工程施工临时用电技术方案优化

郭伟杰GUO Wei-jie；刘梦琪LIU Meng-qi；谷鑫GU Xin

（①河南省地矿局第二地质矿产调查院，郑州450001；②黄河勘测规划设计研究院有限公司，郑州450003；③华北水利水电大学水利学院，郑州450046）

0 引言

工程施工的临时用电贯穿于工程建设的全过程，稳定安全的电力供应可以给工程的顺利进行提供有力的保障，其重要性显而易见[1]。施工单位必须在施工过程中对临时用电进行合理的设计和施工。这不仅关系到建筑单位的用电需求，而且关系到工程安全[2]。科学合理的临时用电施工设计可以保证施工质量，在一定程度上还可以保持施工秩序，使施工顺利有序进行[3]。

1 工程概况

文章涉及工程为北京大兴新建加压泵站工程，主要工程内容为：明挖敷设泵站进出水管线长约1180m；新建泵站1 座；新建泵站前池1 座；新建进出水管线及泵站附属建筑物等。工程所在地现有供电网络分布密集，且供电保证率较高，能够满足本工程的用电需求。施工用电拟从当地电网接引，从10kV 线路接到变压器，再通过三级配电系统供应施工用电，从而满足工程施工临时用电需求。另配备两组柴油发电机组作为本工程的应急备用电源。

2 用电负荷计算

2.1 机电设备用电情况

参考文献资料[4][5]，并结合工程实际，整理出施工现场主要用电的机电设备如表1 所示。

表1 主要用电的机电设备

由于钻机与搅拌桩机的功率并不固定，但通过查阅型号资料，并结合工程实际概况，可设钻机功率为55kW，桩机功率为60kW（10-18m）。

根据工程资料图示，可大概得出办公生活区用电情况如表2 所示。

表2 办公生活区用电

2.2 用电负荷计算

用电负荷的计算，可利用以下公式：

式中：P——计算用电量（kW），即供电设备总需要容量；∑P1——全部电动机额定功率之和；∑P2——全部电焊机额定容量之和；∑P3——照明设备额定用量之和；∑P4——空调额定用量之和；K1——全部电动机同时使用系数，当全部电动机数目在10 台以内，取K1=0.75；当数目为10～30 台，K1=0.70；当数目在30 台以上，K1=0.60；K2——全部电焊机同时使用系数，电焊机数目在3～10 台以内，K2=0.60；数目在10 台以上时，K2=0.50；K3——室内照明设备同时使用系数，一般取0.8；K4——空调同时使用系数，一般取0.6；1.1——用电不均匀系数；cosφ——电动机的平均功率因数，在施工现场最高为0.75～0.78，一般为0.65～0.75，在此取0.75。

由于工程施工现场仅安装一台变压器，故，应将施工现场器械设备用电与办公生活区的用电情况累加。

在工程施工现场，全部电动机额定功率之和为∑P1=636kW，全部电焊机额定容量之和为∑P2=205kVA，照明设备额定用量之和为∑P3=10kW。则：

在办公生活区，全部电动机额定功率之和为∑P1=10kW，全部电焊机额定容量之和为∑P2=20kW，照明设备额定用量之和为∑P3=4kW，空调额定用量之和为∑P4=30kW。则：

故，输水泵站工程临时用电总用电量为P施+P生=750.57kW。

结合工程概况，总用电量偏大，不符合实际情况，故进行用电负荷的优化计算。

2.3 用电负荷优化

考虑到在工程现场，随着工程的进展，临时用电的功率会随之变化[6]。同时，现场临时用电可以细分为办公生活区用电和现场施工现场用电两部分。其中，办公生活区用电的功率大小伴随工程的进展基本没有变化，而施工现场用电部分功率会随着工程进展的变化而变化。施工现场用电可分为三个阶段：基坑施工阶段，厂房混凝土浇筑阶段以及最后的厂房装修阶段。因此，基于以上事实规律，在下面开始进行用电负荷优化的计算。

①在办公生活区用电部分：

办公生活区用电情况根据表2 可知，所设定的办公生活区机电设备用电情况没有变化，那么同上：

办公生活区用电功率P生=46.79kVA。

②施工现场用电部分，分为基坑开挖和基坑施工、厂房混凝土浇筑、厂房装修三个阶段，每个阶段各自计算，则：1）基坑施工：在第一阶段基坑施工中，主要利用工程机械来进行基坑的开挖以及地基处理，在这一过程中需要潜水泵将开挖后的基坑中渗出的地下水抽出，需要搅拌桩基、钻机、振冲机对地基进行处理，所以可以整理出在第一阶段所需要的用电器械的情况如表3 所示。

表3 第一阶段投入使用的机电设备

对上述整理的器械分类，各类的机电设备功率相加计算各类机电设备功率如下：∑P1=461.4kW，∑P2=0kW，∑P3=10kW，∑P4=0kW；

K1取0.7，K3取0.8；

可得，当工程进行到第一阶段基坑开挖和基坑施工用电时，P（一）=46.79+580.04=626.83kVA。

第一阶段，办公生活区与施工现场用电之和P（一）为626.83kVA。

2）厂房混凝土浇筑。当工程进行到了第二阶段，厂房的混凝土浇筑时，通过对工程实际的了解以及上一节主要施工器械的情况，可以得出下列所需的施工设备器械如表4 所示。

表4 第二阶段投入使用的机电设备

进入第二阶段，∑P1=56kW，∑P2=205kW，∑P3=10kW，∑P4=0kW；

其中，K1=0.7，K2=0，K3=0.8；

当工程进入到第二阶段厂房混凝土浇筑时P（二）=201.59+46.79=248.38kVA。

在第二阶段，办公生活区与施工现场用电之和P（二）为248.38kVA。

3）厂房装修阶段。当工程进入到第三阶段，厂房的装修阶段时，主要是室内的一些小的施工工作，结合器械总的种类以及相关文件资料所列出的器械，可以整理出下面的施工设备如表5 所示。

表5 第三阶段投入使用的机电设备

相关器械功率相加可得：

K1取0.7，K3取0.8；

故，当工程进入到厂房装修阶段时，P（三）=33.03+46.79=79.82kVA。

第三阶段，施工现场与办公生活区用电量之和P（三）=79.82kVA。

将一、二、三阶段用电情况汇总如表6 所示。

表6 用电情况汇总

通过观察数据，很容易发现随着工程施工进度的推进，临时用电的总功率有很大的变化，呈现大幅下降的趋势。如果依照最大的功率选择变压器，在后面的二、三阶段无疑会使变压器在临时用电配送过程中处于空载状态，从而增加了变压器的无功损失，除此之外，还增加了投资，浪费了资源；如果变压器容量的选择偏小，那么在第一阶段变压器将处于过负状态，在此状态下长时间工作的变压器无疑极易被烧毁，得不偿失。综上所述，如果要同时满足一二三阶段的临时用电需求，并最大可能的节约工程资金，应该采取多变压器组合的方式。

查阅相关资料可得我国变压器的额定容量主要有：50kVA、80kVA、100kVA、125kVA、160kVA、200kVA、250kVA、315kVA、400kVA、500kVA、630kVA。

为了最大可能的满足各阶段的要求、节约电能并节约资金，选择了400kVA+160kVA+100kVA 的组合方案。当工程处于第一阶段时，不同额定容量的变压器可以置于不同的位置以达到对电能最大的利用程度，例如，400kVA 的变压器可以设置在离振冲机等大功率工程器械近的位置，100kVA 的变压器可以设置在离生活办公区近的位置；当工程处于第二阶段时，既可直接由400kVA 的变压器提供施工、生活区域的临时用电，亦可采用160kVA+100kVA的组合形式；当工程进入到第三阶段，100kVA 的变压器足以满足全部的需求。

3 配电线路的优化

3.1 现场配电线路

本工程供电采用电缆架空或地埋敷设方式引至施工现场总配电箱，由此进入三级配电系统后，再由总配电箱将电流分配到各个分配电箱，继而再由分配电箱将电流导引至各开关箱，从而达到“三级控制、二级保护”要求。

在配电全过程中，电缆是电流的载体，而在施工现场，电缆线路的确定又与施工现场的环境有很大的关系。所以，对于现场地面环境条件不够理想的，可选择架设电缆的方式配电，此时电缆选择塑料或橡皮电缆；对于地面条件良好的，则选择地面敷设的方式来配电，此时选用铠装电缆。

配电线路从总配电箱出线有放射式和树干式两种形式。放射式配电指的是线路自总配电箱配送至分配电箱，再由分配电箱配送至若干个开关箱；树干式配电指的是线路从总配电箱开始，配送至若干个分配电箱，再由这若干个分配电箱配送至更多的开关箱。现场供电具体线路是在现场施工情况的基础上确定的，通常为了达到最优配电的目的，线路中同时采用放射式配电和树干式配电。

对于功率较大的机电设备，如振冲机、搅拌桩机等，应采用单回路的配电方式（即特殊的放射式配电）；对于功率较小的或距离较远的，如圆锯、电刨、套丝机等，可采用树干式配电方式。

3.2 配电线路的优化

配电线路上，为了使工程达到足够的安全、经济，应在这一方面做适度的优化设计，主要有以下几个方面的内容：①变压器的容量不同，所对应的配电的对象也有所不同，在变压器的位置选择上，要根据配电的对象的位置上进行综合的选择，以使配电线路尽可能短；②现场的配电线路应为直线，遇到需要转变方向的，角度应该为90 度；③随着施工进度的前进，现场供电线路整体趋于简化，基于这一特点，在后面阶段的施工用电的过程中，可以保留并利用上一阶段留下的配电线路。

4 临时用电安全技术措施

在临时用电的工作过程中，技术人员应该做好以下工作[7]：①在敷设或者架设线路之前：1）根据设计方提供的图纸，明确施工场地方向、范围，熟悉周围外电系统情况，初步判断施工现场线路走向以及配电箱的设置位置。2）对将投入现场使用的机电设备、机械工具等进行初步检查，以确保不留下安全隐患。3）对现场相关作业人员办理安全技术交底，使他们能安全用电，熟知夯土、焊接、手持电动工具时需要注意的事项。②在正式开始安装机电设备时，现场配电线路的敷设、架设应有专业电工在旁指导，总配电箱、分配电箱、开关箱的进出线应由专业电工安装，其他作业人员不可擅自操作，否则会留下安全隐患。③在机电设备投入使用之后，应定期由专业电工在做好防护措施的前提下对配电线路、配电箱、开关箱定期进行检查，并记录检查情况。④现场机电设备也应由电工定期检查维修检修内容主要在于接地、进出线接口、漏电保护器等。同时，对施工过程中的三个阶段不同种类的机电设备，应分别指定专人负责检查、维修，并且由现场安全员统一管理。

5 结论

实现施工现场临时用电安全，首要就是必须加强临时用电的技术管理工作。在工程开工前必须编制临时用电组织设计或临时用电方案。掌握工程施工机械用电负荷的计算方法，熟悉施工场地安全用电措施，是提高工程质量和工程效益的保证。