高铁隧道长距离施工供电技术

代炯

（中铁十二局集团第三工程有限公司，山西 太原 030024）

隧道施工中，大型用电设备多、负荷大、供电质量要求高，采用380/220V 供电系统时，因电力传输存在压降的特性，当隧道掘进到较长距离时，电压降超过用电设备的允许范围，导致设备无法正常使用，从而影响了隧道正常施工。对长大隧道施工而言，如何制定一套方便快捷、经济适用的供电方案，克服长距离供电电压过低造成的影响，对施工尤为关键[1]。

1 工程概况

广湛高铁大脊山隧道全长9606m，为全线第二长隧道，是全线的控制性工程。隧道划分为隧道进口、隧道出口、隧道斜井三个施工区段，分别为隧道进口负责DK137+035～DK139+220 长度2185m 施工，斜井负责1433m 斜井及主线DK139+220～DK140+100（斜井与正洞交叉里程）～DK142+441 长度3221m 施工，隧道出口负责DK142+441～DK146+641 长度4200m 施工，本文对大脊山隧道进口及出口施工用电进行分析。

2 施工用电负荷

隧道施工主要用电负荷为空压机、通风机、地泵、湿喷机、电焊机等设备，另根据隧道涌水量情况配备水泵，为加强隧道内空气流动配备射流风机，满足隧道照明布置照明灯具等。

大脊山隧道进口用电负荷为洞外设置压入式风机2台功率220kW、空压机6 台792kW，洞内设置射流风机2 台74kW、地泵1 台90kW、湿喷机1 台70kW、其他用电50kW，总负荷共计1296kW。

大脊山隧道出口用电负荷为洞外设置压入式风机2台功率264kW、空压机7 台924kW，洞内设置射流风机6 台222kW、地泵1 台90kW、湿喷机1 台70kW、其他用电150kW，总负荷共计1720kW。

3 出现电压不足的原因

根据《工业与民用配电设计手册》可知，用电设备端子电压偏差允许值为额定工作电压的±5%[2]。实践表明，当隧道掘进长度达到800m 左右时会出现电压不稳的状况，可能导致设备无法启动甚至电机烧坏。

式中：Δu——电压降，V；P——负载功率，KW；Un——额定电压，kV；I——负荷电流，A；Cosφ——负荷的功率因数，取0.8；R——线路电阻，Ω；P——线路电阻率，铜0.0175，铝为0.0283；L——线路的长度，m。

当隧道掘进到800m 时，假设末端负荷约为210kW，同期率为0.8，变压器低压出线端供电线路原始电压U 为0.38kV，功率因素Cosφ 取0.8，额定电压Un 为0.38kV，供电线路电缆型号为YJLV3*240+2*120，通过计算隧道供电线路末端的电压降为30.09V，计算如下：

R=ρL/S=0.0283*800/240=0.0943Ω

线路电压降Δu=IR=398.84*0.0943=30.091V

用电设备允许电压降低值Δu1=380*5%=19V

实际压降大于允许压降，故此时电压不满足用电设备工作要求。

4 解决压降过大的几种途径

目前用于解决隧道施工用电电压降过大的途径主要有以下三种。

4.1 低压稳压

低压稳压是在洞内供电线路末端直接加装稳压设备，在不改变电压等级的情况下直接进行稳压，使电压满足供用电设备使用，稳压长度可达1.5km 左右。

优点：无需高压进洞，安装方便快捷，节省成本。

缺点：不适用于长大隧道，大负荷使用时电压波动大。

4.2 1kV 升降压进洞

利用升压器将380V 电压升高到1140V，并通过洞内既有的0.6/1kV 低压电缆输送到用电部位，再通过降压器把电压转换成380V 电压，供给前端的用电设备使用，供电半径可达3km 左右。

优点：（1）利用既有低压电缆，无需购买高压电缆，节省成本。（2）升降压器安装和普通配电箱安装步骤一致，可跟随开挖深度同步向前移动，方便快捷。

缺点：（1）升压器与降压器之间电压为1140V，用电需降压器先降压。（2）对电缆线路耐压要求高。

4.3 10kV 高压进洞

从洞外预留的10kV 接线端利用高压电缆将10kV电压延伸到隧道内，在洞内设置10/0.4kV 变压器将10kV电压变为0.4kV，供施工设备使用，供电半径可达10km～15km 左右。

优点：供电电压稳定，输送距离长，适用于长距离大负荷施工。

缺点：（1）需要购置高压电缆，配备专用变压器，成本高。（2）电压等级高，电缆头制作、电缆、变压器安装复杂、安全风险高、周期长。（3）供电部门监管严格。

5 实际应用

根据决解决压降过大的几种途径的适用范围及优缺点，结合大脊山隧道进口及出口的实际情况，制定了相适应的供电方案，并进行了分析对比，具体如下。

5.1 大脊山隧道进口供电方案及分析对比

5.1.1 供电方案

10kV 高压进洞供电方案：采用1685mYJLV22 3*35型高压电缆从洞外直接将10KV 电压引入洞内，洞内设置1 台315kVA 型箱式变压器，箱变随隧道掘进不断向前移动，与掌子面保持500m 以内距离。

1kV 升降压供电方案：采用1685m 采用既有YJLV 3*240+2*120 低压电缆通过1kV 电压升降压进洞，设置1 台500kVA 升压器、1 台500kVA 降压器，降压器随隧道掘进不断向前移动，与掌子面保持500m 以内距离。

5.1.2 费用对比

10kV 高压进洞供电方案费用：购置315kVA 箱变1台（8 万元/台），购置并架设YJLV22 3*35 高压电缆1685m（38 元/m），费用共计14.433 万元。

1kV 升降压进洞供电方案费用：购置500kVA 升压器1 台（2 万元/台）、降压器1 台（2 万元/台），费用共计4 万元。

5.1.3 进度对比

在不考虑设备及材料影响的情况下，10kV 高压进洞供电方案每次施工周期为5 天，1kV 升降压高压进洞每次施工周期为0.5 天，1kV 升降压供电方案更节省时间4.5 天。

5.2 大脊山隧道出口供电方案及分析对比

5.2.1 供电方案

10kV 高压进洞供电方案：采用3700mYJLV22 3*35型高压电缆从洞外直接将10kV 电压引入洞内，洞内设置2 台315kVA 型箱式变压器，箱变跟随隧道掘进不断向前移动，与掌子面保持500m 以内距离。

10kV 高压进洞+1kV 升降压供电方案；前部1200m采用YJLV22 3*35 型高压电缆从洞外直接将10kV 电压引入洞内，设置1 台315kVA 型箱式变压器；后部3000m采用既有YJLV 3*240+2*120 低压电缆通过1kV 电压升降压进洞，设置1 台800kVA 升压器、2 台500kVA 降压器，降压器隧道掘进不断向前移动，与掌子面保持500m 以内距离。

5.2.2 费用对比

10kV 高压进洞供电方案费用：购置315kVA 箱变2台（8 万元/台），购置并架设YJLV22 3*35 高压电缆3700m（38 元/m），费用共计30.06 万元。

1kV 升降压进洞供电方案费用：购置315kVA 箱变1 台（8 万元/台），购置800kVA 升压器1 台（4.2 万元/台）、500kVA 降压器2 台（2 万元/台），费用共计20.76 万元。

5.2.3 进度对比

在不考虑设备及材料影响的情况下，10kV 高压进洞供电方案每次施工周期为5 天，1kV 升降压高压进洞每次施工周期为0.5 天，10kV 高压进洞+1kV 升降压供电方案节省时间4.5 天。

5.3 方案选择

由此可见，大脊山隧道进口选择1kV 升降压供电方案，大脊山隧道出口选择10kV 高压进洞+1kV 供电方案费用更省，对施工影响小。在隧道施工长度小于3000m 时采用1kV 升降压供电方案、隧道施工长度大于3000m 时采用10kV 高压进洞+1kV 供电方案更加合理。

5.4 施工用电布置图

根据上述结论以及洞内用电负荷情况，大脊山隧道进口及出口施工用电布置图如图1 所示。

图1 大脊山隧道进口及出口施工用电布置图

6 安全技术措施

1.洞内低压采用TN-S 供电系统，三级配电、二级保护配电系统，开关箱满足“一机一闸一漏一保护”原则[3]。

2.洞内供电线路应分层架设，高压线路挂设高度为3.5m，低压线路挂设高度为2.5m。

3.隧道内台车及开挖面应采用不高于36V 安全照明电压[4]。

4.变配电设施设置防护栅栏、安全锁、安全标识及警示灯，并由专职电工负责管理，严禁无关人员进入。

5.电线电缆应采用国标电缆，出具检验检测报告，并进行复检合格后方可使用。

6.变配电设施应做好工作接地和保护接地，工作接地电阻不大于4Ω，重复接地电阻不大于10Ω[5]。

7.电工应持证上岗，每天做好变配电设施进行巡查，检查设施运行是否正常，消除安全隐患。

7 结语

随着隧道施工机械化程度越来越高，施工设备用电量也越来越大，供电质量已经成为影响隧道施工的一个重要因素，本文基于广湛高铁大脊山隧道进口及出口的施工用电实践，分析了电压降出现的原因，提出了解决问题的思路，制定了供电方案，并进行了比选，最后得到了合理的解决方案，有效解决了供电电压不足对隧道施工造成的影响，确保了施工进度和用电安全，降低了施工成本。