主要以生活用電、機(jī)械設(shè)備、施工照明用電為主，共計(jì)上報(bào)變壓器56臺(tái)，總?cè)萘?3545kVA；后期設(shè)計(jì)規(guī)劃正式用電點(diǎn)位27處，主要以通風(fēng)、照明、收費(fèi)、通信監(jiān)控設(shè)備及生活用電為主，共計(jì)需要變壓器27臺(tái)，總?cè)萘?375kVA。詳情見表1。

表1 變壓器容量統(tǒng)計(jì)表

4.2 臨時(shí)供電方案

項(xiàng)目施工跨越彭水縣、黔江區(qū)兩個(gè)行政管理區(qū)域，其中彭水段16.4km，黔江段26.5km。由于涉及跨區(qū)域供電，初步設(shè)計(jì)方案采取由臨近國網(wǎng)變電站出線，架設(shè)10kV 臨電線路，進(jìn)行分段供電，線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)國網(wǎng)相關(guān)要求，采用架空絕緣線（JKLGYJ），最小標(biāo)稱截面不得低于120mm2。

圖1 臨時(shí)供電方案

4.3 供配電設(shè)備方案

根據(jù)國網(wǎng)供電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，要求各供電點(diǎn)增設(shè)框架結(jié)構(gòu)式變配電房1座，并配備相關(guān)的安全防護(hù)設(shè)施。配電柜采用MNS 型固定式低壓配電柜，其開關(guān)采用插拔式（后出線），均采用下進(jìn)線下出線的方式，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置進(jìn)線柜1臺(tái)，計(jì)量柜1臺(tái)，無功補(bǔ)償柜1臺(tái)，饋電柜1臺(tái)，具體數(shù)量以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際實(shí)施為主。

5 方案優(yōu)化的關(guān)鍵點(diǎn)

進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查勘，掌握當(dāng)?shù)毓╇姽疽蠹跋嚓P(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從施工的時(shí)間性和用電特殊性進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，確保設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與用電客戶相適宜，為后期優(yōu)化設(shè)計(jì)創(chuàng)造先決條件；

加快對(duì)高能耗變壓器淘汰和更換，充分考慮項(xiàng)目施工的先后順序和同時(shí)性，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各用電設(shè)備數(shù)量進(jìn)行準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)，確定用電負(fù)荷，為后期設(shè)備選型提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，使之有科學(xué)的理論支持；

結(jié)合施工設(shè)計(jì)圖紙，充分考慮后期永久運(yùn)營的用電使用，在確?？茖W(xué)的前提下進(jìn)行分析與研究，確定線路方案的變更是否會(huì)對(duì)前期施工及后期運(yùn)營的整體成本造成增加，合理的優(yōu)化線路路徑，提高線路質(zhì)量，將前期臨時(shí)用電和后期正式運(yùn)營有機(jī)的相結(jié)合，避免重復(fù)投入降低造價(jià)；

根據(jù)行業(yè)施工現(xiàn)狀，轉(zhuǎn)變思維，與時(shí)俱進(jìn)，從實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合相關(guān)技術(shù)規(guī)范及以往高速供電的類似經(jīng)驗(yàn)，利用行業(yè)內(nèi)新技術(shù)、新方法，用事實(shí)作為依據(jù)，以此來取代傳統(tǒng)的供電模式。

6 優(yōu)化措施及實(shí)施方案

6.1 著重分析施工用電特點(diǎn)，科學(xué)計(jì)算并合理確定用電容量

工地臨時(shí)供電包括施工及照明用電兩個(gè)方面，變壓器的合理選擇，不僅可以避免變壓器輕載、空載、過載等現(xiàn)象，也可以降低施工用電成本，提高變壓器的利用率。因?yàn)殡娋W(wǎng)中的配電變壓器在運(yùn)行過程中有兩個(gè)損耗[1]，一個(gè)是鐵損（鐵損和激磁功率損耗，也叫固定損耗或空載損耗），一個(gè)是銅損（也叫可變損耗）。而10kV 及以下的配電網(wǎng)絡(luò)，變壓器的空載損耗（一般指鐵損，這個(gè)鐵損都要認(rèn)為是固定的，所以也叫固定損耗。它與通過設(shè)備的電流或功率大小沒有關(guān)系，不會(huì)隨著負(fù)荷的大小而變化）約占總損耗的40%～80%，甚至更高，因?yàn)樾∪萘孔儔浩骺蛰d電流較大，同時(shí)它的負(fù)荷又較低。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)用電設(shè)備種類、數(shù)量、負(fù)荷性質(zhì)進(jìn)行分析和計(jì)算，確定用電量、變壓器選擇標(biāo)準(zhǔn)。

6.1.1 用電量計(jì)算

P=η（K1∑P1/cosφ + K2∑P2+ K3∑P3+K4∑P4）

其中η—用電不均衡系數(shù)，取值1.1；P—計(jì)算用電量(kW)，即供電設(shè)備總需要容量；ΣP1—全部電動(dòng)機(jī)額定用電量之和；ΣP2—電焊機(jī)額定用電量之和；ΣP3—室內(nèi)照明設(shè)備額定用電量之和；ΣP4—室外照明設(shè)備額定用電量之和；K1—全部動(dòng)力用電設(shè)備同時(shí)使用系數(shù)，總數(shù)10臺(tái)以內(nèi)取0.75，10～30臺(tái)以內(nèi)取0.7，30臺(tái)以上取0.6；K2—電焊機(jī)同時(shí)使用系數(shù)，取0.6；K3—室內(nèi)照明設(shè)備同時(shí)使用系數(shù)，取0.8；K4—室外照明設(shè)備同時(shí)使用系數(shù)，取1.0；cosφ—用電設(shè)備功率因數(shù)，取0.75。

綜合考慮施工用電約占總用電量90%，室內(nèi)外照明用電約占總用電量10%，則：

P=1.24K1∑PC6.1.2 變壓器容量計(jì)算[2]

計(jì)算公式：

Po=1.05P/cos￠=1.4P

式中，Po為變壓器容量（kVA）；1.05為功率損失系數(shù)；cos￠為用電設(shè)備功率因素，一般取0.75。

根據(jù)上述計(jì)算方法，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工用電點(diǎn)及負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過合并用電負(fù)荷，調(diào)整施工順序等措施，減少變壓器數(shù)量及容量，確定最終統(tǒng)計(jì)表（表2）。

表2 變壓器容量統(tǒng)計(jì)表

6.2 科學(xué)規(guī)劃、采用“永臨結(jié)合”供電方式

由于施工現(xiàn)場(chǎng)位于山區(qū)，隧道橋梁居多，大長隧道及隧道群主要集中在本標(biāo)段的頭、尾兩端，根據(jù)用電需求分析，結(jié)合地方電網(wǎng)現(xiàn)狀及用電需求，10kV 臨電線路參考原設(shè)計(jì)方案由彭水、黔江相應(yīng)變電站出線，科學(xué)優(yōu)化路徑，彭水端為單線供電，黔江端出線前端更改為線路同桿架設(shè)，后端為雙線兩側(cè)分別供電。因現(xiàn)場(chǎng)各施工點(diǎn)的存在先后開工順序，設(shè)備同時(shí)系數(shù)前期施工按0.3-0.35考慮，后期運(yùn)營按0.85-0.9分別考慮，功率因數(shù)取0.85，根據(jù)三相負(fù)載電流計(jì)算公式

I=P/(1.732×U×cosφ)

式中，P 為用電功率（kW）；U 為電源電壓（kV），cosφ 為功率因數(shù)?？傻媒Y(jié)果見表3。

由表3計(jì)算結(jié)果，參考表4對(duì)照可得，彭水段采用LGJ-70導(dǎo)線、黔江段采用LGJ-50導(dǎo)線即可滿足前期臨電和后期正式運(yùn)營的有效結(jié)合，但考慮到現(xiàn)場(chǎng)黔江段供電半徑較長，線路末端會(huì)存在電壓不足情況，為保障供電質(zhì)量的穩(wěn)定可靠，將線路整體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一，黔江段線徑由LGJ-50導(dǎo)線升級(jí)為LGJ-70導(dǎo)線，即滿足供電公司技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，又提高了線路供電質(zhì)量，節(jié)約了施工成本。

表3 負(fù)載電流統(tǒng)計(jì)表

表4 鋼芯鋁絞線最大負(fù)荷參數(shù)表[3]

6.3 豐富的施工經(jīng)驗(yàn)與先進(jìn)技術(shù)互相融合

根據(jù)初步設(shè)計(jì)及地方供電公司要求，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過查勘后，由于此施工為臨時(shí)設(shè)施用電，結(jié)合以往路段上的相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)及電力設(shè)備的快速發(fā)展，同供電公司積極溝通，在滿足安全可靠的前提下，利用行業(yè)內(nèi)新的供電集成柜體積小、成本低、便于運(yùn)輸安裝的優(yōu)點(diǎn)，取代傳統(tǒng)的低壓配電柜占地面積大、造價(jià)成本高、接線復(fù)雜的缺點(diǎn)。以項(xiàng)目2#拌合站為例，將現(xiàn)場(chǎng)配電房及4臺(tái)低壓柜取消，更改為1臺(tái)戶外綜合低壓配電柜（圖2）和臺(tái)墩式配變變臺(tái)（圖3）。

圖2 低壓綜合配電箱系統(tǒng)接線及布置圖

圖3 臺(tái)墩式配變變臺(tái)平面圖

7 實(shí)踐結(jié)果統(tǒng)計(jì)與分析

7.1 成本統(tǒng)計(jì)

通過工程實(shí)踐，科學(xué)、合理的方案選擇能有效節(jié)約建設(shè)工期、降低施工成本。工期及成本分析數(shù)據(jù)見表5。

表5 工期及成本分析表

7.2 結(jié)果分析

通過合并、減少變壓器容量及數(shù)量，并未影響現(xiàn)場(chǎng)施工用電的正常運(yùn)營，相反其更加的科學(xué)化，不僅降低了變壓器后期用電的負(fù)載和空載，減少了電力資源的無味損耗，也節(jié)約了施工單位的用電成本。

電力線路永臨結(jié)合，雖然對(duì)前期的臨電施工成本有所增建，但對(duì)后期的正式運(yùn)營卻節(jié)約了建設(shè)重復(fù)投資，整體節(jié)約成本336.47萬元。且前期線路施工質(zhì)量的提高對(duì)整體的施工用電的穩(wěn)定性、安全性、可靠性產(chǎn)生有利影響，減少線路故障及檢修帶來的自發(fā)電損失。

配電設(shè)備的優(yōu)化既滿足了施工用電的安全、可靠供應(yīng)，也降低了臨電成本的投入，節(jié)約成本近346.33萬元，緩解了前期資金壓力，使施工資金更好的用于施工基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，為后期的全面開工，做好了扎實(shí)的基礎(chǔ)。

臨時(shí)供配電方案的科學(xué)化、合理性在石黔高速工程實(shí)踐中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，項(xiàng)目在工期、成本、節(jié)能減排方面均獲利明顯。科學(xué)合理的方案實(shí)施不僅一種先進(jìn)建設(shè)管理理念的落實(shí)，也是施工企業(yè)降本增效的核心內(nèi)容，其核心意義在于踐行全壽命周期管理思路，提高工程項(xiàng)目科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保型和安全性。伴隨著國家投資政策的調(diào)整及十四五發(fā)展的良好契機(jī)，PPP 投融資類項(xiàng)目將會(huì)逐年增加，施工企業(yè)不僅要參與施工，更要參與到建設(shè)、管理當(dāng)中，所以提前做好項(xiàng)目前期施工的科學(xué)策劃，將會(huì)有效降低施工成本，創(chuàng)造更好的企業(yè)效益，為企業(yè)的良性發(fā)展，提供更好的生存、發(fā)展壞境，使其在科學(xué)發(fā)展的可持續(xù)道路上走的越來越遠(yuǎn)。