中国水利水电第七工程局有限公司 四川成都 610213
摘要：通过对华蓥山隧道施工中供电系统的现状分析，对施工过程中出现的随着供电距离延长而产生的电压降过大、大功率设备启动困难、电压波动幅度大等情况，提出合理的解决措施，并简单介绍了高瓦斯隧道施工中的用电管理技术，使之在确保供电安全、保障设备工作稳定的情况下，节约电能及材料费用，满足隧道施工的正常进行。
关键词：特长 瓦斯隧洞 施工用电 配置 方案
1 工程概况
渝广高速公路华蓥山隧道设计为100km/h双洞六车道高速公路特长隧道，为煤与瓦斯突出隧道。隧道左线（ZK23+467～ZK28+485）全长 5018m，右线（K23+467～K28+467）全长 5000m，总体走向约298°，左右两线相距约16～30米，隧道标准断面净空高度约为7.55m，宽度约为15.32m。隧道分进出口两个工区四个工作面对向掘进施工，各工作面掘进长度约为2500m。华蓥山隧道穿越多个煤层采空区、高瓦斯矿井、岩溶溶洞区、高承压水地段，被设计、勘察、监测单位誉为“地质博物馆”，是渝广高速公路关键控制工程。
2 用电设备配置
按照设计图纸要求，在隧道掘进至1800m前采用压入式通风方式。洞内用电设备为钢模台车、混凝土泵机、局扇风机、喷浆机、部分焊机及水泵等其他小型用电设备，洞外用设备为轴流式风机、空压机、拌和站、钢筋厂以及生活区用电设备等。
待隧道掘进至1800m后通风机布置在洞内，采用射流巷道式通风方式。洞内用电设备为轴流式风机、射流风机、钢模台车、混凝土泵机、局扇风机、喷浆机、焊机及水泵等其他小型用电设备，洞外用设备为空压机、拌和站、钢筋厂以及生活区用电设备等。
由于随着供电距离延长，造成电压降过大（混凝土泵机工作时实测洞口配电房到洞内作业面电压降约为45V）、大功率设备启动困难、电压波动幅度大等情况发生。
经计算1800米线路压降为：
△U=（P*L）/(A*S)=(213*1800)/(46*185)=45.05V
到达2500米时线路压降为：
△U=（P*L）/(A*S)=(213*2500)/(46*185)=62.57V
为节约电能及材料费用、确保供电安全、保障设备工作稳定的情况下，满足隧道施工正常进行，进出口用电设备按照二期设置，第一期即2台主通风机布置在洞外，照明线路跟进，动力设备按照工法配置；第二期即2台主通风机进洞，洞内用电负荷增加，照明线路跟进，负荷递增，动力设备不变。
3 供电方案
（1）一期：低压供电，隧道外集中设置四台变压器，一台500KVA变压器供洞内及通风机用电；两台630KVA变压器供洞外空压机及监控室用电；一台500KVA变压器供拌合站、钢筋加工厂、抽水、生活区及其他设备用电。洞内采用MY0.38/0.66-3*70+1煤矿专用阻燃铜芯软电缆，经专用隔爆接线盒连接后分三路引出：一路供二衬台车及附近所有用电设备，一路供掌子面所有用电设备，另一路供移动变压器附近及向洞口方向的所有用电设备。
（2）二期：10KV高压进洞，由配电房高压配电屏直接引入10KV高压线路进洞，采用10KV YJLV22-3*70mm2高压电缆沿洞璧悬挂敷设，引入洞内630KVA-10/0.4KV的防爆干式变压器，将10KV高压降压后分三路引出（分路及供电范围与上一条相同）。隧道外设置三台变压器，一台500KVA变压器及一台630KVA变压器供洞外空压机；一台500KVA变压器供拌合站、钢筋加工厂、抽水、生活区及其他设备用电。
1）隧道内变压器负荷计算
根据施工现场实际用电特点，按需要系数法计算用电负荷。
计算公式：S=KC×∑P/（η×cosφ）
式中：KCㅡㅡ需要系数，取0.5；
ηㅡㅡ机械效率，取0.9；
cosφㅡㅡ功率因数，取0.85;
∑Pㅡㅡ洞内总功率，经计算洞内用电设备总功率为958KW
S=0.5×957.9/(0.9×0.85)=626.07KVA，容量为630KVA的变压器即可满足隧道施工需要。
2）隧道内高压电缆导线计算
根据施工现场10KV高压进洞要求及变压器容量，选择导线安全截流量，导线计算电流公式为：I=P/(U×1.732×cosφ)
式中：Pㅡㅡ功率(W)；
Uㅡㅡ电压(V)；
cosφㅡㅡ功率因素，取0.85；
I=630×1000/(10×1000×1.732×0.85)=42.79A
计算所得变压器高压侧电流为42.79A，根据电工手册导线安全电流口诀70mm2的安全截流量是59.5A，即59.5A>42.79A，可采用YJLV22-3*70型号高压电缆。
3）隧道外变压器负荷计算
根据施工现场实际用电特点，按需要系数法计算用电负荷。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
计算公式：S=KC×∑P/（η×cosφ）
式中：KCㅡㅡ需要系数，取0.5；
ηㅡㅡ机械效率，取0.9；
cosφㅡㅡ功率因数，取0.85；
∑Pㅡㅡ洞外总功率，经计算洞外用电设备总功率为1469KW；
S=0.5×1469/(0.9×0.85)=960.13KVA。
剩余变压器容量为：500+500+630=1630KVA＞960.13KVA，满足隧道外施工用电要求。
移动变压器中性点不接地。洞内低压配电电缆全部采用煤矿用铜芯阻燃橡套软电缆，配电开关全部采用具有煤安（MA）认证的隔爆开关。在变压器出来的总隔爆开关处安装一台总捡漏继电器，在三路供电电缆线路中各安装一台分路总隔爆开关和分路捡漏继电器,以确保安全用电。
4 备用电源
根据高瓦斯隧道相关规定，施工通风机必须设两路电源，并应装设风电闭锁装置，华蓥山隧道进出口工区各选择两台300KW发电机组作为备用电源，专供隧道用电，确保通风机和照明等用电。
5 照明用电
照明用电计算: 进口（出口）隧道施工长度各为2500m，根据规定，已衬砌段每隔10米设EXdⅡ型防爆照明灯一只,防爆灯型号为:B3C-200，功率为:35W/只，即隧道内固定敷设的照明用电约50KW；洞内二衬台车至掌子面开挖平台处采用矿用4KVA隔爆干式变压器将电压降为安全电压36V，固定设置EXdⅠ型防爆照明灯。故照明用电量合计约65KW。照明主电缆选型: 选用型号为:MY0.38/0.66-2×16 。
6 用电相关规定
（1）供电系统与隧道瓦斯监控系统联锁控制
根据相关规定，瓦斯隧道施工洞内供电必须做到“三专”、“两闭锁”即：专用变压器，专用开关，专用供电线路，瓦斯浓度超标时与供电的闭锁及压入式通风的风机与洞内供电的闭锁。因此，高瓦斯工区和瓦斯突出工区内的主通风机、局部通风机、射流风机和洞内与之相应的工作面的电气设备，必须与瓦斯监控系统进行风电、瓦电闭锁，当通风机停止运转时，应能立即自动切断局部通风机供风区段的一切电源。
（2）接地保护系统
根据规定，瓦斯工区内的配电变压器严禁中性点直接接地，严禁由洞外中性点直接接地的变压器或发电机直接向瓦斯隧道供电。瓦斯隧道必须采用独立的接地保护系统。因此，本隧道的接地保护系统系统设计采用MBVS-25mm2黄/绿双色PE接地保护线，从洞口集中接地处向洞内架设，洞内每200米施做重复接地，洞口的集中接地与洞内的重复接地处的接地电阻不得大于1.5Ω。洞内重复接地极使用厚度不小于6mm面积不小于0.7m2的镀锌钢板，可安装在洞内积水坑、水沟或预留洞室内。专用保护接地线不允许断线且不允许安装任何开关，洞内36V以上的和由于绝缘损坏可能带有危险电压的电气设备的金属外壳、构架等，都必须与专用保护接地线可靠连接，其接地网上任何一保护接地点的接地电阻值不得大于2Ω。
（3）设置捡漏继电器
低压馈电线路上，必须装设能自动切断漏电线路的检漏装置：
1）施工现场的总隔爆开关至分路隔爆开关设置两级捡漏继电器，两级捡漏继电器的额定漏电动作电流和额定漏电动作时间应作合理配合，使之具有分级保护的功能。
2）捡漏继电器应装设在总电源隔爆断路器的负荷侧和分路隔爆开关的负荷侧。
3）捡漏继电器额定漏电动作电流应不大于15mA，额定漏电动作时间应小于0.1s。
4）与总电源隔爆断路器配合的的捡漏继电器的额定漏电动作电流应大于30mA，额定漏电动作时间应大于0.1s，但其额定漏电动作电流与额定漏电动作时间的乘积不应大于30mA·s。
（4）防雷接地
为了防止雷电波及隧道内引起瓦斯爆炸，所有进洞线路，包括动力电缆、照明电缆、瓦斯监控系统电缆及通信电缆均需在洞口安装避雷器。因此，在各种电缆向洞内敷设时，必须严格执行本规定，安装与其相配套的氧化锌避雷器，洞口的防雷接地电阻不得超过2欧姆且要定期检查测试。进洞的其它风、水管线也必须在洞口处与专用保护接地极进行连接，以防雷电和静电传入洞内。
（5）备用电源
根据有关规定，高瓦斯隧道施工通风机供电必须配置两套电源，隧道内采用双电源线路，其电源线上不得分接隧道以外的任何负载。为保证隧道通风、照明及监测系统等一级负荷供电，在公用电网停电10分钟内，启动二台发电机组保证风机的正常运转。
（6）电气设备防爆性能的检查与处置
1）各种电气设备和施工机械的防爆安全性能，必须经专职人员检查，确认合格后方可允许进洞使用。
2）防爆性能失效的电气设备，应立即处理或更换。
3）非专职电气值班人员，不得擅自操作电气设备。电气操作必须使用专用工具。
（7）瓦斯工区内低压动力电缆的选用应符合下列规定
1）固定敷设的电缆采用铠装聚氯乙烯电缆或不延燃橡套电缆；
2）移动式或手持式电气设备的电缆，应采用专用的不延燃橡套电缆；
3）开挖面的电缆必须采用铜芯软电缆。
4）瓦斯工区内固定敷设的照明、通信、信号和控制用的电缆应采用不延燃橡套电缆或矿用塑料电缆。
（8）电缆的敷设应符合下列规定
1）照明电缆及灯应使用钢索悬挂;
2）电缆悬挂点间的距离，在正洞、平行导坑内不得大于3m；
3）高、低压电力电缆敷设在同一侧时，其间距应大于0.1m。高压与高压、低压与低压电缆间的距离不得小于0.05m。
4）洞内电缆与电气设备连接，必须使用与电气设备的防爆性能相符合的防爆型的连接盒。电缆芯线必须使用齿形压线板或线鼻子与电气设备连接。
（9）瓦斯工区照明灯具的选用，应符合下列规定
1）已衬砌地段的固定照明灯具，可采用EXdⅡ型防爆照明灯；
2）开挖工作面附近的固定照明灯具，必须采用EXdⅠ型矿用防爆照明灯；
3）移动照明必须使用矿灯。
（10）使用安全电压
安全电压指不戴任何防护设备，接触时对人体各部位不造成任何损害的电压。因此，在洞内各种平台上和未施做二衬地段使用36V安全电压的隔爆照明器。成洞地段的照明、手持式电气设备的额定电压和信号装置的额定供电电压使用220V。远距离控制线路的额定电压使用36V。
7 结束语
通过以上方案实施，使电压降得到明显改善，大大提高了线路的负载能力，大功率设备启动正常，设备运行电流过大、发热情况得以解决。本方案在生产组织、设备利用、安装费用等方面效果显著。为类似工程施工提供参考及借鉴。
论文作者:王建国
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2019/1/2
标签：隧道论文; 电缆论文; 瓦斯论文; 洞内论文; 变压器论文; 设备论文; 通风机论文; 《防护工程》2018年第29期论文;