依托工程TBM掘进段相应的支洞口营地均设有专用变电站,变电站电压等级为66kV/10kV,即电网的电压等级为66kV,专用变电站出线电压等级为10kV。
各施工支洞口专门设置1台升压变压器为TBM供电,将电压从10kV升至20kV,使用的电缆型号为YJV22-3×150mm 2 型。从升压变压器至洞内的电缆电压等级为20kV,电缆采用YJV23-3×120mm 2 型;其他用电根据需要在施工支洞及主洞内设置 10kV/400V箱式变压器(容量范围为350~1250kVA)变压后分接至各用电设备。
在施工前,已由建设单位完成了相应变电站的建设,并负责其运行。各支洞口均设有66kV变电站1座,变电站的容量均为630kVA;315kVA变压器各2台,变电站至1号、2号、3号、4号支洞口的距离分别为50m、50m、50m、80m。2号及4号支洞的变电所待TBM完成第一段掘进任务后,业主负责将上述两个变电所的66kV施工变电所设备整体迁移至 1 号支洞及 3 号支洞变电所,在 2 号支洞和 4 号支洞变电所分别保留 1 台1000kVA的变压器作为相应支洞的施工电源。
为在电力系统断电状态下提供必要的电力,在4号、2号及1号支洞口分别配置了1台临时柴油发电机,功率为200kW。柴油发电机由施工单位负责配置及维护运行。
各支洞口附近的66kV施工变电所内,均设置了3台变压器,1台5000kVA和1台4000kVA变压器并列运行,另1台1000kVA单独运行。在10kV母线侧出5回线,分别供应TBM全断面掘进机,供主洞及固定带式输送机和TBM作业通风、排水、照明,生产生活营地及备用回线。
施工用电负荷统计以依托工程的TBM1为例,所涉施工区域用电负荷统计详见表3.7-1。TBM施工用电总功率为8077kW,TBM衬砌及灌浆用电总功率为740kW。TBM2所涉施工区域用电负荷与TBM1基本相同。
表3.7-1 工程施工区域用电负荷统计表
续表
依托工程的66kV施工变电所之后的输电均采用架空线路及接引高压电缆引入洞内,变压器均采用箱式变压器。变压器布置在洞内靠近负荷中心的位置,变压器设备不能影响洞内交通。
洞内敷设电缆时,每隔1km左右设置1个高压电缆分接箱(高压电缆分接箱的形式根据实际情况确定),分别供胶带输送机、混凝土衬砌、灌浆、排水、照明等施工用电。供电电缆采用YJV23型号高压电缆进洞。
TBM施工采用型号为YJV23-3×120mm 2 的铜芯电缆专线供电,每300m采用TJB高压电缆快速接头与TBM后配套高压电缆卷盘上电缆连接,TBM供电电源额定电压为20kV,两台TBM的总用电功率均为4600kW。
TBM洞内高压电缆供电的最大电流、电压降、压降率计算过程如下:
式中:I为最大负荷电流,A;P为TBM总功率,kW;U为供电额定电压,kV;ΔU为供电压降,V;I为最大供电电流,A;R为电缆电阻率,Ω·m,取值1.75×10 -8 ;L为供电点最大长度,m,取值11200;S为供电电缆截面积,mm 2 。
满足了TBM供电压降率不大于10%的需要。
依托工程的砂石骨料加工系统,在生产前期配置1台800kW柴油发电机作为生产电源,后期从邻近电网取电源,功率亦为800kW。
为保证施工安全,确保电网停电期间的施工照明、排水及通风等工作要求,依托工程的TBM施工配备了4台300kW柴油发电机作为应急备用电源,配备了4台120kW柴油发电机作为施工附企工厂及办公生活应急备用电源。应急备用电源总功率为1680kW。
依托工程的TBM1所涉及的施工区域用电配置统计详见表3.7-2。TBM2所涉施工区域用电配置与TBM1基本相同。
表3.7-2 TBM1施工区域用电配置统计表
表3.7-2中的用电配置情况如下。
1. TBM1-1变压器
ZBW20-6300kVA-10/20kV箱式变压器,负责TBM全断面掘进机用电,用电电源取自2号支洞口66kV施工变电所出线端,采用20kV高压电缆引入洞内,与TBM高压电缆卷筒对接。安装位置在2号支洞洞口附近。在TBM1-1段掘进施工完成后,转场到TBM1-2段施工,箱式变压器转场到1号支洞洞口附近,用电电源取自1号支洞口66kV施工变电所。
2. TBM1-2变压器
S9-500kVA-10/0.4kV箱式变压器,负责TBM1-1洞外通风机用电,用电电源取自2号支洞口66kV施工变电所出线端,安装位置在2号支洞洞口附近。在TBM1-1段掘进施工完成后,TBM转场到TBM1-2段施工,箱式变压器转场到1号支洞洞口附近,负责TBM1-2洞外通风机用电,用电电源取自1号支洞口66kV施工变电所。
3. TBM1-3变压器
S9-1250kVA-10/0.4kV箱式变压器,负责TBM1-1段固定带式输送机用电,用电电源取自2 号支洞口 66kV施工变电所出线端,安装位置在 2 号支洞洞口附近。在TBM1-1段掘进施工完成后,TBM转场到TBM1-2段施工,箱式变压器转场到1号支洞洞口附近,负责TBM1-2段固定带式输送机用电,用电电源取自1号支洞口66kV施工变电所。
4. TBM1-4变压器
S9-1250kVA-10/0.4kV箱式变压器,负责TBM1-1段主洞连续带式输送机用电,用电电源取自2号支洞口66kV施工变电所出线端引入洞内的10kV高压电缆,安装位置随带式输送机主驱动的位置布置。在TBM1-1段掘进施工完成后,TBM转场到TBM1-2段施工,箱式变压器转场到TBM1-2段主洞连续带式输送机主驱动附近,用电电源取自1号支洞口66kV施工变电所。
5. TBM1-5变压器
S9-315kVA-10/0.4kV箱式变压器,前期负责2号支洞开挖及主洞TBM扩大洞室钻爆法施工用电。后期负责TBM1-1段混凝土拌和站、排水、照明等用电,用电电源取自2号支洞口66kV施工变电所出线端引入洞内的10kV高压电缆分接箱,安装位置在TBM1-1段混凝土拌和站场地内。
6. TBM1-6变压器
S9-315kVA-10/0.4kV箱式变压器,前期负责1号支洞开挖及主洞TBM扩大洞室钻爆法施工用电。后期负责TBM1-2段混凝土拌和站、排水、照明用电,用电电源取自1号支洞口 66kV施工变电所出线端引入洞内的 10kV高压电缆分接箱,安装位置在TBM1-2段混凝土拌和站场地内。
7. TBM1-7至TBM1-12变压器
TBM1-7至TBM1-12变压器共6台,其型号均为S9-250kVA-10/0.4kV箱式变压器,用电电源分别取自1号支洞口66kV施工变电所和2号支洞口66kV施工变电所出线端引入洞内的10kV高压电缆分接箱。其中的TBM1-7至TBM1-9变箱式变压器主要负责TBM1-1 段混凝土仰拱、边顶拱衬砌施工、钻孔灌浆、施工排水及照明等用电,TBM1-10至TBM1-12变箱式变压器主要负责TBM1-2段混凝土仰拱、边顶拱衬砌施工、钻孔灌浆、施工排水及照明等用电。
各支洞口洞外生产营区及生活营区各配备1台型号为S9-315kVA-10/0.4kV的箱式变压器,满足其用电需要。
为保证用电安全,所有变压器均可靠接地。在洞外高压杆上装设有跌落式熔断器作为箱式变压器的过流保护,装设避雷器和接地装置以防雷击过电压对变压器等电气设备造成损害。高压供电电缆两端钢铠均可靠接地,利用TBM高压供电电缆的铜皮和钢铠装设接地、短路、断路保护装置。TBM上所有低压电缆均采用防火阻燃型电缆。
低压供电线路均采用电缆或绝缘导线输电,室外、明敷线缆时须采取防碰撞、防挤压、防拉扯的措施。室外盘柜防护等级达到IP43,室外盘柜设有合格的防雨装置,柜内的电器元件完好。
防雷与接地安装施工按照《电气装置安装工程 接地装置施工及验收规范》(GB 50169—2016)标准进行施工和验收。在设备基础施工时,系统的防雷接地装置安装在柴油发电机、变压器、生产车间等基础外围(3m外)0.8m深处埋设垂直接地体和水平接地体。水平接地体取镀锌扁铁(40mm×4mm),垂直接地体取ϕ50 镀锌钢管,每根2.5m,间隔5m打入土壤中,接地电阻值以不大于4Ω为合格。通过镀锌扁铁(40mm×4mm)把各个接地装置连为一体,做成环状接地网,不允许出现开口,以降低跨步电压和接触电压。
各台箱式变压器内均设置有0.4kV低压出线间隔,并设置有电容器功率自动补偿间隔,用以提高功率因数,节约电能,降低电损。
高压供电线路从66/10kV变电所提供的10kV供电间隔接引20kV高压供电线路和10kV高压供电线路到相应供电点,架空线路的线型选用LGJ型钢芯铝绞线,电杆选用长12~18m圆锥形钢筋混凝土杆,标准杆距为40~60m。
供电电缆采用型号为YJV23-3×120mm 2 的铜芯电缆专线供电,供TBM主机和后配套施工用电;采用型号为YJV23-3×25mm 2 的高压电缆供主、支洞出渣带式输送机用电;采用型号为YJV23-3×25mm 2 高压电缆供通风机用电;采用型号为YJV23-3×50mm 2 高压电缆供照明、排水等一类负荷以及混凝土拌和站用电。
20kV和10kV高压电缆型号选用YJV23,截面按发热条件来选择,按允许电压损失加以校验。
低压电力网络均采用三相五线制的配电系统。低压用电负荷分别从相应变压器低压侧引出。低压电线选用型号为BV-500或LGJ的钢芯铝绞线,低压动力电缆选用的型号为VV29,线路比较长或不太长但负荷电流比较大时,其截面按允许电压损失值选择,根据发热条件进行校验,同时应满足与保护装置整定值的配合关系。
照明供电网络采用三相五线制系统。电源取自各部位的相应的变压器和供电线路。照明方式、照明种类和照度标准以及照明光源和灯具的选择和布置遵照《水工建筑物地下开挖工程施工规范》(SL 378—2016)第12.3.10条等条款的规定执行。
在不便使用正常电器照明的工作面,采用蓄电池应急灯和随身直流充电矿灯;隧洞入口处设置照明过渡段,以减少洞内外照度差。
照明用电采用混合式接线方式,为双回路电源。洞内照明由洞口变压器和洞内箱式变压器分段供给,洞外场地和房间照明由生产场区变压器供给。应急照明由发电机发电后升压送入高压真空断路器,用同一线路供电。因洞内电缆架设靠近洞壁,除路灯照明外,其他均采用绝缘导线作供电母线,导线截面按允许电压损失值进行计算。
洞内照明电源从配电线路上接取,每200m设一个照明开关箱,每15m布置一盏隧道防水防爆节能灯(单个灯泡的功率为20W),采用阻燃电线。照明线支架安装在洞壁中间腰部,高度不低于2.5m,采用扁钢加工瓷瓶架线,瓷瓶架固定在洞壁上,洞内灯具安装高度不低于3.5m;潮湿和易触及带电体场所的照明供电电压不应大于24V。
依托工程的两台TBM用电及其配套作业设备主要供电设备及材料详见表3.7-3。
表3.7-3 TBM与混凝土施工供电设备及主要材料一览表
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注 1.表中序号3的变压器设在施工支洞外的营地内,主要供应洞外龙门吊、夜间照明、分渣器、供水系统、加工车间和生活办公用电等。
2.表中序号4的变压器设在TBM施工支洞口和主支洞交叉处,设在支洞口的为通风机供电,设在主支洞交叉处的为扩大洞室和支洞排水、照明、洞内起重机、拌和站及其他施工设备供电。
3.表中序号5的变压器主要供钻爆施工和混凝土拌和站用电。
TBM完成掘进任务后,切断运行电源,将TBM高压电缆卷筒上的300m高压电缆全部收回。TBM电缆卷筒上的电缆要采取防潮、防水措施,并架空存放至TBM电气仓库。自TBM移动尾端向下游方向拆除主电源电缆,对电缆线快速接头进行防水防潮处理。电缆收卷时采用有轨机车平板上放置收卷装置,边行走边收卷,避免机车运行和电缆收卷不协调,造成电缆的绝缘皮与洞壁摩擦破损。单节电缆的两个快速接头均应做好防护处理。
依托工程设置了专用的TBM施工高压供电系统,变电站均布置在施工支洞洞口附近,供电距离短,供电损失小,低压侧供电设备投资小;洞外供电系统设计合理,设计容量满足施工要求;由于1号支洞口变电站建设较晚,不能与TBM掘进工期相匹配,影响了TBM1-2段掘进约2个月;依托工程2台TBM分4段掘进,在相应掘进段的洞口设置了4个变电站,但第一段的掘进距离较短,均不超过10km,第一掘进段贯通前,TBM供电的压降数值很小,远低于TBM制造商对压降不大于10%的要求。因此,变电站的数量有优化空间。