动态同步增流\增压补偿柜供电技术在特长隧道中的应用

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摘要：由于380V供电距离有限，在长大隧道施工过程中，不可避免的会遇到电压不足的情况，采用传统高压进洞的技术由于成本高、安全风险大、安装及使用操作过程复杂。该文结合山西中部引黄工程勘探试验标引水隧洞的实际做法，对比分析使用新型低压进洞的KSZZB型动态同步增流增压补偿柜的使用效果，对以后长大隧道施工过程中避免高压进洞、降低用电成本、保证用电安全方面具有重要借鉴的意义。

关键词：长大隧道高压进洞增压补偿

中图分类号： U45 文献标识码： A

1、引言

目前，大多数隧道施工当中，在380V供电距离800米左右的时候，均出现不同程度的电压不足，线路损耗大、线路载流量过大，或者空载电压正常，带载电压急剧下降的情形。本身隧道施工就是一个耗电量大，使用大功率设备较多的场所，如洞口的空压机、风机、洞内的输送泵、扒渣机、模板台车台车、电焊机、照明、水泵、喷锚机等。依据国家相关规定及施工经验，在电压低于额定工作电压5%的时候（360V），将无法满足设备正常启动和正常工作，严重影响隧道内设备的正常运行。对于长大隧道使用先进的、合理的、经济的、安全的远距离供电措施一直是隧道施工急需攻克的难题。

2、山西中部引黄勘探试验标工程概况

山西中部引黄工程勘探试验标引水隧洞项目为引黄工程第一批招标项目，也是引黄工程示范点，隧洞起讫里程为交汾灵支线2#输水45+152.9~51+260.6，为交汾灵直线的出口段，位于汾西县对竹镇北掌村，紧零涧对线，隧洞长达6107.7米。交汾灵支线按照2级建筑物设计施工，城门洞型，宽2.5米，高3.04米，合同内容包括交汾灵施工支洞12#，及2# 输水隧洞6107.7米。

根据施工内容，从12#支洞（长484米），分别向上下游掘进，上游长达2500米，下游长达1600米，2#出口长达2100米，其中上游承担着独头掘进3100米，施工断面小，涌水大，隧道内供电满足设备使用要求是保证项目正常施工关键。

3、现场用电情况

3.1、洞口用电：12#支洞洞口设置一台油浸式变压器630KVA，洞口设置2台132KW空压机，2台55*2KW通风机，生活区用电，加工场用电。

3.2、洞内用电：12#支洞主要承担上下游约4KM的施工任务，内部出水大，支洞及三岔口设置多级水泵，上下游各有一台出渣用的45KW履带挖装机、电焊机、喷锚设备、照明灯具、输送泵等；隧道内使用3*185铝芯电缆，支洞共用一条电缆，至三岔口处分向上下游；

3.3.1、用电分析：前期洞口的630KVA变压器通过低压进洞，基本能满足洞内前期开挖（变压器承受的额定负载在变压器额定容量的60%最佳）、电焊、通风、排水、照明等需要，随着隧道的掘进，供电线路的加长，线路末端出线较大的电压降，距离越长，供电不足的现象越加明显，同时由于隧道上下游同时施工，现场用电已经不能满足使用，机器无法正常启动或者出现低电压跳闸，对施工生产造成较大影响。

3.3.2、根据（隧道施工技术规范）中要求，导线断面应使线路末端的电压降不大于10%的规定，通过数据计算结合实际情况，对工作面位置受电侧电压降和允许负荷计算，得到洞内1000米位置洞外低电压已经不能满足施工用电需求，必须采取措施进行解决。

4、动态同步增流增压补偿柜替代高压进洞解决方案

4.1、原有方案：一是通过加大线路电缆截面积，而隧洞单边掘进长达3000米，在满足末端使用电压的情况下，可以得出需要电缆的截面积非常大，市场上没有这么大的电缆，且成本极高，不贴合实际；二是通过传统的高压进洞方案，需要购置一台10KV变0.4KV的变压器、高压电缆及配套设备，投入大，并且由于隧道内粉尘较多，潮湿、涌水，断面小，高压电缆安全距离得不到保证，安全风险极大。

4.2、现有方案：通过多次对比，最终确定采用台湾引进创新性数控全自动性动态同步增流增压补偿柜供电方案，该系统根据线路末端电压波动，适时动态同步补偿电压和电流，以此来在不改变线路的情况下达到简单、全自动、高效稳定的电压。最远适用于5000~6000米独头掘进隧道。使用效果不仅能达到高压进洞的效果，还能优于高压进洞，低压输送，降低了隧洞内用电安全风险，无需专人看管，故障极低，免人工维护。

5、工作过程（见图）

如图，将补偿柜置于高压变压器附近，通过185mm2铝心电缆连接，将末端降压柜及采样柜置于工作面附近，根据末端用电设备启动或工作的同时，获取末端电压和电流参数，来动态同步升降压，末端电压始终能够满足工作面需求，其效果犹如洞口的高压变压器，因而同样降压采样柜的供电半径达到800米，使用过程当中只需800米移动一次降压采样柜。针对支洞及三岔口排水水泵，可使用一台小型降压采样柜，同样满足使用。

针对更长隧道及现场用电状况极其恶劣的情况，采用如图所示的配置：

通过补偿柜将洞口电压升高至660V左右，来减小约3/4的线路损耗，在不增加电缆截面的情况下，提高电缆的载流量，洞内空压机及水泵同样可以设置一台降压采样柜。每掘进约800米移动一次降压采样柜，直到隧道贯通。

6、使用效果

6.1、电压满足：时时动态同步补偿末端电压，工作面电压始终满足用电需求；

6.2、电流满足：通过置于高压变压器旁的补偿柜升高一部分电压，适时减小线路电压降和线路损耗，使有限的电缆电线能够承受更大的负荷。一般的升压变压器（升压器），电压空载时满足，在负载启动时和启动后，电流加大导致线路电压降和损耗更大，出线恶性循环。

6.3、根据大量配套隧道经验可知， 使用动态同步增流增压补偿柜，在变压器不超载、电缆在国标185mm2的情况下，有效延长供电距离达到3000~3500米；在使用国标240平方铝心线的电网中，有效供电距离达到3500~5000米；在电网配置完善（如高压变压器按照规定使用60%的容量最佳，电缆使用国标240mm2电缆）情形下，补偿柜远距离供电能达到5000米~6000米。

7、了解到新产品改良情况：

7.1、新型补偿柜不再需要单独使用采样线，只要通过检测线路电流电压电阻，通过MCU微电脑综合分析运算，就能得知末端电压电流情况；

7.2、针对有支洞，然后分上下游的情况，或者双线公路隧道共用一台变压器的情况，前端无需分开配置补偿柜，不需要单独在支洞加动力电缆，只需一台大型补偿柜，后端加配降压采样柜即可；节省不必要的投资和线路故障；

7.3、针对隧洞灰尘大、空气湿度大、涌水大、电子零部件易受损的情况，采用封闭式设计，能够很好的克服隧洞、粉尘、潮湿、涌水等情形，减小设备故障，提高重复利用价值。

8、使用分析：

根据以上实践及施工经验得知，在隧道施工过程中，由隧道口变压器配电房馈出至工作面的低压线路，由于布置的不顺直、中间接头过多、电缆线径不达标、接头不合规等因素，会造成线路电压降过大；接头未焊接造成接头接触不良，针对此种情况，应使用国标电缆电线，减少接头，接头处应使用接头套管，并焊接，保证洞内线路形成整体，减少电流损失。

在隧道掘进超过800米时，使用低压补偿柜，末端降压采样柜约800米移动一次，降压采样柜体积小，重量轻，封闭式设计，耐腐蚀、耐潮湿、耐粉尘，移动使用方便。

9、结论

采用数控全自动型动态同步增流增压补偿柜供电技术，不仅能够达到预期的效果，保证工程顺利完工，且其效果优于传统高压进洞技术，安全、可靠、经济、重复使用性高，无论是技术角度还是工程效益，必将发挥极高的作用。

参考文献：1、《电工计算运用280例》，主编：广大千等，江苏科技出版社，2008.10

2、《变频器、PLC及组态软件实用技术速成教程》， 姚福来等编著，机械工业出版社