超長水工隧洞TBM法開挖施工供電方法探討

汪洪泉

(遼寧潤中供水有限責任公司， 遼寧 沈陽110166)

【摘要】全斷面巖石隧道掘進機一般用來開挖長大隧洞，由于整機功率很大、供電距離長且洞內施工環(huán)境較差，因此在施工供電系統(tǒng)設計時要充分考慮電壓降問題、繼電保護問題、用電安全問題。本文對此加以介紹。

【關鍵詞】全斷面巖石隧道掘進機；電壓降；繼電保護；用電安全

中圖分類號：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機(tunnel boring machine，TBM)是利用盤形滾刀回旋破碎巖石，完成開挖、出渣和支護作業(yè)，形成整個隧洞斷面的一種新型、先進的隧洞施工機械。TBM具有掘進進度快、噪聲低、洞內空氣比鉆爆法潔凈、使用人力少、工人勞動強度低、自動化程度高等優(yōu)點，在超長隧洞施工中TBM的優(yōu)勢體現得尤其明顯，因此廣泛應用于國內外的超長隧洞開挖施工。

遼寧省大伙房水庫輸水工程TBM3施工段長達18469m的主洞段采用TBM法開挖，中途僅設一條16號施工支洞用于運送材料、通風和出渣。隧洞開挖施工時，洞內環(huán)境潮濕、粉塵較多，對電氣設備安全運行不利，TBM上的設備總功率達到3750kW，在施工組織設計時必須解決長距離、大功率電力輸送帶來的電壓降問題和復雜環(huán)境輸電的安全性問題。

2TBM供電設計

2.1電源

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

2.2TBM施工供電要求

TBM的變壓器總裝機容量為2×2000kVA+1000kVA。TBM上有10臺刀盤電機，每臺刀盤電機的功率為300kW,2臺主液壓泵合計功率為150kW，另加上錨桿鉆機、噴錨機械手、混凝土輸送泵等輔助設備，TBM整機最大用電負荷約為3750kW。

2.3供電電壓及電纜型號選擇

發(fā)包方的變電所提供給TBM用電的電壓等級為10kV。但因TBM的整機功率較大，且供電距離又較長，即使采用YJV22—3×240mm2電纜也不能滿足供電電壓降要求[見式(1)計算結果]。因此施工方決定升高TBM回路的供電電壓。洞內用電必須采用電纜供電，洞內作業(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。電纜型號確定為12/20kV YJV22—3×95mm2，其供電電壓降計算見式(2)。

10kV供電時(YJV22—3×240mm2)最大電壓降計算如下：

(1)

20kV供電時(YJV22—3×95mm2)最大電壓降計算如下：

(2)

式中Ig——額定電流；

L——線路長度；

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和電損的降低使整個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箱式開關站。10kV箱式開關站后安裝一臺10/20kV升壓變壓器，最后通過20kV箱式開關站連接洞內鋪設的20kV YJV22—3×95mm2高壓電纜。

TBM上安裝一臺真空斷路器(總開關)和三臺負荷開關，每臺負荷開關連接一臺風冷干式變壓器。其中，兩臺S11—2000kVA 20/0.66kV的變壓器每臺供五臺刀盤電機用電，一臺S11—1000kVA 20/0.4kV的變壓器供其他設備用電。

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

2.5繼電保護

洞口的10/20kV升壓變壓器前設置一臺KYN12—630型真空開關柜。該開關柜用于保護10/20kV升壓變壓器，設置變壓器溫度報警和跳閘保護、輕瓦斯報警、重瓦斯跳閘、反時限特性的過流保護和短路保護。該開關柜出口設置接地刀閘，用于檢修變壓器時的接地。

洞口的10/20kV升壓變壓器后設置一臺KYN61—40.5型真空開關柜。該開關柜用于保護洞內高壓電纜線路，設置反時限特性的過電流保護和短路保護、小電流接地報警保護、大電流接地跳閘保護。該開關柜出口設置接地刀閘，用于接長高壓電纜或檢修高壓電纜時接地。

2.6電纜的接長

TBM供電回路的高壓電纜儲備在后配套的高壓電纜卷筒上(可儲備320m軟電纜)。TBM向前掘進時，不斷放出軟電纜，當軟電纜全部放出后， TBM停機。人工操作分開給TBM線路供電的真空開關，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)電機給電纜卷筒電機供電，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。

3供電安全措施

a.施工用電的線路及設備按批準的施工組織設計裝設，并符合電力部門的規(guī)定，由于施工工期較長，各種線路及設備應符合正規(guī)電力工程的技術要求。

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

c.機械設備的電器裝置，施工現場的接線、照明應由電工負責，安裝后必須進行檢查和試運轉，確認無漏電、電擊危險工作正常時方可使用。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備。

d.對所有電氣設備、絕緣用具必須定期檢查、測試，嚴防漏電、短路等事故發(fā)生。防雷設施在雷雨季節(jié)之前應測試。手持電動工具應由專人管理，每月檢查一次。絕緣用具每三個月測試一次，高壓絕緣用具每半年測試一次。凡不符合要求的機具，嚴禁使用。

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

f.低壓配電線路應按等級安裝合適的漏電保護開關。

4結語

全斷面巖石隧道掘進機施工的長大隧道，為保證大功率、長距離供電系統(tǒng)的可靠運行，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，設計合適的過流保護和接地保護系統(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

唐海.建筑電氣設計與施工[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2000.