柴油发电机工作站在丰满重建工程中的应用

房大成，孔繁臣，高　潮，李济民

（1.国家电网公司新源有限公司丰满大坝重建工程建设局，吉林 丰满 132108；2.中国水利水电建设工程咨询北京有限公司、丰满水电站监理中心，吉林 丰满 132108；3.万华节能（烟台）工程有限公司，山东 烟台 264002）

1　实施背景

1.1　问题的提出

万华节能（烟台）工程有限公司承担了丰满水电站全面治理（重建）工程大坝外保温、坝体辅助防渗项目,该工程采用聚脲、聚氨酯喷涂技术为54个坝段（共分为五大段）进行上游水位变动区坝面辅助防渗+保温、上游水位变动区以上坝面保温、上游水位变动区以下坝面辅助防渗+保温、下游长期外露坝面保温、下游回填土以下坝面保温、溢流面辅助防渗+保温、闸墩侧面辅助防渗+保温。

工程要与大坝混凝土浇筑、灌浆施工有机结合，紧跟主体工程进度合理安排施工组织。其工程特点：移动性大、模块化施工，施工用电设施主要为吊篮、聚脲喷涂机、聚氨酯喷涂机、空压机、手持电动工具等，用电容量小，安全风险大文明施工要求高。

按招标文件以及以往工程惯例，施工单位要建立施工供电系统：在业主提供的10 kV施工供电接口配置柱上断路器、箱式变、环网柜、1-3级配电箱，高、低压电缆。存在问题：

（1）新建丰满大坝坝顶高程269.50 m，最大坝高94.50 m，坝顶总长1 068.00 m，54个坝段，加之基坑开挖形成的边坡垂直高度在20 m，地质条件极其复杂，在边坡上无法架设线缆，引入施工作业面用电距离长。为了与大坝混凝土碾压同步施工，迅速跟踪主体工程进度，保证工程连续性施工，该供电系统配电箱、电缆势必要遍布大坝的各个坝段，安全文明施工难度大、用电成本投入大、利用率低，存在安全隐患。

（2）施工用电区域分散。由于大坝分区域进行混凝土碾压，正在碾压的坝段不能进行外立面保温施工，且该坝段的所有用电设备均需要拆除，防止碾压时外排的污水对施工机械造成污染，因此保温施工的区域分散。

（3）用电设备移动频繁。现场施工分为基层处理、底漆施工、聚脲防渗层施工、聚氨酯保温层施工四道工序。每个施工段包含4～8个坝段，正常的工期为7～8个工日，施工完成后所有施工机械均要转移至其他的施工段，因此很难将供电设备固定在某个固定的位置。

（4）作业环境复杂，交叉作业多。由于受坝顶施工条件制约，很多坝段需要将电源接到坝底平台的不同位置，即使将电源接到坝顶，交叉作业不确定因素也很多，需要不定期的对配电箱、电缆进行移动。

（5）机械设备移动距离长。大坝长度为1 068 m，由于混凝土分区进行碾压，各个坝段被分割开，如采用固定电源箱、电缆线，通过正在施工坝段送到用电的位置将花费的成本很大。

1.2　解决问题的思路

根据该工程移动性大，用电容量小，模块化施工的特点，选用移动式柴油发电机显得尤为必要。移动式柴油发电机具有节省能源、施工规范、移动便捷等优点，但也存在隐患如：贮油桶的存放、原料油供给方式、防火、防尘、防雨措施，独立的TN-S接零保护系统的实现等棘手问题。

本着科学合理、安全可靠、经济适用的目的,采用移动式柴油发电机作为本工程的施工电源，使大坝外保温施工不受地理条件及现场不利因素制约，保证大坝外保温施工进度按照业主要求按时完成。

2　内涵和做法

移动式柴油发电机一般应用于运行和施工场所的自备用电源，短时启动用。如将其作为施工主电源发挥其优越性外还要符合国家、行业标准，绝对保证作业人员安全、实现现场安全文明施工。

2.1　国家及有关行业标准

按照JGJ46-2005《施工现场临时用电安全技术规范》的规定以及GB50194-2014《建设工程施工现场供用电安全规范》，移动式发电机组需要满足以下条件：

（1）“必须配置可用于扑灭电气火灾的灭火器，严禁存放贮油桶”。

（2）发电机上部应设防雨棚，防雨棚应牢固、可靠。

（3）“发电机组应采用电源中性点直接接地的三相四线制供电系统和独立设置TN-S接零保护系统”。

（4）“移动式发电机供电的用电设备，其金属外壳或底座应与发电机电源的接地装置有可靠的电气连接”。

（5）“TN系统中的保护零线除必须在配电室或总配电室箱处做重复接地外，还必须在配电系统的中间处和末端处做重复接地”。

2.2　改进内容

根据丰满大坝重建工程外保温标现场用电位置及功率需求，项目部首先购置了50 kW敞开式的柴油发电机，认真对照国家、行业规范标准，对柴油发电机外观及运行系统进行改造，以柴油发电机工作站形式投入运行。

（1）外观改进。加装了防护棚（见图1）实现防尘、防雨；设置隔断间，将贮油桶与机身隔开，采用管路自吸原理实现自动供油，减轻人力投入；配置灭火器；悬挂安全操作规程及警示标识；对发电机工作站与周围区分，进行专门管理。这样既可以有效的防止现场养护洒水淋湿发电机，造成潮水漏电的安全隐患，又可以防止现场扬尘污染发电机。做到了外观美观，现场整齐，制式统一，符合规程、规范要求以及建设单位对安全文明设施标准化的规定。

图1　防护棚现场图

（2）解决发电机中性点接地问题，实现独立的TN-S接零保护系统。将到场的柴油发电机由中性点非接地方式改为直接接地方式（与金属外壳可靠连接），并引出PE线，电源侧形成三相五线制接线引出至二、三级配电箱以及用电设备，实现发电机组应采用电源中性点直接接地的三相五线制供电系统，实现了“移动式发电机供电的用电设备，其金属外壳或底座应与发电机电源的接地装置有可靠的电气连接”。

根据丰满大坝接地系统新的设计理念：采用Φ180 mm镀铜圆钢组成独立的接地网，右岸上游库区侧设接地锚杆形成接地网格，整个大坝接地网随着大坝混凝土浇筑施工进程不断形成并与老坝接地系统实现了可靠连接。利用不断形成的大坝镀铜圆钢组成的独立接地网作为柴油发电机供电系统的重复接地网使用，将柴油发电机保护零PE线与大坝接地镀铜圆钢接地网链接，形成电源侧重复接地，并将各二、三级配电箱PE排引入大坝接地镀铜圆钢接地网，作为中间和末端处重复接地，实现“TN系统中的保护零线除必须在配电室或总配电室箱处做重复接地外，还必须在配电系统的中间处和末端处做重复接地”。三级配电系统结构见图2。

自此，此柴油发电机工作站供电系统，形成了“发电机组电源中性点直接接地的独立设置的TN-S接零保护系统”。

图2　三级配电系统结构形式示意图（放射式配电）

（3）建立健全的发电机工作站管理制度，编制了有针对性的各种专项施工方案及应急预案：《柴油发电机用电方案》、《发电机组装、运输专项施工方案》、《起重吊装作业应急预案》、《发电机工作站火灾应急预案》、《人身触电处置应急预案》。并且发电机工作站设置专人进行巡检，工人上岗前经过专业安全技术交底及安全知识考核，每天巡检并填写巡检记录，每周对巡检记录进行归档。巡检及时发现安全隐患，并采取有效措施保证发电机工作站正常运行。

（4）经过整体的改进后，为了验证该独立的发电机组中性点直接接地的TN-S接零保护系统，对带电导体在发生对地故障所产生的剩余电流的保护功能，实现减少触电危险，缩短故障时间，达到对人身保护的最终目的，对现场应用效果进行了试验。利用漏电电流测试仪，经实际模拟接地短路试验，现场配置的30 mA漏电保护器,实测动作电流10 mA正确动作跳闸。经过试验验证：经改进的柴油发电机工作站，通过现场科学配置，能够有效的保证人身安全。

在2016年大坝外保温标后期施工中，项目部新增购制封闭式可移动式柴油发电机，统一进行接地系统改进，实现了制式统一，移动更加方便快捷，使移动时间大大缩短（见图3）。

图3　轮式可移动发电机工作站

3　实施效果

（1）大坝保温、坝体辅助防渗材料采购及施工工程机械用电量见表1：

表1　施工机械及用电量

（2）如果按业主提供的10 kV接口接入，施工单位自行到当地电力部门办理用电接入手续，加之考虑线路压降，需在大坝两侧设立2台200 kVA箱式变压器需投入80万元，电缆电线增加（距离按1200m算）12万元。增加投入92万元。施工期增加电缆托架1 000 m约投入3万元，不断移动产生人工费（增加两个专业电工，日工220元即220×105=2.31万元）。总计增加投入97.31万元。考虑应供电部门要求，由专业化队伍安装所发生安装费的增加，预计还要发生30万。

（3）2016年度大坝外保温、坝体辅助防渗材料采购及施工项目用施工供电电力实际固定投入见表2：

表2　施工项目电力实际固定投入

2016年大坝外保温项目部施工供电系统共投入6台敞开式柴油发电机，并扩建新增加2台封闭式移动柴油发电机。发电机投入14.8万元，电缆及电箱投入13.2万元。2016年度施工期在7、8、9、10月份共计工作日为105 d，柴油费用总计为5.02万元，完成施工面积3.76万m2。投入运行维护人力4人，人工成本投入4.6万元。后续如按2016年施工强度，仅需要考虑油耗和人工投入。

（4）实践证明：2016年丰满水电站全面治理（重建）工程大坝外保温、坝体辅助防渗工程，通过实施本项技术管理创新，既满足了现场的用电需要，保证了安全文明生产。又极大降低了用电成本，创造明显的经济效益。并对同类工程提供借鉴，有广泛的社会效益。