长距离勘探平洞洞内施工技术的供电方案

吴世友，韩树海，李连鹏

（辽宁省第三地质大队有限责任公司，辽宁 朝阳122000）

1 引言

对于长距离勘探平洞工作来说，洞内施工的过程中需要及时供电，如果供电不够平稳和安全，就难以保证长距离勘探平洞施工的效果。所以，分析长距离勘探平洞洞内供电非常有意义。

2 工程背景

丰宁抽水蓄能电站二期工程可行性研究阶段厂房勘探平洞工程为一期勘探平洞的续作工程（在原有1 607m长距离平洞的基础上继续向前开挖掘进施工）。本工程拟在水道系统布置平洞PDS04（长度为80m）、PDS05（长度为200m），一期厂房平洞（PD1Y-1）向南继续施工，穿过二期厂房左端墙60m，长度为400m。共布置平洞3条，总长度680m，备用200m【1】。

3 洞内供电的变压器站位置选定条件

1）由于平洞断面小，不具备在洞内设变压器的条件，一般要设在洞口外附近；

2）平洞距离较长，洞口外附近场地容许时，空压机站可临近变压器设置，以便于管理；

3）隧洞较长或施工机械用电需要变压器进洞时，应选用矿用型并按电气规程规定设置变压器室，变压器的高压电源由电缆引入洞内【2】。

4 供电方案比较选择

考虑进洞供电设计方案为3种：（1）低压进洞供电，即在洞外安装变压器，通过增大进洞电缆断面积、减小电缆电阻等方式，尽量减少到工作面的电压降，从而满足施工用电压的最低需求；（2）高压进洞供电，在洞内离工作面较近位置设置变压器，将电缆引进的高压降压，满足用电需求；（3）低压补偿供电，通过洞内中继低压补偿设备提升电压来满足用电需求【3】。

根据以上3种方式，结合现场实际条件，采用以下3种用电方式比选。

4.1 高压进洞直接变施工电压

采用高压铠装电缆把10kV高压电引到平洞450m扩大洞室段，再采用降压变压器把10kV高压电变成380V低压电满足用电需求，但接地系统和安全防护费用较高。

4.2 二级变压

升压变压器把380V在平洞外升压到一定值，再采用电缆（普通铠装护套），按规范要求引到平洞450m扩大洞室段，再采变压器把电压降压变成380V，通过稳压变压器满足用电需求。

4.3 洞内低压补偿

先把10kV高压电在平洞口变为380V电，采用电缆（普通铠装）引到平洞1 600m扩大洞室段，再引用低压补偿设备进行电压补偿，达到可用电压满足用电需求。

通过上述方案比选，第3种方案对专业技术要求比较低，容易操作，安全防护简单，经济效益好。根据勘探平洞的实际条件，本着节省工程成本的原则，选用第3种方案。

5 供电方案应用

低压补偿的用电方案适用于长距离平洞，解决因输电线路过长产生明显电压降问题，可适用于独头掘进2～3km平洞。对于小断面平洞，存在施工空间狭小，高压进洞防护复杂、保障安全困难、供电成本高，且和进出频繁的施工设备互相影响，而补偿设备可以按需求灵活布置和增设、前移，从而满足平洞施工用电需要。

长距离平洞由于施工工作面的掘进不断延伸，低压补偿设备可以机动跟随前移。工作面到1 607m开始掘进时，洞内同时用电设备功率约100kW，洞外变压器所供电压产生压降，供电损耗太大，若仍用洞外现有的200kV·A变压器输送供电，已不能满足平洞洞内实际用电需求，按照相关供电规范及施工经验，380V三相线路供电长度不宜超过800m，设备动力线路及照明线路末端的电压降幅度不得超过输出电压的5%。为解决施工用电问题，我们采用低压补偿来满足供电需求。平洞内施工设备功率见表1。

表1平洞施工设备功率

根据总用电量公式：

式中，P1为电动机总功率；P2为电焊机总功率；P3为洞内外照明总功率；cosΦ为电动机平均功率因数，取0.8；K1取0.6，K2取0.5，K3取1.0，总需求系数取1.10。

经计算，现场用电需求量为176kV·A，现场变电箱提供的用电量为200kV·A，即SZ=200kV·A，则SZ≥SSH，满足施工用电需求【4】。

由以上设备功率实际组成情况，平洞（PD01）450m扩大洞室位置前采用240mm2铝芯电缆(空压机就安放在该位置)，450～1 600m采用210mm2铝芯电缆，1 600m之后采用150mm2铝芯电缆，通过检验，满足施工现场用电需求。

施工现场临时用电按三级配电设置，同时做好“三级保护”，采用标准“三相五线制”进行供电，保护零线与工作零线严格分开。

根据规范规定，三级配电箱均采用正规产品，本供电系统采用TN-S系统，电缆统一使用橡皮电缆，各级配电箱分类统一编号，各配电箱和用电设备有良好的接地接零保护，并根据需要配置漏电开关。

通过本工程实践分析：

1）在平洞施工中，由洞口变压器以下配电箱引出至工作面的低压线路，会因为线路布设不规范、铺设不合理、电缆质量不良、维护不及时等因素造成电压降幅度过大，其中大部分损耗为线路损耗。针对这种情况，长距离平洞低压线路布设全部采用固定支架拉设在洞壁上，采用符合国标的电缆，尽可能减少中间接头，且按规范接头，保证线路整体质量，减少电流损失。

2）为满足现场施工用电需要，在平洞1 600m处采用补偿装置取得了比较好的效果。对于装岩机等设备启动时瞬间电流很大，造成电压突降而无法启动，可以通过补偿延时表进行调整，从而使大功率设备启动电压瞬间得到补偿，保证启动电流，达到正常工作【5，6】。

3）线路在满足基本要求的前提下，当超过2 000m时，整体线路电压降幅过大，可以通过加装升压稳压装置和补偿装置，在出线端设定输出电压值，能保证装岩机等大功率用电设备正常工作，同时根据施工需要，随时跟进和移动，满足平洞内工作面附近线路末端电压需求。

6 洞内照明及高峰期设备备用电量

6.1 洞内照明

照明负荷距洞口500m处，由洞外电源供电，以后的照明由洞内电源的变压器供电。

照明供电均采用TN-S系统，以各段变电站为中心向两端布置，最远端距离500m，负荷均布以保证用电均衡。用BLV-25mm2绝缘电线沿右侧洞壁配置，间距15m，距洞底1.5m。

主要作业人员集中在距离掌子面150m范围内，按规范采用36V安全电压供电。

6.2 平洞洞内用电高峰期设备使用量分析

平洞在1 607m开始掘进后，当平洞开挖用装岩机和通风机同时工作时用瞬间电流最大，原因是装岩机为点动启动设备，此时供电量作为选用普通节能型固定式变压器型号的依据。

洞内用电高峰期所配电动设备总容量为：设备用电电动机总功率约180kW，电焊机17.8kW，照明16kW。采用综合系数法计算用电负荷。Kc考虑施工现场不确定因素，取最大值0.8计算。

选用200kV·A的普通节能型固定式变压器是合理的。

7 结语

总而言之，长距离勘探平洞施工时，一定要做好供电工作。

1）在长距离勘探平洞洞内供电过程中，供电要保持稳定和安全，确保施工的进度和质量。

2）在保证工程供电安全和工程施工安全的前提下，尽量降低供电成本，做到节俭不浪费。

3）工程开工前，一定要根据具体工程实际情况进行方案设计和比选，采用安全、高效、经济的供电方案。