超長(zhǎng)水工隧洞TBM法開挖施工供電方法探討

汪洪泉

(遼寧潤(rùn)中供水有限責(zé)任公司， 遼寧 沈陽(yáng)110166)

【摘要】全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)一般用來(lái)開挖長(zhǎng)大隧洞，由于整機(jī)功率很大、供電距離長(zhǎng)且洞內(nèi)施工環(huán)境較差，因此在施工供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮電壓降問題、繼電保護(hù)問題、用電安全問題。本文對(duì)此加以介紹。

【關(guān)鍵詞】全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)；電壓降；繼電保護(hù)；用電安全

中圖分類號(hào)：U455

Discussion on super-long hydraulic tunnel TBM excavation

and construction power supply method

WANG Hongquan

(LiaoningRunzhongWaterSupplyCo.,Ltd.,Shenyang110166,China)

Abstract:Full section rock tunnel boring machine is generally used for excavating long and large tunnels. Since the whole machine has high power and long power supply distance, and construction environment in the tunnel is worse, problems of voltage drop, relay protection and power consumption safety are fully considered during the design of construction power supply system. The condition is introduced in the paper.

Key words: full section rock tunnel boring machine; voltage drop; relay protection; power consumption safety

1概述

全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)(tunnel boring machine，TBM)是利用盤形滾刀回旋破碎巖石，完成開挖、出渣和支護(hù)作業(yè)，形成整個(gè)隧洞斷面的一種新型、先進(jìn)的隧洞施工機(jī)械。TBM具有掘進(jìn)進(jìn)度快、噪聲低、洞內(nèi)空氣比鉆爆法潔凈、使用人力少、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在超長(zhǎng)隧洞施工中TBM的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)得尤其明顯，因此廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的超長(zhǎng)隧洞開挖施工。

遼寧省大伙房水庫(kù)輸水工程TBM3施工段長(zhǎng)達(dá)18469m的主洞段采用TBM法開挖，中途僅設(shè)一條16號(hào)施工支洞用于運(yùn)送材料、通風(fēng)和出渣。隧洞開挖施工時(shí)，洞內(nèi)環(huán)境潮濕、粉塵較多，對(duì)電氣設(shè)備安全運(yùn)行不利，TBM上的設(shè)備總功率達(dá)到3750kW，在施工組織設(shè)計(jì)時(shí)必須解決長(zhǎng)距離、大功率電力輸送帶來(lái)的電壓降問題和復(fù)雜環(huán)境輸電的安全性問題。

2TBM供電設(shè)計(jì)

2.1電源

工程發(fā)包方為大伙房水庫(kù)輸水工程TBM3施工段建了一個(gè)專用變電所。這個(gè)變電所距隧洞出口260m。變電所電壓等級(jí)為66/10kV，容量8150kVA。該變電所由一臺(tái)S9—5000/66變壓器和一臺(tái)S9—3150/66變壓器并聯(lián)運(yùn)行，為TBM供電的開關(guān)為JYN2—12—630A金屬鎧裝移開式開關(guān)柜，額定電流整定在300A。該開關(guān)柜具有過電流保護(hù)(速斷和反時(shí)限保護(hù))和小電流接地報(bào)警、大電流接地跳閘保護(hù)功能。

2.2TBM施工供電要求

TBM的變壓器總裝機(jī)容量為2×2000kVA+1000kVA。TBM上有10臺(tái)刀盤電機(jī)，每臺(tái)刀盤電機(jī)的功率為300kW,2臺(tái)主液壓泵合計(jì)功率為150kW，另加上錨桿鉆機(jī)、噴錨機(jī)械手、混凝土輸送泵等輔助設(shè)備，TBM整機(jī)最大用電負(fù)荷約為3750kW。

2.3供電電壓及電纜型號(hào)選擇

發(fā)包方的變電所提供給TBM用電的電壓等級(jí)為10kV。但因TBM的整機(jī)功率較大，且供電距離又較長(zhǎng)，即使采用YJV22—3×240mm2電纜也不能滿足供電電壓降要求[見式(1)計(jì)算結(jié)果]。因此施工方?jīng)Q定升高TBM回路的供電電壓。洞內(nèi)用電必須采用電纜供電，洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境也不好(潮濕、粉塵較多)，為了盡量安全決定采用20kV電壓等級(jí)。電纜型號(hào)確定為12/20kV YJV22—3×95mm2，其供電電壓降計(jì)算見式(2)。

10kV供電時(shí)(YJV22—3×240mm2)最大電壓降計(jì)算如下：

(1)

20kV供電時(shí)(YJV22—3×95mm2)最大電壓降計(jì)算如下：

(2)

式中Ig——額定電流；

L——線路長(zhǎng)度；

Ue——額定電壓；

Re——電阻；

X——阻抗；

φ——功率角。[1]

雖然升高電壓等級(jí)增加了變壓器和配套高壓配電柜的投資，但是由于電纜的造價(jià)和電損的降低使整個(gè)施工期的用電成本還是降低了。

2.4系統(tǒng)總布置

TBM供電回路從發(fā)包方的66/10kV變電所引出段采用YJV22—3×150mm2電纜。經(jīng)過約260m LGJ—185mm2架空線路，再用YJV22—3×150mm2電纜引入隧洞出口附近的10kV箱式開關(guān)站。10kV箱式開關(guān)站后安裝一臺(tái)10/20kV升壓變壓器，最后通過20kV箱式開關(guān)站連接洞內(nèi)鋪設(shè)的20kV YJV22—3×95mm2高壓電纜。

TBM上安裝一臺(tái)真空斷路器(總開關(guān))和三臺(tái)負(fù)荷開關(guān)，每臺(tái)負(fù)荷開關(guān)連接一臺(tái)風(fēng)冷干式變壓器。其中，兩臺(tái)S11—2000kVA 20/0.66kV的變壓器每臺(tái)供五臺(tái)刀盤電機(jī)用電，一臺(tái)S11—1000kVA 20/0.4kV的變壓器供其他設(shè)備用電。

TBM上配有一臺(tái)220kW柴油發(fā)電機(jī)組(與市電之間用自動(dòng)切換開關(guān)切換)，供照明、水泵、混凝土輸送車、高壓電纜卷筒等設(shè)備用電。

2.5繼電保護(hù)

洞口的10/20kV升壓變壓器前設(shè)置一臺(tái)KYN12—630型真空開關(guān)柜。該開關(guān)柜用于保護(hù)10/20kV升壓變壓器，設(shè)置變壓器溫度報(bào)警和跳閘保護(hù)、輕瓦斯報(bào)警、重瓦斯跳閘、反時(shí)限特性的過流保護(hù)和短路保護(hù)。該開關(guān)柜出口設(shè)置接地刀閘，用于檢修變壓器時(shí)的接地。

洞口的10/20kV升壓變壓器后設(shè)置一臺(tái)KYN61—40.5型真空開關(guān)柜。該開關(guān)柜用于保護(hù)洞內(nèi)高壓電纜線路，設(shè)置反時(shí)限特性的過電流保護(hù)和短路保護(hù)、小電流接地報(bào)警保護(hù)、大電流接地跳閘保護(hù)。該開關(guān)柜出口設(shè)置接地刀閘，用于接長(zhǎng)高壓電纜或檢修高壓電纜時(shí)接地。

2.6電纜的接長(zhǎng)

TBM供電回路的高壓電纜儲(chǔ)備在后配套的高壓電纜卷筒上(可儲(chǔ)備320m軟電纜)。TBM向前掘進(jìn)時(shí)，不斷放出軟電纜，當(dāng)軟電纜全部放出后， TBM停機(jī)。人工操作分開給TBM線路供電的真空開關(guān)，合上線路兩端的接地刀閘，然后拆開軟芯電纜與硬芯電纜之間的接頭盒，用TBM上的柴油發(fā)電機(jī)給電纜卷筒電機(jī)供電，把軟電纜重新繞到卷筒上，然后接入一根硬芯供電電纜。電纜連接完畢檢查無(wú)誤后再分開TBM端接地刀閘，分開供電端接地刀閘，合上供電開關(guān)。

3供電安全措施

a.施工用電的線路及設(shè)備按批準(zhǔn)的施工組織設(shè)計(jì)裝設(shè)，并符合電力部門的規(guī)定，由于施工工期較長(zhǎng)，各種線路及設(shè)備應(yīng)符合正規(guī)電力工程的技術(shù)要求。

b.變壓器、各類電氣開關(guān)和設(shè)備的金屬外殼，必須設(shè)接地或接零保護(hù)。各種電氣開關(guān)的設(shè)備必須裝配專用開關(guān)、插頭和插座。露天及作業(yè)棚內(nèi)使用的開關(guān)、插座應(yīng)裝入配電箱、閘刀箱內(nèi)，配電箱底距地面高度不得小于1.5m。配電箱、閘刀箱應(yīng)有專人負(fù)責(zé)，并加鎖和采取防雨措施。

c.機(jī)械設(shè)備的電器裝置，施工現(xiàn)場(chǎng)的接線、照明應(yīng)由電工負(fù)責(zé)，安裝后必須進(jìn)行檢查和試運(yùn)轉(zhuǎn)，確認(rèn)無(wú)漏電、電擊危險(xiǎn)工作正常時(shí)方可使用。除電工外，任何人不得以任何理由接線及安裝電線和電器設(shè)備。

d.對(duì)所有電氣設(shè)備、絕緣用具必須定期檢查、測(cè)試，嚴(yán)防漏電、短路等事故發(fā)生。防雷設(shè)施在雷雨季節(jié)之前應(yīng)測(cè)試。手持電動(dòng)工具應(yīng)由專人管理，每月檢查一次。絕緣用具每三個(gè)月測(cè)試一次，高壓絕緣用具每半年測(cè)試一次。凡不符合要求的機(jī)具，嚴(yán)禁使用。

e.在洞內(nèi)高壓線路或高壓元件上作業(yè)時(shí)，必須先斷電，合上接地刀閘或接地線，然后再進(jìn)行作業(yè)。

f.低壓配電線路應(yīng)按等級(jí)安裝合適的漏電保護(hù)開關(guān)。

4結(jié)語(yǔ)

全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)施工的長(zhǎng)大隧道，為保證大功率、長(zhǎng)距離供電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，采用升高輸電電壓或加大輸電線徑的方法控制電壓降在合理的范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)合適的過流保護(hù)和接地保護(hù)系統(tǒng)并合理采用供電措施,能為隧洞開挖施工提供可靠的供電保障。

參考文獻(xiàn)

唐海.建筑電氣設(shè)計(jì)與施工[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2000.