龍 飛，胡有明，楊家國(guó)

（云南建投安裝股份有限公司，云南 昆明 650031）

高速公路現(xiàn)場(chǎng)對(duì)電能需求的變化較大，臨時(shí)供電系統(tǒng)的電壓波動(dòng)較大，會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至引發(fā)設(shè)備損壞。為了解決這個(gè)問題，可以通過變電站主變壓器有載調(diào)壓、改變線路無功功率、安裝低壓穩(wěn)壓器、安裝自動(dòng)調(diào)壓變壓器、調(diào)壓方案實(shí)踐檢驗(yàn)等的方式，避免臨時(shí)施工用電電壓不穩(wěn)現(xiàn)象的產(chǎn)生，保證工程項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

1 案例概況

1.1 項(xiàng)目供電現(xiàn)狀分析

某高速公路工程A1合同段位于YN省DL州云龍縣城境內(nèi)，起訖里程為K89+697～K98+455，標(biāo)段全長(zhǎng)8.758 km，主要工程項(xiàng)目包括路基土石方、防護(hù)及排水、橋梁工程、涵洞及通道、隧道工程等。本合同段共有橋梁3座，其中大橋2座，中橋1座、隧道1座（其中嶺丹隧道進(jìn)口端起訖里程為K94+200～K98+450）；涵洞6道、通道1處。工程項(xiàng)目供電現(xiàn)狀如表1所示。

表1 供電線路總體現(xiàn)狀

1.2 線路末端配置情況

本工程項(xiàng)目末端鐵塔編號(hào)為N46塔，主要負(fù)責(zé)嶺丹隧道的供電任務(wù)，數(shù)量為20 m3的空壓機(jī)8臺(tái)、110×2 kW的通風(fēng)機(jī)2臺(tái)、75 kW的混凝土輸送泵2臺(tái)、7.5 kW的濕噴機(jī)2臺(tái)、S11-630-10/0.4的變壓器2臺(tái)、S11-500-10/0.4的變壓器1臺(tái)，總變壓器容量為1 760 kVA。

1.3 主要設(shè)備投入費(fèi)用

變壓器S11-630-10/0.4的單價(jià)（包括配電盤）為85 000元，數(shù)量為3臺(tái)；變壓器S11-500-10/0.4的單價(jià)（包括配電盤）為73 000元，數(shù)量為2臺(tái)。根據(jù)計(jì)算，變壓器的總費(fèi)用為：85 000元×3+73 000元×2=361 000元。

1.4 施工現(xiàn)場(chǎng)用電變壓器輸出電壓情況

根據(jù)國(guó)標(biāo)《電能質(zhì)量供電電壓偏差》GB/T12325-2008的規(guī)定，正偏差和負(fù)偏差的絕對(duì)值之和不超過額定電壓的10%。這意味著在35 kV供電電壓的情況下，電壓的波動(dòng)范圍應(yīng)控制在額定電壓的正負(fù)10%以內(nèi)。對(duì)于10 kV及以下的三相供電電壓，允許的偏差是額定電壓的±7%，這即表示在10 kV及以下供電電壓的情況下，電壓的波動(dòng)范圍應(yīng)在額定電壓的正負(fù)7%以內(nèi)；對(duì)于220 V的單相供電電壓，GB/T12325-2008并沒有專門規(guī)定允許的偏差范圍。因此，根據(jù)電能質(zhì)量的要求，220 V的單相供電電壓應(yīng)盡量保持穩(wěn)定，并且控制在合理允許的范圍內(nèi)，以保證供電電壓的穩(wěn)定性和質(zhì)量。

2 施工用電電壓不穩(wěn)原因分析

電壓不穩(wěn)定可能有以下幾個(gè)原因：

（1）配電線路老化或損壞：老化或損壞的配電線路會(huì)導(dǎo)致電壓波動(dòng)較大?？赡苁怯捎陂L(zhǎng)時(shí)間未進(jìn)行維護(hù)或者施工期間對(duì)配電線路造成損壞所致。

（2）電力供應(yīng)不足：當(dāng)電網(wǎng)供電能力不足時(shí)，即使供電穩(wěn)定，也無法滿足施工現(xiàn)場(chǎng)的用電需求，從而導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定，究其原因可能是由于施工現(xiàn)場(chǎng)用電需求大，電網(wǎng)供電能力不足所致。

（3）大功率設(shè)備突然開關(guān)：大功率設(shè)備的突然開關(guān)可能導(dǎo)致瞬間電壓的波動(dòng)，從而使電壓不穩(wěn)定。究其原因，可能是由于施工現(xiàn)場(chǎng)存在大功率設(shè)備需要頻繁開啟和關(guān)閉或者設(shè)備故障引發(fā)突然開關(guān)所致。

（4）線路阻抗過大：當(dāng)線路阻抗過大時(shí)，電壓在傳輸過程中容易出現(xiàn)損耗，導(dǎo)致電壓降低，從而引起電壓不穩(wěn)定，這可能是由于配電線路設(shè)計(jì)不合理或線路負(fù)載過重所致。

（5）電壓負(fù)荷較大，根據(jù)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查得出：該條線路的最大負(fù)荷為4 210 kW，主干線LGL-150大約場(chǎng)21 km，設(shè)定公因數(shù)0.9。那么，該條線路的最大負(fù)荷可以通過分布極端線路末端進(jìn)行降壓，并代入公式（1）和公式（2）精確計(jì)算得出變電站距離主干線之間409#干的電壓降（ΔU）：

P=4 210 kW，S=150 mm2，L=21km，cosФ=0.9由此得出感抗x=0.358 Ω/km，電阻r=0.21 Ω/km；Q=2 034kvar

式中：DU為10 kV線路的壓降；

UN為變電站出口電壓；

P、Q分別為線路有功功率，無功功率；

R、X分別為線路的電阻，感抗；

L為變電站到主干線409#桿的線路長(zhǎng)度。

主干線N46#桿的電壓計(jì)算如下：U46=UNDU=10.30-3.29=7.01 kV，由此可以得出線路末端的電壓很低，給設(shè)備正常運(yùn)行帶來困難，影響施工生產(chǎn)。從計(jì)算可以得出10/0.4變壓器輸出端電壓為7.01/25=0.28 kV=280 V，與隨機(jī)抽取的最低電壓基本吻合。

3 臨時(shí)施工用電電壓不穩(wěn)的解決方案

3.1 調(diào)節(jié)電壓總體方案介紹

3.1.1 變電站主變壓器有載調(diào)壓

變電站主變壓器有載調(diào)壓可以采取以下幾種措施：

（1）通過調(diào)節(jié)主變壓器的切換裝置，改變主變壓器的輸入端或輸出端的連接方式，實(shí)現(xiàn)有載調(diào)壓。

（2）通過在主變壓器的低壓側(cè)或高壓側(cè)串聯(lián)或并聯(lián)電抗器，調(diào)節(jié)主變壓器的輸出電壓。

（3）在施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電工程中，采用三級(jí)配電系統(tǒng)（如圖1所示），即總配電箱（或配電柜）下設(shè)分配電箱，分配電箱下設(shè)開關(guān)箱，開關(guān)箱下設(shè)用電設(shè)備。這樣的三級(jí)配電結(jié)構(gòu)能更好地實(shí)現(xiàn)電力分配和控制，同時(shí)也有利于故障排查和安全用電管理。

圖1 三級(jí)配電示意圖

（4）通過調(diào)整主變壓器的勵(lì)磁電流大小，改變主變壓器的輸出電壓，具體采用哪一種方法還需要根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際需求和設(shè)備條件來選擇。

3.1.2 改變線路無功功率

（1）在線路中串聯(lián)或并聯(lián)補(bǔ)償器來實(shí)現(xiàn)無功功率補(bǔ)償?shù)姆椒?，串?lián)補(bǔ)償器可以包括串聯(lián)電抗器和串聯(lián)電容器，分別用于提供感性無功功率和容性無功功率。并聯(lián)補(bǔ)償器可以包括并聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器，分別用于吸收感性無功功率和容性無功功率。

（2）調(diào)整變壓器的勵(lì)磁電流來改變線路的無功功率，增大變壓器的勵(lì)磁電流可以增加感性無功功率，減小變壓器的勵(lì)磁電流可以減少感性無功率。

（3）改變變壓器的接線方式或調(diào)節(jié)變壓器的變比來調(diào)整線路的無功功率，改變變壓器的接線方式可以改變變壓器的阻抗角，從而影響無功功率的流動(dòng)方向。

（4）調(diào)節(jié)變壓器的變比可以改變線路的電壓水平，進(jìn)而改變線路的無功功率。

3.1.3 安裝低壓穩(wěn)壓器

安裝低壓穩(wěn)壓器可以有效穩(wěn)定低壓電網(wǎng)的供電質(zhì)量，低壓穩(wěn)壓器通常安裝在變電站或供電用戶的配電柜中。它的作用是通過監(jiān)測(cè)低壓電網(wǎng)的電壓情況，根據(jù)需求來自動(dòng)調(diào)整輸出電壓，以確保用戶所需的穩(wěn)定電壓供應(yīng)。低壓穩(wěn)壓器可以根據(jù)使用環(huán)境和負(fù)載的特點(diǎn)選擇合適的類型，如電子式穩(wěn)壓器、自耦變壓器穩(wěn)壓器或繼電器穩(wěn)壓器等。安裝完成后，低壓穩(wěn)壓器會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)波動(dòng)，并根據(jù)設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行響應(yīng)和調(diào)整。其能夠有效地穩(wěn)定低壓電網(wǎng)的電壓，提供穩(wěn)定的供電電壓給用戶設(shè)備，保護(hù)設(shè)備免受電壓波動(dòng)的影響，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，提高供電質(zhì)量。需要注意的是，安裝低壓穩(wěn)壓器時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要和設(shè)備條件，選擇合適的型號(hào)和容量，并按照相關(guān)的安裝規(guī)范和要求進(jìn)行安裝和調(diào)試，確保安裝過程安全可靠，并進(jìn)行必要的維護(hù)和檢修，保證低壓穩(wěn)壓器的正常運(yùn)行和性能。

3.1.4 安裝自動(dòng)調(diào)壓變壓器

安裝有載自動(dòng)調(diào)壓變壓器可以有效調(diào)節(jié)、穩(wěn)定電網(wǎng)的電壓，并提供穩(wěn)定的電壓供應(yīng)給用戶設(shè)備。有載自動(dòng)調(diào)壓變壓器通常安裝在變電站中，作為電網(wǎng)調(diào)節(jié)和穩(wěn)壓的重要設(shè)備。有載自動(dòng)調(diào)壓變壓器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電壓的變化，并根據(jù)設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)調(diào)整輸出電壓，以確保設(shè)備和用戶所需的穩(wěn)定電壓供應(yīng)，它可以通過調(diào)整變壓器的變比，控制變壓器的勵(lì)磁電流或改變輸出繞組的連接方式來實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)。具體需要通過以下幾個(gè)步驟來實(shí)現(xiàn)：①在安裝有載自動(dòng)調(diào)壓變壓器時(shí)，應(yīng)根據(jù)本工程項(xiàng)目的實(shí)際情況和設(shè)備條件選擇適當(dāng)?shù)男吞?hào)和容量。②安裝前，須對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，確保設(shè)備無損壞和故障，并按照相關(guān)的安裝要求進(jìn)行安裝。③安裝完成后，需要進(jìn)行必要的調(diào)試和測(cè)試，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行和性能。④安裝有載自動(dòng)調(diào)壓變壓器需要專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行操作和維護(hù)，并嚴(yán)格遵守相關(guān)的安全操作規(guī)程，確保工作過程安全可靠。⑤定期進(jìn)行設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)和巡檢，及時(shí)處理設(shè)備故障和異常情況，以保證有載自動(dòng)調(diào)壓變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行和使用壽命。⑥當(dāng)采用自然接地體時(shí)，可以利用施工現(xiàn)場(chǎng)的主體金屬結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)鋼筋砼工程的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)作為接地體，但嚴(yán)禁使用易燃、易爆物的金屬管道作為接地體。這是為了確保接地體的安全性和可靠性，避免因使用不合適的材料而引發(fā)安全事故。接地體技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 接地體技術(shù)參數(shù)

3.2 調(diào)壓方案實(shí)踐檢驗(yàn)

①設(shè)計(jì)調(diào)壓方案，根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)計(jì)合理有效的調(diào)壓方案。這個(gè)過程需要考慮各種因素，包括但不限于設(shè)備的性能、環(huán)境條件、工作負(fù)荷等。②實(shí)施調(diào)壓方案，在設(shè)計(jì)好的調(diào)壓方案下，進(jìn)行實(shí)際操作，這個(gè)過程需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行，以確保實(shí)驗(yàn)的可靠性。③數(shù)據(jù)采集，在實(shí)施調(diào)壓方案的過程中，需要對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。這些數(shù)據(jù)包括但不限于壓力值、流量值、溫度值等。④數(shù)據(jù)分析，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以判斷調(diào)壓方案的效果，這個(gè)過程需要使用專門的分析工具，以確保分析的準(zhǔn)確性。⑤結(jié)果論證，根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，對(duì)調(diào)壓方案進(jìn)行論證。如果方案能夠有效地調(diào)節(jié)壓力，那么可以認(rèn)為該方案是成功的；如果方案無法有效地調(diào)節(jié)壓力，那么需要對(duì)方案進(jìn)行修改，直至達(dá)到預(yù)期的效果。⑥方案優(yōu)化，根據(jù)論證結(jié)果，對(duì)調(diào)壓方案進(jìn)行優(yōu)化。這個(gè)過程可能需要多次迭代，直至找到最優(yōu)的調(diào)壓方案。

總的來說，調(diào)壓方案的實(shí)踐檢驗(yàn)及論證是一個(gè)反復(fù)試驗(yàn)和優(yōu)化的過程，需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和精確的工作方法。

3.3 實(shí)施效果

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施調(diào)壓方案的效果分析需要通過以下幾個(gè)指標(biāo)來評(píng)估：①壓力穩(wěn)定性，觀察實(shí)施調(diào)壓方案后，系統(tǒng)的壓力是否能夠穩(wěn)定在設(shè)定的目標(biāo)范圍內(nèi)?？梢酝ㄟ^監(jiān)測(cè)壓力變化曲線和統(tǒng)計(jì)壓力波動(dòng)范圍來評(píng)估。②壓力調(diào)節(jié)速度，檢測(cè)實(shí)施調(diào)壓方案后，系統(tǒng)的響應(yīng)速度和壓力調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性。可以通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間和調(diào)節(jié)范圍來評(píng)估。③能耗效率，評(píng)估調(diào)壓方案對(duì)系統(tǒng)能耗的影響。如果實(shí)施調(diào)壓方案后，系統(tǒng)的能耗明顯降低，說明方案的效果較好。④安全性，對(duì)系統(tǒng)的安全性進(jìn)行評(píng)估。調(diào)壓方案應(yīng)該能夠保證系統(tǒng)的運(yùn)行安全，確保設(shè)備和人員的安全。⑤經(jīng)濟(jì)性，評(píng)估調(diào)壓方案的經(jīng)濟(jì)效益。方案應(yīng)該能夠在提供穩(wěn)定壓力的同時(shí)，盡量降低成本和資源消耗。⑥定量分析，為了進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果分析，可以使用各種測(cè)試設(shè)備和監(jiān)測(cè)工具來收集相關(guān)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行定量分析。對(duì)于某些指標(biāo)，還可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)比或者進(jìn)行模擬仿真，以驗(yàn)證調(diào)壓方案的效果。此外，還需要進(jìn)行隨機(jī)抽樣和多次重復(fù)試驗(yàn)，以提高結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。最后，再根據(jù)實(shí)施效果的分析結(jié)果，可以對(duì)調(diào)壓方案進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)更好的調(diào)壓效果。調(diào)研和分析電網(wǎng)的運(yùn)行情況和電壓波動(dòng)的原因是非常重要的步驟，可能的原因包括輸電線路負(fù)荷過大、電網(wǎng)短路或過載、電源質(zhì)量不良、負(fù)荷波動(dòng)等。通過全面調(diào)查和分析，可以確切了解電壓不穩(wěn)定的根本原因，從而有針對(duì)性地制定解決方案。在確定解決方案時(shí)，需要進(jìn)行可行性和經(jīng)濟(jì)性論證，可行性論證包括技術(shù)可行性、操作可行性和安全可行性，確保解決方案可以實(shí)施和操作，并不會(huì)引發(fā)新的安全隱患。經(jīng)濟(jì)性論證則要考慮投資成本、維護(hù)成本以及未來節(jié)省的費(fèi)用和效益。

4 結(jié)語

綜上所述，通過調(diào)研、分析、可行性和經(jīng)濟(jì)性論證以及與供電單位的合作，可以找到解決臨時(shí)施工用電網(wǎng)電壓不穩(wěn)的合理方案，讓施工企業(yè)和供電單位都能獲得共贏的效果。