某电站帷幕灌浆施工供配电设计及应用体会

何 平 濮振波

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650041)

某电站帷幕灌浆施工供配电设计及应用体会

何 平 濮振波

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650041)

结合某水电站河中大坝及厂房帷幕灌浆工程施工供电的特点，依据现场实际条件及相关规程规范对帷幕灌浆施工供配电进行了专项设计，并总结了施工供配电设计中应注意的操作要点，结果表明该供配电设计达到了预定效果，取得了良好的经济效益和社会效益。

水电站，帷幕灌浆，供配电设计

0 引言

随着社会的不断发展，各种大中型建设工程的需要，施工供配电设计及应用越来越受到广泛的重视，但在施工供电安全生产中，存在着来自各种客观方面的制约，如水电站地处高山峻岭、场地狭窄、地势陡峭、线路规划设计及施工困难、变压器和供电出线布置等水电行业特殊地理环境困难，这些因素综合后更加剧了施工供配电安全难度。本文结合某水电站河中大坝和厂房帷幕灌浆及排水孔工程施工供配电的特点，结合现场实际对帷幕灌浆施工供配电进行了专项设计，并在施工安全供电过程中较好地发挥了供电安全保障，确保了施工人员的用电安全、提高了设备利用率、减少了不必要的资源投入，节省了能源消耗，取得了良好的经济效益和社会效益。

1 工程概况

本工程帷幕灌浆及排水孔施工部位位于某水电站河中大坝和厂房区，即坝纵0+258.326～坝纵0+554.651坝段(14号～23号坝段)间灌浆廊道、排水廊道、985 m高程灌浆洞和厂房坝基灌浆廊道。

上游帷幕灌浆廊道的断面尺寸为4.0 m×4.0 m，廊道内布置三排帷幕灌浆孔，与该范围内985 m高程灌浆洞的断面尺寸和灌浆孔布置相同，上下帷幕体间布置三排衔接帷幕灌浆孔；下游基础灌浆排水廊道的断面尺寸为3.0 m×4.0 m，廊道内布置两排帷幕灌浆孔，并布置一排排水孔；厂基灌浆廊道断面尺寸为3.0 m×4.0 m，布置两排帷幕灌浆孔和一排排水孔；上游帷幕灌浆廊道与下游基础灌浆排水廊道间布置有纵横向的排水廊道，廊道断面尺寸为2.5 m×3.0 m，均布置一排排水孔。

本工程单排帷幕灌浆孔孔距为2.0 m，双排和三排帷幕灌浆孔间排距为2.0 m×1.5 m，梅花形布置，厂基帷幕孔间排距为1.0 m×1.5 m。帷幕灌浆工程量约10万m3，排水孔工程量约4万m3，工期约20个月。

2 专项供电设计方案

2.1 负荷类型的确定

本工程施工用电范围主要包括：工作面内的钻孔及灌浆作业、排污系统、照明及洞外制浆站供配电。根据本工程施工的特点，结合现场实际，必须确保施工人员和用电设备的安全，用电人员安全方面包括电击、电伤。设备安全主要是防止水淹，而防止水淹必须确保排污系统正常，要保证排污系统正常就必须确保供电安全，只有确保了供电安全才能确保本工程排污系统正常，排污系统正常才能更好地保证钻灌相关设备安全，也只有供电安全才能有效保证施工人员、设备的安全。由此可见，该工程能否完成施工任务，安全供配电是前提。

本工程施工呈现以下几个特点：

1)工期十分紧张；

2)施工任务量大且均衡并相对集中；

3)各种钻灌设备、施工人员投入量大且集中；

4)工作面因渗水、涌水及排水而常有过水或积水；

5)施工工作面狭窄、拥挤、廊道高低交叉错落，施工环境极其恶劣；

6)施工安全隐患较多，主要包括物体打击、机械伤害、淹溺、触电、高空坠落等，其中触电及供配电安全最为突出；

7)帷幕灌浆的特性要求供配电必须安全可靠(在钻灌过程中尽量避免中断，因为一旦中断超过允许的时间限制，将影响灌段的灌浆质量，严重的将重新灌浆，这必然增加成本，造成浪费。若因停电造成灌浆中断，时间过长，孔内钻杆可能会因停电无法提升而被水泥浆液凝固，导致钻杆、钻孔报废，严重影响施工质量和安全，造成严重损失)；

8)排污系统的特性要求供配电必须安全可靠(在钻灌工作之前大坝集水井一直在独立的抽排，当钻灌工作开工后，在正常钻灌过程中，工作面上新产生的污水通过增设排污系统来解决。只有在特殊情况下才允许少部分的清水适当分流到大坝集水井中帮忙抽排，而大坝集水井的排污能力是有限的。所以，在大多数情况下，大坝集水井和新增排污系统是独立工作的，当因意外情况导致工作面供电中断而无法排污时，则工作面上因为涌水不断增加将会淹没工作面上大部分钻灌设备和排污设备，导致极大的损失)。

通过上述分析，可以确定该工程供配电属于二类负荷。必须具备双回路独立电源。所以，本工程的专项供配电方案就显得格外重要，必须安全、可靠、经济、适用。

2.2 总负荷统计与计算

1)工作面。

为满足合同工期要求，经计算主要投入工作面的设备包括：XY-2钻机为66台，每台22 kW；灌浆泵39台，每台18.5 kW；渣浆泵12台，每台90 kW。根据资源投入，高峰时工作面设备总容量高达3 640 kW，总用电负荷有功功率为3 030 kW，功率补偿后的功率因数要求达到0.90及以上。

2)制浆系统。

制浆系统总设备容量为400 kW，总用电负荷有功功率为222 kW，功率补偿后的功率因数要求达到0.90及以上。

2.3 选择变压器、配电室

1)工作面。

变压器原则上应该布置在工作面的中心，但因工作面范围高程点相对最低，极易被水淹，加之空间狭小，无法将变压器放置在廊道内，只能另找位置。经现场其他几种位置的比选后，最终选定离工作面最近的左EL.985施工支洞内约0+254位置处。经钻孔灌浆工作面主要施工用电负荷计算和验算[1]，选用2台1 600 kVA(S11-M-1600-10/0.4)变压器及其配电室对工作面供电，配电室设置在变压器旁，采用钢制网片与变压器分隔，配电室尺寸长×宽×高为：9.8 m×3.3 m×3 m，室内安放与变压器配套的GGD型低压配电总屏，包括低压进线柜、低压补偿柜、低压出线柜等。

2)制浆系统。

经现场综合比选后，制浆系统布置在左EL.1040平台位置，主要用电负荷计算并验算后，选用1台630 kVA的3号变压器(S11-630-10/0.4)，对制浆站供电。3号变压器布放在距离左EL985灌浆施工支洞洞口约185 m位置，即左EL.1040制浆系统场地边角处。变压器安放在承台上，承台采用砖砌，其高度为0.8 m，长度与宽度均为1.5 m。变压器采用砖砌围栏，围栏尺寸3.5 m×3.5 m，高度2 m。配电室采用砖砌，尺寸长×宽×高为：4.3 m×3.3 m×2.5 m。室内配电屏采用与变压器配套的GGD型低压配电总屏，包括低压进线柜、低压补偿柜、低压出线柜等。

2.4 高压线布置

根据现场情况，为满足工作面二类负荷的要求，高压供电采用双回路形式，即10 kV终端杆从花芒线63号杆(南方电网)与左9线15号杆(国家电网)接配构成双回路供电。主供电采用从花椒坪变电站输出至工区的花芒线63号杆，备用电源使用从龙井变电站输出的左9线15号杆供电。高压线路总长约1 760 m，其中采用架空线路长约1 234 m、铠装电缆线总长约526 m。通过架空、埋地电缆及架空电缆等方式走线至洞内外变压器，再经低压配电屏后将动力接至各工作面。

2.5 低压线布置

根据相关规范，所有进洞的动力线必须为电缆线。本工程工作面位置距离变压器在280 m～700 m之间，大多数的工作面位置集中在360 m～660 m。经过计算和验算，投入YJV3×120+1×70工作面的主动力铜芯电缆线9根共约5 300 m；YJV3×95+1×50工作面的主动力铜芯电缆线12根共约4 800 m，二级配电柜总共21个，PE保护零线则专门采用1根1×95 mm2铜芯电缆线进行主保护线配置。

3 工程施工供配电效果

经过施工过程验证表明：本供配电设计及应用达到了设计预定的效果，主要体现在以下几个方面：

1)10 kV高压双回线路及互锁断路器供电符合预期，特别是在防洪度汛期，成功化解了高压供电中断的危害。经过2个度汛期的工作考核，取得了良好的效果，确保了高压线路的通畅、稳定、安全，从而为变压器工作提供了保证，提高了工效，降低了成本。

2)变压器及各配电设备设施施工期间运行平稳，保证了施工人员的安全用电，也保证了设备用电的安全。

3)无功补偿达到了设计要求、除高峰期1个月功率因数0.85外，其他均在0.90以上，相对节约了电缆线的投入，提高了设备利用率，减少了能源消耗，相对降低了运行成本。

4)主要供配电所用零部件中，1只630 kVA漏电断路器发生过滑扣现象，后经简单处理后正常投运，1只补偿电容器因补偿量计算不够导致超负荷工作损坏而更换。所以，施工期间总体运行良好，没有因供配电故障影响正常生产。

总之，本项目工程供配电达到了安全、可靠、经济、适用的效果，取得了良好的经济效益和社会效益。

4 几点体会

1)变压器的合理选择。

变压器的合理选择直接决定了供配电的成败，主要应该从安全、经济适用和容量上下功夫。本供配电选用的是S11-M-1600-10/0.4变压器，该类变压器具有以下性能优点：漏磁小、机械强度高、抗短路能力强；能承受运输的颠震；线圈和铁心采用真空干燥，变压器内部的潮气降至最低；油箱采用波纹片，没有储油柜，降低了油浸式变压器的高度；有效地防止了氧气、水分的进入而导致绝缘性能的下降；综合应用安全可靠、成本较低。另外更重要的原因是该变压器具有三个档位，这是因为变压器为了在不同的电源电压下输出较为标准的电压，在初级线圈上留有三组接头，分别为电源电压偏低、正常、偏高时使用，中心档位就是中间那组，也是最常用的一组。选用这种变压器可以较有效解决电网电压偏低或偏高引起的供配电异常，保证了供配电的安全、可靠。

此外，选择变压器容量也是至关重要的。计算设备负荷容量常用需要系数法、二项式法和利用系数法，本项目供配电是采用需要系数法计算设备负荷的。在计算设备负荷容量时，防止变压器选用太大或太小。在设计时必须将需要系数、功率因数、同时系数等综合加以考虑，以使变压器的负荷率控制在45%～70%之间，这是因为变压器的最佳经济运行区负荷率处于45%～70%之间[2]。

2)漏电断路器的选用。

本工程总配电柜漏电断路器选用的是DZ20L-630/4300，这是具有过载、短路和漏电三种功能为一体的保护器，配置有50 mA～100 mA，100 mA～200 mA，200 mA～300 mA三档位漏电动作电流；二级配电柜总漏电断路器选用的是DZ20L-400/4300，这也是具有过载、短路和漏电三种功能为一体的保护器，配置有50 mA～100 mA，100 mA～200 mA，200 mA～300 mA三档位漏电动作电流；二级配电柜总闸以下的分闸及三级配电箱总闸选用的是DZ20LE-250，漏电动作电流100 mA。分断时间不大于0.2 s；开关箱内控制电气设备的漏电断路器选用的是DZ15LE-100，DZ15LE-63，DZ15LE-30，漏电动作电流不大于30 mA，不小于15 mA。

在灌浆生产过程中，出现了因二级配电柜以下的末端电气线路漏电引起总闸跳闸的现象，虽然末级漏电断路器漏电动作电流不大于15 mA、动作时间不大于0.1 s，二级配电柜漏电断路器漏电动作电流不大于100 mA、动作时间不大于0.2 s，总闸漏电断路器最大档级漏电动作电流不大于300 mA、动作时间不大于0.2 s，但因末端线路漏电，本该末级或二级漏电断路器跳闸，结果几乎同时导致总闸、二级或三级漏电断路器跳闸的现象。反复出现过几次后，经研究发现，这是因为故障线路掉落至水中引起漏电，而此时漏电电流远远超过300 mA以上，所以才出现了各级漏电断路器同时工作的现象。解决办法是将各级漏电断路器漏电动作时间统筹匹配即可，这是今后供配电设计要重点考虑的方面之一，既要能保证安全又要能减小停电范围。

3)无功功率补偿的设计应用。

本工程供配电无功功率补偿采用的是移相电容器(静电电容器)进行补偿，它具有重量轻、安装方便、投资少、故障范围小、有功功率损失小、易于维护等特点。

关于无功补偿容量的计算，严格地说，确定补偿容量应使用均权功率因数，但由于其计算繁琐，而计算负荷本身也不很准确，工程上允许采用最大负荷时的功率因数来代替均权功率因数来计算。本工程无功功率补偿的设计就采用这种方法进行计算，但在应用过程中，发现计算的补偿量不够，主要是表现在高峰生产的1个月内，当负荷在高位运行时功率因数接近0.82，负荷量由高位逐步减少时则功率因数逐步随之增高到0.95以上，结果这1个月高峰生产的月综合功率因数只达到0.85。所以，在今后的设计中，如果采用最大负荷时的功率因数来代替均权功率因数来计算时还要适当放大补偿量，另外，还需测试补偿前的功率因数，通过这样调整并计算的补偿量才能确保综合功率因数完全达到0.90以上。

4)三相电路的平衡。

本工程项目除了电焊机、照明及灌浆自动记录仪等设备所用不是对称负荷外，其他设备均为三相对称的负荷。在运行过程中必须经常用钳形电流表测试每相电流，发现偏差较大时及时适当调整，以便达到三相电流基本均衡，只有这样，才能更好的保证用电设备和动力电缆及变压器的安全，建议今后的设计应用中要引起足够重视。

5)高压双回路互锁供电。

本工程10 kV高压采用双回路供电模式(最好是不同的电网或者变电站或者同一变电站的不同变压器提供的供电线路提供)，如果采用柴油发电机组作为备用电源，则配置至少600 kW以上容量发电机才能仅满足工作面排污系统的需要(供电距离多增加400 m)，所以，采用独立的高压供电方式有效解决了备用电源的难题，既节约了资源投入，更保证了供配电安全，今后类似工程项目可以借鉴并大力推广。另外高压互锁断路器建议最好采用机械式，这是因为直观性强，避免误操作，安全保证度高。

6)电缆线的选用。

本工程所有动力线均是单位库存铜芯电缆线，但如果没有库存，综合效益还是用铝芯电缆线更好，经济成本大约是铜芯电缆线的1/3左右。

[1] 张伟功.供配电设计300问[M].北京：中国电力出版社，2010:47-54.

[2] 焦留成.供配电设计手册[M].北京：中国计划出版社，1999.

The power supply and distribution design and experience of a power station curtain grouting and construction

HE Ping PU Zhen-bo

(KunmingSurveyDesignResearchInstituteLimitedCompany,ChinaElectricPowerConstructionGroup,Kunming650041,China)

Combining with the construction power supply and distribution characteristics of mid river dam and powerhouse curtain grouting engineering of a hydro-power station, based on site actual conditions and relevant rules and specification made special design to curtain grouting construction power supply and distribution, and summarized the operation key points should be paid attention to in power supply and distribution construction design, the results showed that the power supply and distribution design reached the expected effect, achieved good economic and social benefits.

hydro-power station, curtain grouting, power supply and distribution design

1009-6825(2014)35-0116-03

2014-09-26

何 平(1973- )，男，工程师； 濮振波(1980- )，男，高级工程师

TU745.7

A