高速公路施工纵向用电专线的应用探讨

陆 严

(广西八桂工程监理咨询有限公司,广西 南宁 530021)

0 引言

高速公路的建设实施,一般具有线路和工期长、工点分布多、人材机资源投入大、场地地形不佳和野外作业条件恶劣等特点。施工临用电是施工生产保障与安全管控要点之一。驻地临建和大型场站设施的集中建设以及标准化建设、桥涵与隧道施工等所需设备设施用电负荷大,需要根据施工进度部署、现场作业环境条件选择合适的供配电方式,解决用电供能不足、不稳定、故障检修过多和用电安全隐患整治等带来的制约干扰。

1 施工纵向用电专线应用背景

广州从化至清远连州高速公路(以下简称广连高速公路)是广东省的重点建设项目,线路全长213 km,主线按双向六车道设计,总投资约为330亿元。广连高速公路土建TJ02标,起止桩号为K19+866.958～K48+090,合同价约为28.7亿元。标段长度为28.223 km,桥隧比为47.1%,特大桥2 座、大桥8 座、中小桥13 座,涵洞通道73 座,土石方1 635×104m3,服务区1 处,停车区1 处,枢纽互通2 处,一般互通3 处。沿线设预制梁场4 处、小构件预制场2 处、拌和站4 处、碎石加工场4 处、项目驻地4 处、工地试验室2 处。累计投入塔吊12 台、架桥机6 台、龙门吊32 台、挂篮6 套等各类设备。

该标段跨越广州、清远两市特别是受广州市行政管辖辐射的影响,用地、动火、涉电、涉管、涉路、涉林等许可与报备较多且受严控态势。沿线企业工厂、农林农地、路网电网水域、西气东输与石油管道、国防电缆等分布较多,企业与居民的社会认知水平较高,对经济生产建设乃至工程建设不良行为的监督与举报投诉的积极性较高,涉及的行政和民事问题较多。驻地、拌和站、钢筋场、预制场等基本设在项目红线内或沿线侧,远离市区和人员密集区。施工用电量大,市电供应或自配大型发电机组很难从根本上全部解决用电高峰需求和持续稳定性。

在此背景下,通过设计并建设一条高压专线供应沿线土建工程施工用电,确保施工生产用电的稳定。

2 施工纵向用电专线应用技术分析

2.1 施工纵向用电专线总体设计思路

总体设计思路是沿线设计并施工部署一条10 kV高压主线供沿线施工使用,按属地供电局的管理要求布设到现场指定位置,主线与各用电点距离为100～300 m。主要用电点从高压专线电杆接出并安装变压器进行降压、以低压支线方式分别接入驻地、场站、桥涵施工工点等主要用电点,其他用电相对较小的工点则就近从低压支线接电或自配小型发电机供电。

2.2 主要用电点及用电设备配设

清远段拟设17个主要用电点,广州段拟设15个主要用电点。

2.2.1 驻地用电设备

以电子显示屏、办公电脑、电风扇、空调、冰箱、饮水机、排烟机、抽风机、烧水与热水器、饭堂蒸煮设备、车辆充电桩、高压水泵、办公及生活照明等为主,单个设备功率较小但数量众多。

2.2.2 搅拌站和工地试验室用电设备

以混凝土搅拌站大型成套设备设施、工地试验室试验仪器设备、高压水泵、施工及办公照明等为主,大型成套设备设施组合用电功率大。

2.2.3 预制场、钢筋加工场用电设备

以龙门吊、空压机、高压水泵、钢筋加工设备、电焊机、浇筑振动设备、张拉压浆设备、施工照明等为主,设备用电功率较大耗电较多。

2.2.4 碎石加工场用电设备

以破碎机、振动筛、制砂机、电焊机、维修车间、施工照明等为主,设备用电功率较大耗电较多。

2.2.5 桥涵施工工点用电设备

以冲孔桩机、空压机、高压水泵、钢筋加工设备、电焊机、浇筑振动设备、墩柱模板平台一体化顶升设备、塔吊、架桥机、挂篮设备、施工照明等为主,设备用电功率较大耗电较多。

2.3 主要用电点变压器容量计算和配置

单个用电点设备总用电量的简化计算采用以下公式:

(1)

式中:Si——某用电点供电设备总需要容量;

P1——电动机额定功率容量;

∑P1——全部电动机额定总量之和;

S2——电焊机额定容量;

S3——室内照明和电热设备容量;

S4——室外照明设备容量;

1.05——功率损失系数;

cosδ——用电设备平均功率因数,建筑工地一般取0.75;

K1——电动机同时系数,一般10台以下取0.75,10～30台取0.7,30台以上取0.6;

K2——电焊机同时系数,一般10台以下取0.7,10台以上取0.6;

K3——室内照明系数,取1.0;

K4——室外施工用电系数,取0.8。

通过计算单个用电点设备功率容量、汇总求和单个用电点的总用电量后,再取1.05倍的用电备用系数进行修正,以此类推计算得到各个主要用电点的变压器容量需求。

根据属地供电部门的规定,变压器容量在500 kVA内,可用抬架式放置即两根电杆中间架一平台放置;>500 kVA的,应使用箱式变压器。抬架式变压器安装较简单、工期短、成本低。在满足用电负荷的前提下,主要用电点每台变压器容量一般控制在500 kVA内、超过该容量则优先采取增加变压器数量进行组合配置。如变压器需求容量为465 kVA,配置一个500 kVA变压器;变压器需求容量为771 kVA,则配置500 kVA和315 kVA变压器各一个。清远段配设630 kVA变压器1台、500 kVA变压器20台、400 kVA变压器1台、315 kVA变压器8台、200 kVA变压器1台;从化段配设800 kVA变压器3台、500 kVA变压器12台、315 kVA变压器1台。

2.4 线路电缆选型和电气配置

根据不同用电设备负荷和各级配电箱的负荷要求,计算一级供电每段工作线路电流大小并查表配置电缆线大小规格。电缆线以铝芯材质为主,电缆的线型考虑发热系数的修正,每段长度相对较短则不考虑电降压影响。一级配电,以电缆线明敷设为主、过路段埋地敷设为辅。变压器一级配电后,电缆线埋地敷设到二级配电箱,过路段根据实际情况架空或埋地,埋地深度≥70 cm。每一层级的配电柜或电箱均按规定设置相应的隔离、短路、漏电开关等电气保护装置,满足线路安全用电要求。

以积余大桥1#500 kVA变压器供电线路为例,施工区域供配电布局如图1所示,所需主要材料配置如表1所列。不同用电负荷的线路和电气配置根据实际情况配设,均有所不同。

图1 施工区域供配电布局简图

表1 积余大桥1#500 kVA变压器供电线路所需材料配置一览表

2.5 电气安全技术防范措施要点[1-3]

(1)变压器和供电柜:专项设计专项配置。

(2)一级配电箱、二级配电箱配设。一级配电箱主要选用TMY6.3×80的母线排分别并联3组漏电断路器作为主供电回路,根据电流大小配置合适的漏电保护器。二级配电箱选用TMY5×40的母线排分别并联3组断路器。一级配电箱每个回路装配一套电能表,二级配电箱进线端装配电能表,当设电流互感器时的二次回路须与保护零线有一个连接线点且严禁断开电路。漏电保护器额定漏电动作电流应>30 mA、动作时间应≤0.1 s。

(3)三级配电箱及设备专用开关配设。三级配电箱分设动力箱和照明箱,每台设备设专用开关(箱),实行“一机一闸一漏一箱”。使用移动式开关箱时,要求应置于牢固的支架上,不得随意拖拉。金属板与配电箱箱体作电气连接,对用电设备电缆采取橡胶护套软电缆进行防护。配电箱和开关箱的结构材质和安装支撑件要求具有一定强度,且防雨防尘耐锈。

(4)保护接地。对供配电线路系统和搅拌站、钢筋场、塔吊、龙门吊、备用发电机组等主要大型设备设施,按照要求设置保护接地,接地电阻应≤4 Ω。

(5)保护接零。主要采用三相五线制TN-S系统,电气安全性相对高。要求PE线一般不许断线,在供电末端将PE线重复接地。

(6)漏电保护。施工现场的总配电箱至开关箱应设至少两级漏电保护器,具备分级保护的功能。

(7)防雷措施。考虑项目沿线强雷区的影响,高于15 m以上孤立高耸建筑物按第三类防雷建筑物要求采取防雷接地措施。高压架空主线路及变压器高低压两侧均装设避雷器,搅拌站罐顶装设避雷针,罐体连接引线与防雷接地体连成一体,接地电阻应≤4 Ω。

(8)电气火灾防范措施。主要做好日常施工临用电巡查和检修维护,规范用电作业许可和工艺操作,关注森林火灾和高温雷雨天气对电气消防的潜在隐患。

3 施工纵向用电专线应用的安全管理要点[4]

施工纵向用电专线和现场临用电应用涉及组织策划、作业许可与资质报备、线路方案设计与建设实施、日常安全巡查与维护责任等安全管理事项。

(1)线路区域以高山密林为主,跨越农林农地、河流村道等,森林消防、用地许可、跨线占线等施工督查严格,电杆电线的架设难度较高、协调工作量较大。

(2)桥涵施工工点多,桩基、塔吊、电焊机等施工机械数量多;预制梁场、钢筋加工场、碎石加工场等场站大型设备设施、架桥机和龙门吊等起重设备耗电大,对供电电源的选点和电缆电线的铺设要合理安全、规范有序。

(3)雨季汛期期间,施工基坑与低洼区、作业梯笼与支架基础、驻地与场站等排水不佳易积水积泥、淹埋电缆或用电设备。项目所属广州从化区、清远清城区等均属于强雷电极易易发区,对电气防水绝缘、漏电保护、防雷技术措施的安全可靠性要求高。

(4)结合项目建设要求,施工标段进行组织策划,确定施工临用电建设实施方式,进行工程量和造价估预算、分包洽谈等。

(5)施工标段结合总体施工组织设计和大临设施建设、主要施工工点等布局情况,进行沿线线路初步调查、规划和资料准备工作。

(6)选择并委托专业作业队伍编制临时用电施工专项方案,完善专项方案和分包队伍资质的相关审核、审批、报备流程。

(7)施工纵向用电专线的建设实施与拆除恢复或移交,需统筹规划和设计,结合驻地与场站建设、现场桥涵施工工点作业进度情况分步骤、分区域推进用电线路的架设。

(8)施工前,参照危险性较大分部分项工程开工前安全生产条件核查的要求,总监办应督促施工标段完善风险辨识管控和应急预案措施、方案技术交底、队伍教育培训、作业人员资质与机械设备复核、取得相关作业许可手续等。

(9)各个用电点的供配电系统建设完成后,应经过施工标段机务、工程、安全部以及总监办安全部等的检查确认。

(10)从施工临用电的电气安全性、调度维修和现场作业队伍的使用角度出发,对施工纵向用电专线和三级配电设施实施分级分区管理,如图2所示。预制梁场、钢筋加工场、桥涵现场工点等现场作业队伍一般负责用电设备至二级配电箱出线端的管理维护;施工标段项目本部或分部工区、主要用电工点的项目区域专职电工一般负责二级配电箱进线端至一级配电箱出线端的管理维护;对项目自配的大型发电机组、项目驻地内的线路系统,仍由项目区域专职电工负责;专线队伍一般负责高压专线、低压支线至二级配电箱进线端的管理维护。

图2 临用电分区层级管理示意图

(11)做好变压器、线路线缆和配电箱的日常运行检修制度,落实动火作业许可、协调沟通和现场督查指挥,将供电专线建设与实施情况纳入施工标段和总监办的日常安全巡查事项,督促及时进行电气装置和用电设备的停电清扫、维护保养和隐患排查处置。

4 结语

通过设计并建设一条高压专线供沿线施工使用,借助电力作业队伍的专业技术力量并在变压器高低压侧管理的基础上扩大一、二级供电的层级管理与维护,有效解决高速公路施工现场私自乱接乱搭、敷设不规范、用电隐患问题多、现场班组违规违章用电等问题,确保施工用电的持续稳定和安全高效,很好地起到了“施工纵向交通便道”电路畅通和电路安全的作用。