何 平 濮振波

(中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650041)

某電站帷幕灌漿施工供配電設(shè)計(jì)及應(yīng)用體會(huì)

何 平 濮振波

(中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650041)

結(jié)合某水電站河中大壩及廠房帷幕灌漿工程施工供電的特點(diǎn)，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件及相關(guān)規(guī)程規(guī)范對(duì)帷幕灌漿施工供配電進(jìn)行了專項(xiàng)設(shè)計(jì)，并總結(jié)了施工供配電設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的操作要點(diǎn)，結(jié)果表明該供配電設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)定效果，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

水電站，帷幕灌漿，供配電設(shè)計(jì)

0 引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，各種大中型建設(shè)工程的需要，施工供配電設(shè)計(jì)及應(yīng)用越來(lái)越受到廣泛的重視，但在施工供電安全生產(chǎn)中，存在著來(lái)自各種客觀方面的制約，如水電站地處高山峻嶺、場(chǎng)地狹窄、地勢(shì)陡峭、線路規(guī)劃設(shè)計(jì)及施工困難、變壓器和供電出線布置等水電行業(yè)特殊地理環(huán)境困難，這些因素綜合后更加劇了施工供配電安全難度。本文結(jié)合某水電站河中大壩和廠房帷幕灌漿及排水孔工程施工供配電的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際對(duì)帷幕灌漿施工供配電進(jìn)行了專項(xiàng)設(shè)計(jì)，并在施工安全供電過(guò)程中較好地發(fā)揮了供電安全保障，確保了施工人員的用電安全、提高了設(shè)備利用率、減少了不必要的資源投入，節(jié)省了能源消耗，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 工程概況

本工程帷幕灌漿及排水孔施工部位位于某水電站河中大壩和廠房區(qū)，即壩縱0+258.326～壩縱0+554.651壩段(14號(hào)～23號(hào)壩段)間灌漿廊道、排水廊道、985 m高程灌漿洞和廠房壩基灌漿廊道。

上游帷幕灌漿廊道的斷面尺寸為4.0 m×4.0 m，廊道內(nèi)布置三排帷幕灌漿孔，與該范圍內(nèi)985 m高程灌漿洞的斷面尺寸和灌漿孔布置相同，上下帷幕體間布置三排銜接帷幕灌漿孔；下游基礎(chǔ)灌漿排水廊道的斷面尺寸為3.0 m×4.0 m，廊道內(nèi)布置兩排帷幕灌漿孔，并布置一排排水孔；廠基灌漿廊道斷面尺寸為3.0 m×4.0 m，布置兩排帷幕灌漿孔和一排排水孔；上游帷幕灌漿廊道與下游基礎(chǔ)灌漿排水廊道間布置有縱橫向的排水廊道，廊道斷面尺寸為2.5 m×3.0 m，均布置一排排水孔。

本工程單排帷幕灌漿孔孔距為2.0 m，雙排和三排帷幕灌漿孔間排距為2.0 m×1.5 m，梅花形布置，廠基帷幕孔間排距為1.0 m×1.5 m。帷幕灌漿工程量約10萬(wàn)m3，排水孔工程量約4萬(wàn)m3，工期約20個(gè)月。

2 專項(xiàng)供電設(shè)計(jì)方案

2.1 負(fù)荷類(lèi)型的確定

本工程施工用電范圍主要包括：工作面內(nèi)的鉆孔及灌漿作業(yè)、排污系統(tǒng)、照明及洞外制漿站供配電。根據(jù)本工程施工的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，必須確保施工人員和用電設(shè)備的安全，用電人員安全方面包括電擊、電傷。設(shè)備安全主要是防止水淹，而防止水淹必須確保排污系統(tǒng)正常，要保證排污系統(tǒng)正常就必須確保供電安全，只有確保了供電安全才能確保本工程排污系統(tǒng)正常，排污系統(tǒng)正常才能更好地保證鉆灌相關(guān)設(shè)備安全，也只有供電安全才能有效保證施工人員、設(shè)備的安全。由此可見(jiàn)，該工程能否完成施工任務(wù)，安全供配電是前提。

本工程施工呈現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1)工期十分緊張；

2)施工任務(wù)量大且均衡并相對(duì)集中；

3)各種鉆灌設(shè)備、施工人員投入量大且集中；

4)工作面因滲水、涌水及排水而常有過(guò)水或積水；

5)施工工作面狹窄、擁擠、廊道高低交叉錯(cuò)落，施工環(huán)境極其惡劣；

6)施工安全隱患較多，主要包括物體打擊、機(jī)械傷害、淹溺、觸電、高空墜落等，其中觸電及供配電安全最為突出；

7)帷幕灌漿的特性要求供配電必須安全可靠(在鉆灌過(guò)程中盡量避免中斷，因?yàn)橐坏┲袛喑^(guò)允許的時(shí)間限制，將影響灌段的灌漿質(zhì)量，嚴(yán)重的將重新灌漿，這必然增加成本，造成浪費(fèi)。若因停電造成灌漿中斷，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，孔內(nèi)鉆桿可能會(huì)因停電無(wú)法提升而被水泥漿液凝固，導(dǎo)致鉆桿、鉆孔報(bào)廢，嚴(yán)重影響施工質(zhì)量和安全，造成嚴(yán)重?fù)p失)；

8)排污系統(tǒng)的特性要求供配電必須安全可靠(在鉆灌工作之前大壩集水井一直在獨(dú)立的抽排，當(dāng)鉆灌工作開(kāi)工后，在正常鉆灌過(guò)程中，工作面上新產(chǎn)生的污水通過(guò)增設(shè)排污系統(tǒng)來(lái)解決。只有在特殊情況下才允許少部分的清水適當(dāng)分流到大壩集水井中幫忙抽排，而大壩集水井的排污能力是有限的。所以，在大多數(shù)情況下，大壩集水井和新增排污系統(tǒng)是獨(dú)立工作的，當(dāng)因意外情況導(dǎo)致工作面供電中斷而無(wú)法排污時(shí)，則工作面上因?yàn)橛克粩嘣黾訉?huì)淹沒(méi)工作面上大部分鉆灌設(shè)備和排污設(shè)備，導(dǎo)致極大的損失)。

通過(guò)上述分析，可以確定該工程供配電屬于二類(lèi)負(fù)荷。必須具備雙回路獨(dú)立電源。所以，本工程的專項(xiàng)供配電方案就顯得格外重要，必須安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、適用。

2.2 總負(fù)荷統(tǒng)計(jì)與計(jì)算

1)工作面。

為滿足合同工期要求，經(jīng)計(jì)算主要投入工作面的設(shè)備包括：XY-2鉆機(jī)為66臺(tái)，每臺(tái)22 kW；灌漿泵39臺(tái)，每臺(tái)18.5 kW；渣漿泵12臺(tái)，每臺(tái)90 kW。根據(jù)資源投入，高峰時(shí)工作面設(shè)備總?cè)萘扛哌_(dá)3 640 kW，總用電負(fù)荷有功功率為3 030 kW，功率補(bǔ)償后的功率因數(shù)要求達(dá)到0.90及以上。

2)制漿系統(tǒng)。

制漿系統(tǒng)總設(shè)備容量為400 kW，總用電負(fù)荷有功功率為222 kW，功率補(bǔ)償后的功率因數(shù)要求達(dá)到0.90及以上。

2.3 選擇變壓器、配電室

1)工作面。

變壓器原則上應(yīng)該布置在工作面的中心，但因工作面范圍高程點(diǎn)相對(duì)最低，極易被水淹，加之空間狹小，無(wú)法將變壓器放置在廊道內(nèi)，只能另找位置。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)其他幾種位置的比選后，最終選定離工作面最近的左EL.985施工支洞內(nèi)約0+254位置處。經(jīng)鉆孔灌漿工作面主要施工用電負(fù)荷計(jì)算和驗(yàn)算[1]，選用2臺(tái)1 600 kVA(S11-M-1600-10/0.4)變壓器及其配電室對(duì)工作面供電，配電室設(shè)置在變壓器旁，采用鋼制網(wǎng)片與變壓器分隔，配電室尺寸長(zhǎng)×寬×高為：9.8 m×3.3 m×3 m，室內(nèi)安放與變壓器配套的GGD型低壓配電總屏，包括低壓進(jìn)線柜、低壓補(bǔ)償柜、低壓出線柜等。

2)制漿系統(tǒng)。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)綜合比選后，制漿系統(tǒng)布置在左EL.1040平臺(tái)位置，主要用電負(fù)荷計(jì)算并驗(yàn)算后，選用1臺(tái)630 kVA的3號(hào)變壓器(S11-630-10/0.4)，對(duì)制漿站供電。3號(hào)變壓器布放在距離左EL985灌漿施工支洞洞口約185 m位置，即左EL.1040制漿系統(tǒng)場(chǎng)地邊角處。變壓器安放在承臺(tái)上，承臺(tái)采用磚砌，其高度為0.8 m，長(zhǎng)度與寬度均為1.5 m。變壓器采用磚砌圍欄，圍欄尺寸3.5 m×3.5 m，高度2 m。配電室采用磚砌，尺寸長(zhǎng)×寬×高為：4.3 m×3.3 m×2.5 m。室內(nèi)配電屏采用與變壓器配套的GGD型低壓配電總屏，包括低壓進(jìn)線柜、低壓補(bǔ)償柜、低壓出線柜等。

2.4 高壓線布置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，為滿足工作面二類(lèi)負(fù)荷的要求，高壓供電采用雙回路形式，即10 kV終端桿從花芒線63號(hào)桿(南方電網(wǎng))與左9線15號(hào)桿(國(guó)家電網(wǎng))接配構(gòu)成雙回路供電。主供電采用從花椒坪變電站輸出至工區(qū)的花芒線63號(hào)桿，備用電源使用從龍井變電站輸出的左9線15號(hào)桿供電。高壓線路總長(zhǎng)約1 760 m，其中采用架空線路長(zhǎng)約1 234 m、鎧裝電纜線總長(zhǎng)約526 m。通過(guò)架空、埋地電纜及架空電纜等方式走線至洞內(nèi)外變壓器，再經(jīng)低壓配電屏后將動(dòng)力接至各工作面。

2.5 低壓線布置

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，所有進(jìn)洞的動(dòng)力線必須為電纜線。本工程工作面位置距離變壓器在280 m～700 m之間，大多數(shù)的工作面位置集中在360 m～660 m。經(jīng)過(guò)計(jì)算和驗(yàn)算，投入YJV3×120+1×70工作面的主動(dòng)力銅芯電纜線9根共約5 300 m；YJV3×95+1×50工作面的主動(dòng)力銅芯電纜線12根共約4 800 m，二級(jí)配電柜總共21個(gè)，PE保護(hù)零線則專門(mén)采用1根1×95 mm2銅芯電纜線進(jìn)行主保護(hù)線配置。

3 工程施工供配電效果

經(jīng)過(guò)施工過(guò)程驗(yàn)證表明：本供配電設(shè)計(jì)及應(yīng)用達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)定的效果，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1)10 kV高壓雙回線路及互鎖斷路器供電符合預(yù)期，特別是在防洪度汛期，成功化解了高壓供電中斷的危害。經(jīng)過(guò)2個(gè)度汛期的工作考核，取得了良好的效果，確保了高壓線路的通暢、穩(wěn)定、安全，從而為變壓器工作提供了保證，提高了工效，降低了成本。

2)變壓器及各配電設(shè)備設(shè)施施工期間運(yùn)行平穩(wěn)，保證了施工人員的安全用電，也保證了設(shè)備用電的安全。

3)無(wú)功補(bǔ)償達(dá)到了設(shè)計(jì)要求、除高峰期1個(gè)月功率因數(shù)0.85外，其他均在0.90以上，相對(duì)節(jié)約了電纜線的投入，提高了設(shè)備利用率，減少了能源消耗，相對(duì)降低了運(yùn)行成本。

4)主要供配電所用零部件中，1只630 kVA漏電斷路器發(fā)生過(guò)滑扣現(xiàn)象，后經(jīng)簡(jiǎn)單處理后正常投運(yùn)，1只補(bǔ)償電容器因補(bǔ)償量計(jì)算不夠?qū)е鲁?fù)荷工作損壞而更換。所以，施工期間總體運(yùn)行良好，沒(méi)有因供配電故障影響正常生產(chǎn)。

總之，本項(xiàng)目工程供配電達(dá)到了安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、適用的效果，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4 幾點(diǎn)體會(huì)

1)變壓器的合理選擇。

變壓器的合理選擇直接決定了供配電的成敗，主要應(yīng)該從安全、經(jīng)濟(jì)適用和容量上下功夫。本供配電選用的是S11-M-1600-10/0.4變壓器，該類(lèi)變壓器具有以下性能優(yōu)點(diǎn)：漏磁小、機(jī)械強(qiáng)度高、抗短路能力強(qiáng)；能承受運(yùn)輸?shù)念嵳穑痪€圈和鐵心采用真空干燥，變壓器內(nèi)部的潮氣降至最低；油箱采用波紋片，沒(méi)有儲(chǔ)油柜，降低了油浸式變壓器的高度；有效地防止了氧氣、水分的進(jìn)入而導(dǎo)致絕緣性能的下降；綜合應(yīng)用安全可靠、成本較低。另外更重要的原因是該變壓器具有三個(gè)檔位，這是因?yàn)樽儔浩鳛榱嗽诓煌碾娫措妷合螺敵鲚^為標(biāo)準(zhǔn)的電壓，在初級(jí)線圈上留有三組接頭，分別為電源電壓偏低、正常、偏高時(shí)使用，中心檔位就是中間那組，也是最常用的一組。選用這種變壓器可以較有效解決電網(wǎng)電壓偏低或偏高引起的供配電異常，保證了供配電的安全、可靠。

此外，選擇變壓器容量也是至關(guān)重要的。計(jì)算設(shè)備負(fù)荷容量常用需要系數(shù)法、二項(xiàng)式法和利用系數(shù)法，本項(xiàng)目供配電是采用需要系數(shù)法計(jì)算設(shè)備負(fù)荷的。在計(jì)算設(shè)備負(fù)荷容量時(shí)，防止變壓器選用太大或太小。在設(shè)計(jì)時(shí)必須將需要系數(shù)、功率因數(shù)、同時(shí)系數(shù)等綜合加以考慮，以使變壓器的負(fù)荷率控制在45%～70%之間，這是因?yàn)樽儔浩鞯淖罴呀?jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)負(fù)荷率處于45%～70%之間[2]。

2)漏電斷路器的選用。

本工程總配電柜漏電斷路器選用的是DZ20L-630/4300，這是具有過(guò)載、短路和漏電三種功能為一體的保護(hù)器，配置有50 mA～100 mA，100 mA～200 mA，200 mA～300 mA三檔位漏電動(dòng)作電流；二級(jí)配電柜總漏電斷路器選用的是DZ20L-400/4300，這也是具有過(guò)載、短路和漏電三種功能為一體的保護(hù)器，配置有50 mA～100 mA，100 mA～200 mA，200 mA～300 mA三檔位漏電動(dòng)作電流；二級(jí)配電柜總閘以下的分閘及三級(jí)配電箱總閘選用的是DZ20LE-250，漏電動(dòng)作電流100 mA。分?jǐn)鄷r(shí)間不大于0.2 s；開(kāi)關(guān)箱內(nèi)控制電氣設(shè)備的漏電斷路器選用的是DZ15LE-100，DZ15LE-63，DZ15LE-30，漏電動(dòng)作電流不大于30 mA，不小于15 mA。

在灌漿生產(chǎn)過(guò)程中，出現(xiàn)了因二級(jí)配電柜以下的末端電氣線路漏電引起總閘跳閘的現(xiàn)象，雖然末級(jí)漏電斷路器漏電動(dòng)作電流不大于15 mA、動(dòng)作時(shí)間不大于0.1 s，二級(jí)配電柜漏電斷路器漏電動(dòng)作電流不大于100 mA、動(dòng)作時(shí)間不大于0.2 s，總閘漏電斷路器最大檔級(jí)漏電動(dòng)作電流不大于300 mA、動(dòng)作時(shí)間不大于0.2 s，但因末端線路漏電，本該末級(jí)或二級(jí)漏電斷路器跳閘，結(jié)果幾乎同時(shí)導(dǎo)致總閘、二級(jí)或三級(jí)漏電斷路器跳閘的現(xiàn)象。反復(fù)出現(xiàn)過(guò)幾次后，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，這是因?yàn)楣收暇€路掉落至水中引起漏電，而此時(shí)漏電電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)300 mA以上，所以才出現(xiàn)了各級(jí)漏電斷路器同時(shí)工作的現(xiàn)象。解決辦法是將各級(jí)漏電斷路器漏電動(dòng)作時(shí)間統(tǒng)籌匹配即可，這是今后供配電設(shè)計(jì)要重點(diǎn)考慮的方面之一，既要能保證安全又要能減小停電范圍。

3)無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)應(yīng)用。

本工程供配電無(wú)功功率補(bǔ)償采用的是移相電容器(靜電電容器)進(jìn)行補(bǔ)償，它具有重量輕、安裝方便、投資少、故障范圍小、有功功率損失小、易于維護(hù)等特點(diǎn)。

關(guān)于無(wú)功補(bǔ)償容量的計(jì)算，嚴(yán)格地說(shuō)，確定補(bǔ)償容量應(yīng)使用均權(quán)功率因數(shù)，但由于其計(jì)算繁瑣，而計(jì)算負(fù)荷本身也不很準(zhǔn)確，工程上允許采用最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)來(lái)代替均權(quán)功率因數(shù)來(lái)計(jì)算。本工程無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)就采用這種方法進(jìn)行計(jì)算，但在應(yīng)用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)計(jì)算的補(bǔ)償量不夠，主要是表現(xiàn)在高峰生產(chǎn)的1個(gè)月內(nèi)，當(dāng)負(fù)荷在高位運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)接近0.82，負(fù)荷量由高位逐步減少時(shí)則功率因數(shù)逐步隨之增高到0.95以上，結(jié)果這1個(gè)月高峰生產(chǎn)的月綜合功率因數(shù)只達(dá)到0.85。所以，在今后的設(shè)計(jì)中，如果采用最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)來(lái)代替均權(quán)功率因數(shù)來(lái)計(jì)算時(shí)還要適當(dāng)放大補(bǔ)償量，另外，還需測(cè)試補(bǔ)償前的功率因數(shù)，通過(guò)這樣調(diào)整并計(jì)算的補(bǔ)償量才能確保綜合功率因數(shù)完全達(dá)到0.90以上。

4)三相電路的平衡。

本工程項(xiàng)目除了電焊機(jī)、照明及灌漿自動(dòng)記錄儀等設(shè)備所用不是對(duì)稱負(fù)荷外，其他設(shè)備均為三相對(duì)稱的負(fù)荷。在運(yùn)行過(guò)程中必須經(jīng)常用鉗形電流表測(cè)試每相電流，發(fā)現(xiàn)偏差較大時(shí)及時(shí)適當(dāng)調(diào)整，以便達(dá)到三相電流基本均衡，只有這樣，才能更好的保證用電設(shè)備和動(dòng)力電纜及變壓器的安全，建議今后的設(shè)計(jì)應(yīng)用中要引起足夠重視。

5)高壓雙回路互鎖供電。

本工程10 kV高壓采用雙回路供電模式(最好是不同的電網(wǎng)或者變電站或者同一變電站的不同變壓器提供的供電線路提供)，如果采用柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源，則配置至少600 kW以上容量發(fā)電機(jī)才能僅滿足工作面排污系統(tǒng)的需要(供電距離多增加400 m)，所以，采用獨(dú)立的高壓供電方式有效解決了備用電源的難題，既節(jié)約了資源投入，更保證了供配電安全，今后類(lèi)似工程項(xiàng)目可以借鑒并大力推廣。另外高壓互鎖斷路器建議最好采用機(jī)械式，這是因?yàn)橹庇^性強(qiáng)，避免誤操作，安全保證度高。

6)電纜線的選用。

本工程所有動(dòng)力線均是單位庫(kù)存銅芯電纜線，但如果沒(méi)有庫(kù)存，綜合效益還是用鋁芯電纜線更好，經(jīng)濟(jì)成本大約是銅芯電纜線的1/3左右。

[1] 張偉功.供配電設(shè)計(jì)300問(wèn)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010:47-54.

[2] 焦留成.供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1999.

The power supply and distribution design and experience of a power station curtain grouting and construction

HE Ping PU Zhen-bo

(KunmingSurveyDesignResearchInstituteLimitedCompany,ChinaElectricPowerConstructionGroup,Kunming650041,China)

Combining with the construction power supply and distribution characteristics of mid river dam and powerhouse curtain grouting engineering of a hydro-power station, based on site actual conditions and relevant rules and specification made special design to curtain grouting construction power supply and distribution, and summarized the operation key points should be paid attention to in power supply and distribution construction design, the results showed that the power supply and distribution design reached the expected effect, achieved good economic and social benefits.

hydro-power station, curtain grouting, power supply and distribution design

1009-6825(2014)35-0116-03

2014-09-26

何 平(1973- )，男，工程師； 濮振波(1980- )，男，高級(jí)工程師

TU745.7

A