超长水工隧洞TBM法开挖施工供电方法探讨

超长水工隧洞TBM法开挖施工供电方法探讨

汪洪泉

(辽宁润中供水有限责任公司， 辽宁 沈阳110166)

【摘要】全断面岩石隧道掘进机一般用来开挖长大隧洞，由于整机功率很大、供电距离长且洞内施工环境较差，因此在施工供电系统设计时要充分考虑电压降问题、继电保护问题、用电安全问题。本文对此加以介绍。

【关键词】全断面岩石隧道掘进机；电压降；继电保护；用电安全

中图分类号：U455

Discussion on super-long hydraulic tunnel TBM excavation

and construction power supply method

WANG Hongquan

(LiaoningRunzhongWaterSupplyCo.,Ltd.,Shenyang110166,China)

Abstract:Full section rock tunnel boring machine is generally used for excavating long and large tunnels. Since the whole machine has high power and long power supply distance, and construction environment in the tunnel is worse, problems of voltage drop, relay protection and power consumption safety are fully considered during the design of construction power supply system. The condition is introduced in the paper.

Key words: full section rock tunnel boring machine; voltage drop; relay protection; power consumption safety

1概述

全断面岩石隧道掘进机(tunnel boring machine，TBM)是利用盘形滚刀回旋破碎岩石，完成开挖、出渣和支护作业，形成整个隧洞断面的一种新型、先进的隧洞施工机械。TBM具有掘进进度快、噪声低、洞内空气比钻爆法洁净、使用人力少、工人劳动强度低、自动化程度高等优点，在超长隧洞施工中TBM的优势体现得尤其明显，因此广泛应用于国内外的超长隧洞开挖施工。

辽宁省大伙房水库输水工程TBM3施工段长达18469m的主洞段采用TBM法开挖，中途仅设一条16号施工支洞用于运送材料、通风和出渣。隧洞开挖施工时，洞内环境潮湿、粉尘较多，对电气设备安全运行不利，TBM上的设备总功率达到3750kW，在施工组织设计时必须解决长距离、大功率电力输送带来的电压降问题和复杂环境输电的安全性问题。

2TBM供电设计

2.1电源

工程发包方为大伙房水库输水工程TBM3施工段建了一个专用变电所。这个变电所距隧洞出口260m。变电所电压等级为66/10kV，容量8150kVA。该变电所由一台S9—5000/66变压器和一台S9—3150/66变压器并联运行，为TBM供电的开关为JYN2—12—630A金属铠装移开式开关柜，额定电流整定在300A。该开关柜具有过电流保护(速断和反时限保护)和小电流接地报警、大电流接地跳闸保护功能。

2.2TBM施工供电要求

TBM的变压器总装机容量为2×2000kVA+1000kVA。TBM上有10台刀盘电机，每台刀盘电机的功率为300kW,2台主液压泵合计功率为150kW，另加上锚杆钻机、喷锚机械手、混凝土输送泵等辅助设备，TBM整机最大用电负荷约为3750kW。

2.3供电电压及电缆型号选择

发包方的变电所提供给TBM用电的电压等级为10kV。但因TBM的整机功率较大，且供电距离又较长，即使采用YJV22—3×240mm2电缆也不能满足供电电压降要求[见式(1)计算结果]。因此施工方决定升高TBM回路的供电电压。洞内用电必须采用电缆供电，洞内作业环境也不好(潮湿、粉尘较多)，为了尽量安全决定采用20kV电压等级。电缆型号确定为12/20kV YJV22—3×95mm2，其供电电压降计算见式(2)。

10kV供电时(YJV22—3×240mm2)最大电压降计算如下：

(1)

20kV供电时(YJV22—3×95mm2)最大电压降计算如下：

(2)

式中Ig——额定电流；

L——线路长度；

Ue——额定电压；

Re——电阻；

X——阻抗；

φ——功率角。[1]

虽然升高电压等级增加了变压器和配套高压配电柜的投资，但是由于电缆的造价和电损的降低使整个施工期的用电成本还是降低了。

2.4系统总布置

TBM供电回路从发包方的66/10kV变电所引出段采用YJV22—3×150mm2电缆。经过约260m LGJ—185mm2架空线路，再用YJV22—3×150mm2电缆引入隧洞出口附近的10kV箱式开关站。10kV箱式开关站后安装一台10/20kV升压变压器，最后通过20kV箱式开关站连接洞内铺设的20kV YJV22—3×95mm2高压电缆。

TBM上安装一台真空断路器(总开关)和三台负荷开关，每台负荷开关连接一台风冷干式变压器。其中，两台S11—2000kVA 20/0.66kV的变压器每台供五台刀盘电机用电，一台S11—1000kVA 20/0.4kV的变压器供其他设备用电。

TBM上配有一台220kW柴油发电机组(与市电之间用自动切换开关切换)，供照明、水泵、混凝土输送车、高压电缆卷筒等设备用电。

2.5继电保护

洞口的10/20kV升压变压器前设置一台KYN12—630型真空开关柜。该开关柜用于保护10/20kV升压变压器，设置变压器温度报警和跳闸保护、轻瓦斯报警、重瓦斯跳闸、反时限特性的过流保护和短路保护。该开关柜出口设置接地刀闸，用于检修变压器时的接地。

洞口的10/20kV升压变压器后设置一台KYN61—40.5型真空开关柜。该开关柜用于保护洞内高压电缆线路，设置反时限特性的过电流保护和短路保护、小电流接地报警保护、大电流接地跳闸保护。该开关柜出口设置接地刀闸，用于接长高压电缆或检修高压电缆时接地。

2.6电缆的接长

TBM供电回路的高压电缆储备在后配套的高压电缆卷筒上(可储备320m软电缆)。TBM向前掘进时，不断放出软电缆，当软电缆全部放出后， TBM停机。人工操作分开给TBM线路供电的真空开关，合上线路两端的接地刀闸，然后拆开软芯电缆与硬芯电缆之间的接头盒，用TBM上的柴油发电机给电缆卷筒电机供电，把软电缆重新绕到卷筒上，然后接入一根硬芯供电电缆。电缆连接完毕检查无误后再分开TBM端接地刀闸，分开供电端接地刀闸，合上供电开关。

3供电安全措施

a.施工用电的线路及设备按批准的施工组织设计装设，并符合电力部门的规定，由于施工工期较长，各种线路及设备应符合正规电力工程的技术要求。

b.变压器、各类电气开关和设备的金属外壳，必须设接地或接零保护。各种电气开关的设备必须装配专用开关、插头和插座。露天及作业棚内使用的开关、插座应装入配电箱、闸刀箱内，配电箱底距地面高度不得小于1.5m。配电箱、闸刀箱应有专人负责，并加锁和采取防雨措施。

c.机械设备的电器装置，施工现场的接线、照明应由电工负责，安装后必须进行检查和试运转，确认无漏电、电击危险工作正常时方可使用。除电工外，任何人不得以任何理由接线及安装电线和电器设备。

d.对所有电气设备、绝缘用具必须定期检查、测试，严防漏电、短路等事故发生。防雷设施在雷雨季节之前应测试。手持电动工具应由专人管理，每月检查一次。绝缘用具每三个月测试一次，高压绝缘用具每半年测试一次。凡不符合要求的机具，严禁使用。

e.在洞内高压线路或高压元件上作业时，必须先断电，合上接地刀闸或接地线，然后再进行作业。

f.低压配电线路应按等级安装合适的漏电保护开关。

4结语

全断面岩石隧道掘进机施工的长大隧道，为保证大功率、长距离供电系统的可靠运行，采用升高输电电压或加大输电线径的方法控制电压降在合理的范围内，设计合适的过流保护和接地保护系统并合理采用供电措施,能为隧洞开挖施工提供可靠的供电保障。

参考文献

唐海.建筑电气设计与施工[M].北京：中国建筑工业出版社,2000.