高速公路现场临时施工用电电压不稳的解决方案

2024-04-01胡有明杨家国

大众标准化 2024年5期

龙飞，胡有明，杨家国

（云南建投安装股份有限公司，云南昆明 650031）

高速公路现场对电能需求的变化较大，临时供电系统的电压波动较大，会影响设备的正常运行，甚至引发设备损坏。为了解决这个问题，可以通过变电站主变压器有载调压、改变线路无功功率、安装低压稳压器、安装自动调压变压器、调压方案实践检验等的方式，避免临时施工用电电压不稳现象的产生，保证工程项目的顺利进行。

1 案例概况

1.1 项目供电现状分析

某高速公路工程A1合同段位于YN省DL州云龙县城境内，起讫里程为K89+697～K98+455，标段全长8.758 km，主要工程项目包括路基土石方、防护及排水、桥梁工程、涵洞及通道、隧道工程等。本合同段共有桥梁3座，其中大桥2座，中桥1座、隧道1座（其中岭丹隧道进口端起讫里程为K94+200～K98+450）；涵洞6道、通道1处。工程项目供电现状如表1所示。

表1 供电线路总体现状

1.2 线路末端配置情况

本工程项目末端铁塔编号为N46塔，主要负责岭丹隧道的供电任务，数量为20 m3的空压机8台、110×2 kW的通风机2台、75 kW的混凝土输送泵2台、7.5 kW的湿喷机2台、S11-630-10/0.4的变压器2台、S11-500-10/0.4的变压器1台，总变压器容量为1 760 kVA。

1.3 主要设备投入费用

变压器S11-630-10/0.4的单价（包括配电盘）为85 000元，数量为3台；变压器S11-500-10/0.4的单价（包括配电盘）为73 000元，数量为2台。根据计算，变压器的总费用为：85 000元×3+73 000元×2=361 000元。

1.4 施工现场用电变压器输出电压情况

根据国标《电能质量供电电压偏差》GB/T12325-2008的规定，正偏差和负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%。这意味着在35 kV供电电压的情况下，电压的波动范围应控制在额定电压的正负10%以内。对于10 kV及以下的三相供电电压，允许的偏差是额定电压的±7%，这即表示在10 kV及以下供电电压的情况下，电压的波动范围应在额定电压的正负7%以内；对于220 V的单相供电电压，GB/T12325-2008并没有专门规定允许的偏差范围。因此，根据电能质量的要求，220 V的单相供电电压应尽量保持稳定，并且控制在合理允许的范围内，以保证供电电压的稳定性和质量。

2 施工用电电压不稳原因分析

电压不稳定可能有以下几个原因：

（1）配电线路老化或损坏：老化或损坏的配电线路会导致电压波动较大。可能是由于长时间未进行维护或者施工期间对配电线路造成损坏所致。

（2）电力供应不足：当电网供电能力不足时，即使供电稳定，也无法满足施工现场的用电需求，从而导致电压不稳定，究其原因可能是由于施工现场用电需求大，电网供电能力不足所致。

（3）大功率设备突然开关：大功率设备的突然开关可能导致瞬间电压的波动，从而使电压不稳定。究其原因，可能是由于施工现场存在大功率设备需要频繁开启和关闭或者设备故障引发突然开关所致。

（4）线路阻抗过大：当线路阻抗过大时，电压在传输过程中容易出现损耗，导致电压降低，从而引起电压不稳定，这可能是由于配电线路设计不合理或线路负载过重所致。

（5）电压负荷较大，根据对施工现场的调查得出：该条线路的最大负荷为4 210 kW，主干线LGL-150大约场21 km，设定公因数0.9。那么，该条线路的最大负荷可以通过分布极端线路末端进行降压，并代入公式（1）和公式（2）精确计算得出变电站距离主干线之间409#干的电压降（ΔU）：

P=4 210 kW，S=150 mm2，L=21km，cosФ=0.9由此得出感抗x=0.358 Ω/km，电阻r=0.21 Ω/km；Q=2 034kvar

式中：DU为10 kV线路的压降；

UN为变电站出口电压；

P、Q分别为线路有功功率，无功功率；

R、X分别为线路的电阻，感抗；

L为变电站到主干线409#杆的线路长度。

主干线N46#杆的电压计算如下：U46=UNDU=10.30-3.29=7.01 kV，由此可以得出线路末端的电压很低，给设备正常运行带来困难，影响施工生产。从计算可以得出10/0.4变压器输出端电压为7.01/25=0.28 kV=280 V，与随机抽取的最低电压基本吻合。

3 临时施工用电电压不稳的解决方案

3.1 调节电压总体方案介绍

3.1.1 变电站主变压器有载调压

变电站主变压器有载调压可以采取以下几种措施：

（1）通过调节主变压器的切换装置，改变主变压器的输入端或输出端的连接方式，实现有载调压。

（2）通过在主变压器的低压侧或高压侧串联或并联电抗器，调节主变压器的输出电压。

（3）在施工现场临时用电工程中，采用三级配电系统（如图1所示），即总配电箱（或配电柜）下设分配电箱，分配电箱下设开关箱，开关箱下设用电设备。这样的三级配电结构能更好地实现电力分配和控制，同时也有利于故障排查和安全用电管理。

图1 三级配电示意图

（4）通过调整主变压器的励磁电流大小，改变主变压器的输出电压，具体采用哪一种方法还需要根据工程项目的实际需求和设备条件来选择。

3.1.2 改变线路无功功率

（1）在线路中串联或并联补偿器来实现无功功率补偿的方法，串联补偿器可以包括串联电抗器和串联电容器，分别用于提供感性无功功率和容性无功功率。并联补偿器可以包括并联电抗器和并联电容器，分别用于吸收感性无功功率和容性无功功率。

（2）调整变压器的励磁电流来改变线路的无功功率，增大变压器的励磁电流可以增加感性无功功率，减小变压器的励磁电流可以减少感性无功率。

（3）改变变压器的接线方式或调节变压器的变比来调整线路的无功功率，改变变压器的接线方式可以改变变压器的阻抗角，从而影响无功功率的流动方向。

（4）调节变压器的变比可以改变线路的电压水平，进而改变线路的无功功率。

3.1.3 安装低压稳压器

安装低压稳压器可以有效稳定低压电网的供电质量，低压稳压器通常安装在变电站或供电用户的配电柜中。它的作用是通过监测低压电网的电压情况，根据需求来自动调整输出电压，以确保用户所需的稳定电压供应。低压稳压器可以根据使用环境和负载的特点选择合适的类型，如电子式稳压器、自耦变压器稳压器或继电器稳压器等。安装完成后，低压稳压器会实时监测电网波动，并根据设定的参数进行响应和调整。其能够有效地稳定低压电网的电压，提供稳定的供电电压给用户设备，保护设备免受电压波动的影响，延长设备寿命，提高供电质量。需要注意的是，安装低压稳压器时，应根据实际需要和设备条件，选择合适的型号和容量，并按照相关的安装规范和要求进行安装和调试，确保安装过程安全可靠，并进行必要的维护和检修，保证低压稳压器的正常运行和性能。

3.1.4 安装自动调压变压器

安装有载自动调压变压器可以有效调节、稳定电网的电压，并提供稳定的电压供应给用户设备。有载自动调压变压器通常安装在变电站中，作为电网调节和稳压的重要设备。有载自动调压变压器能够实时监测电网电压的变化，并根据设定的参数自动调整输出电压，以确保设备和用户所需的稳定电压供应，它可以通过调整变压器的变比，控制变压器的励磁电流或改变输出绕组的连接方式来实现电压的调节。具体需要通过以下几个步骤来实现：①在安装有载自动调压变压器时，应根据本工程项目的实际情况和设备条件选择适当的型号和容量。②安装前，须对设备进行检查，确保设备无损坏和故障，并按照相关的安装要求进行安装。③安装完成后，需要进行必要的调试和测试，以确保设备的正常运行和性能。④安装有载自动调压变压器需要专业的技术人员进行操作和维护，并严格遵守相关的安全操作规程，确保工作过程安全可靠。⑤定期进行设备的维护保养和巡检，及时处理设备故障和异常情况，以保证有载自动调压变压器的稳定运行和使用寿命。⑥当采用自然接地体时，可以利用施工现场的主体金属结构或基础钢筋砼工程的基础结构作为接地体，但严禁使用易燃、易爆物的金属管道作为接地体。这是为了确保接地体的安全性和可靠性，避免因使用不合适的材料而引发安全事故。接地体技术参数如表2所示。

表2 接地体技术参数

3.2 调压方案实践检验

①设计调压方案，根据实际需要，设计合理有效的调压方案。这个过程需要考虑各种因素，包括但不限于设备的性能、环境条件、工作负荷等。②实施调压方案，在设计好的调压方案下，进行实际操作，这个过程需要严格按照设计的要求进行，以确保实验的可靠性。③数据采集，在实施调压方案的过程中，需要对相关数据进行实时采集。这些数据包括但不限于压力值、流量值、温度值等。④数据分析，对采集到的数据进行分析，以判断调压方案的效果，这个过程需要使用专门的分析工具，以确保分析的准确性。⑤结果论证，根据数据分析的结果，对调压方案进行论证。如果方案能够有效地调节压力，那么可以认为该方案是成功的；如果方案无法有效地调节压力，那么需要对方案进行修改，直至达到预期的效果。⑥方案优化，根据论证结果，对调压方案进行优化。这个过程可能需要多次迭代，直至找到最优的调压方案。

总的来说，调压方案的实践检验及论证是一个反复试验和优化的过程，需要严谨的科学态度和精确的工作方法。

3.3 实施效果

现场实施调压方案的效果分析需要通过以下几个指标来评估：①压力稳定性，观察实施调压方案后，系统的压力是否能够稳定在设定的目标范围内。可以通过监测压力变化曲线和统计压力波动范围来评估。②压力调节速度，检测实施调压方案后，系统的响应速度和压力调节的准确性。可以通过监测系统的响应时间和调节范围来评估。③能耗效率，评估调压方案对系统能耗的影响。如果实施调压方案后，系统的能耗明显降低，说明方案的效果较好。④安全性，对系统的安全性进行评估。调压方案应该能够保证系统的运行安全，确保设备和人员的安全。⑤经济性，评估调压方案的经济效益。方案应该能够在提供稳定压力的同时，尽量降低成本和资源消耗。⑥定量分析，为了进行现场实施效果分析，可以使用各种测试设备和监测工具来收集相关数据，并进行定量分析。对于某些指标，还可以进行现场试验对比或者进行模拟仿真，以验证调压方案的效果。此外，还需要进行随机抽样和多次重复试验，以提高结果的可靠性和准确性。最后，再根据实施效果的分析结果，可以对调压方案进行优化和改进，以实现更好的调压效果。调研和分析电网的运行情况和电压波动的原因是非常重要的步骤，可能的原因包括输电线路负荷过大、电网短路或过载、电源质量不良、负荷波动等。通过全面调查和分析，可以确切了解电压不稳定的根本原因，从而有针对性地制定解决方案。在确定解决方案时，需要进行可行性和经济性论证，可行性论证包括技术可行性、操作可行性和安全可行性，确保解决方案可以实施和操作，并不会引发新的安全隐患。经济性论证则要考虑投资成本、维护成本以及未来节省的费用和效益。