长大隧道施工供电方案研究

（中铁十一局集团第一工程有限公司，湖北襄阳 441000）

1 工程案例

本次施工段有3座特长隧道，长度分别为左洞8 560 m、右洞8 562 m；左洞6 115 m、右洞6 087 m；左洞5 122 m、右洞5 130 m。

3座隧道均采用左右线进、出口双向掘进施工，隧道衬砌内轮廓断面形式。拱高700 cm，上半圆半径为535 cm的三心圆曲边墙结构，净空断面62.57 m2，周长为30.62 m。开挖断面最大面积102.6 m2，隧道单口掘进最大长度4 280 m，施工用电设备投入多，对临时用电规划提出了更高的要求。

2 长大隧道施工供电方案

2.1 供电原则

长达隧道工程量大，需要运用大型机械设备，对电力要求较高。施工供电应坚持稳定、安全、持续的原则，中途不可出现断电或电压不稳定的情况，影响机械设备的运转，进而影响工程质量[1]。工作人员须明确施工用电需求，在此基础上制定供电方案，以满足各项用电需求，确保施工活动顺利开展。为了保证稳定、安全供电，应建立备用电源，为施工活动开展提供支持[2]。

2.2 明确用电需求

用电需求是制定施工供电方案的前提条件，在正式施工前应展开调查，明确用电量，保证供电方案制定的科学合理性。用电主要包括照明、设备运转、施工用电等，应对用电量进行准确判断，控制其在合理范围内。

2.3 供电方案制定

工作人员应开展调查，对相关用电信息进行收集、整理、分析，以此作为供电方案制定的参考依据。长大隧道施工涉及多个部门，相互间应加强交流，全面了解用电方案，避免供电方案出现漏洞[3]。供电方案确定后应进行试验，确定其是否满足相关要求，如发现存在问题应及时改进，不断优化供电方案，增强方案执行力。

3 长大隧道施工用电方案设计

3.1 变压器站设置

3.1.1 变压器容量确定

项目专用10 kV高压电源，通过变电器将高压电源降至380 V的工程施工用电以及220 V的照明电压，供电范围应在1 200～1 500 m。工作人员应确定总用电功率，选用对应的功率变压器，再对应配置各类配电开关设备和电缆。计算其电量：

式中：P计——总用电功率（kWh）；K1、K2、K3——隧道内用各类用电设备同时使用系数；∑P1、∑P2、∑P3——隧道内各种用电设备额定功率（kVA）；cosФ——用电设备功率因素，施工最高参考值为0.75～0.78，一般取为0.65～0.85。

（1）高压进洞前（1 500 m内），洞口安装3台1 000 kVA变压器，左右两个洞共用3台变压器，风水电均由洞外向洞内供应。

1 500 m前用洞口变压器负荷计算如表1所示。

表1 1 500 m前用洞口变压器负荷计算

由表1可知，计算视在功率合计为2 395.9 kWh，同期系数为0.8，1 500 m以内施工设备用电负荷为2 108 kVA，在洞口安装2台1 000 kVA变压器，加上变压器正常允许过负荷功率，满足用电需求。

（2）高压进洞后（1 500 m以外），空压机进洞、洞内增加射流风机，洞外只保留主通风机，高压进口后左右洞各进1台1 000 kVA变压器，使用单洞用电负荷。

（3）高压进洞后，洞外主要用电设备为洞口主风机以及1 500 m前的洞内照明和抽水设备。

1 500 m高压进洞后洞口用电负荷计算如表2所示。

表2 1 500 m高压进洞后洞口用电负荷计算

1 500 m高压进洞后洞内用电负荷如表3所示。

表3 1 500 m高压进洞后洞内用电负荷计算

由表2、表3可知，计算视在功率合计为1 045.9 kWh，同期系数为0.8，高压进洞后洞口剩余用电负荷920.4 kVA，洞口设置一台1 000 kVA变压器，满足供电需求；计算视在功为923.3 kWh，同期系数为0.8，计算负荷812.5 kVA，在左右洞安装1台1 000 kVA变压器，满足洞内供电需求。

3.1.2 变压器站设置方式

当隧道一侧行驶不到1 500 m时，可通过增大电缆直径、减小电阻度以减少电压损失，在隧道内增加电压稳定设备以确保出口电压，保证隧道施工中的正常能耗。当隧道进尺超过1 500 m后，由于线路电损、设备功率要求提高，洞口变压器站无法满足洞内施工需要，可采用高压分布方式进入隧道，满足隧道施工要求，主变压器移动1 000 m左右。

变压器必须位于运行和维护方便的位置，地基稳固、安全和可靠的地方。

（1）隧道洞外变压器靠近洞口空压机房设置，充分考虑与电源T接方便等因素，减少线路损耗。

（2）隧道变压器应安装在横贯通道或隧道室内，变压器与周围上下隧道壁之间的距离不小于30 cm，按照规定的要求安装警示装置及安全防护。

3.2 供电线路选择与架设

隧道施工用低压电力线采用三相五线TN-S系统，供电电压为400/230 V，额定功耗电压为380 V。施工地段隧道照明电压不超过36 V，完成时不超过220 V。

为解决大长隧道供电电压下降过大的问题，采用高压隧道方式，在隧道区铺设高压电缆，引入10 kV高压电力，在隧道内设置变压器站，降低400/230 V低压电力供隧道使用。

3.3 线路架设

隧道供电线路布置如图1所示。

图1 隧道供电线路布置

（1）主输电线路或电力线和照明线路安装在同一侧时必须分层。架设原理为高压上升，低压下降；干线上升，支线下降；动力上升，照明下降。隧道电力线设在风力水管道的另一侧，电力线悬挂高度与行人地面之间的距离大于2.5 m。

（2）结合隧道施工特点，电线路架设分两段进行，在未衬砌段（仰拱端头至掌子面）临时电路应使用橡胶铺设电缆，固定线路应使用橡胶绝缘的电线铺设在成洞地段，导线固定方式采用绝缘瓷瓶支承。

（3）低压隧道系统布置采用三相五线制TN-S接零保护和三级配电、两级漏电保护系统。三级配电系统设置总配电箱、分配电箱、开关箱，分别设置配电与照明配电，分别设置电源开关箱和照明开关箱，两级漏电保护分配电箱和开关箱由漏电保护开关保护。

3.4 接地与保护

专用变压器供电的TN-S接零系统保护中，电气设备的金属外壳连接零线。零线由变压器的工作接地线或总配电室电源侧零线引出并单独敷设，保护零线除在配电室或总配电箱处做重复接地外，在配电系统的中间处和末端处进行重复接地，重复接地线与保护零线相连接。电力变压器工作接地电阻值不大于4 Ω，保护零线每一处重复接地装置的接地电阻值不大于10 Ω。

4 结语

综上所述，长大隧道规模比较大，在施工中应进行供电专项设计，电力资源为隧道施工提供动力，保证机械设备正常运转，为高效施工创造条件。长大隧道距离较长，专项的供电设计较为重要，掌握长大隧道施工特点，科学合理设计供电方案，保证满足施工要求，在工期内完成建设任务。