高速公路建设施工用电专线设置思考与分析

高速公路建设施工用电专线设置思考与分析

何开伟

中交二公局东萌工程有限公司 710119

摘要：近年来，随着高速公路建设水平的不断提升，以及工程建设精细化管理要求，施工用电专线设置成为对高速公路建设进度影响极为重要的先决条件，施工用电专线在设计、架设、管理过程中，需从多方面考虑比对分析，方可满足高速公路建设用电需求。

关键词：高速建设 施工用电 专线设置

0引言

现阶段高速公路建设过程中，以隧道施工为例，“三通一平”，通水、通电、通路（施工便道），施工场坪是先决条件。其中，施工便道、施工场坪，可依据现场地势地貌实际情况交叉施工完成，施工用水可采取接引水管或就地打井等方式获取。电力架设就近接入地方电网的（电网有富裕容量情况下)，则相对简单。但随着当前高速公路建设的高、新、特、难工程特点，意味着高速公路建设地区偏远、环境简陋，往往需要架设电力专线来保证施工用电，同时需要聘请有能力、有资质的电力施工企业来进行施工用电的专线架设工作。当前，电力专线架设的专业性、科学性、经济性受电力施工企业施工水平影响，水平不一，参差不齐。故在用电专线接入工作中，需多方考量比较，才能得到最优方案。

1用电专线接入方式

1.1地方电网接入

从安装速度、经济成本等方面考虑，地方电网接入是首选。但其存在不确定性。

1.1.1老电网富裕容量较小，单点1000KVA以下容量接入较易，如接入容量在同一电网线路，受限于电网容量，电力局不会予以审批。

1.1.2工程施工的黄金时间期和电网用电高峰段重合（夏季时段），会受限于电网调控及电网检修和其他不确定性，用电质量稳定性差。

1.2电力专线接入

架设电力专线，主要是因无法就近接入地方电网和高速公路建设报装容量的原因（报装容量为5000KVA-10000KVA以上）。

1.2.1如受限于地方电网容量，则可考虑部分容量接入地方电网，部分容量专线供电，减轻电力专线的负荷（下文讲述架空电缆对应的负荷），因电力专线的架设是以架空电缆的平方数报价，每档之间价差明显。此处需通盘考虑，可接入地方电网的用电点和电力专线用电点，以达到投入成本最小化。

比如，用电点a、b、c均可接入地方电网，且接入地方电网线路长度相差不大（线路投入成本差），电力专线走向从a到c,则我们可考虑采用方案为a点全部容量，b点部分容量使用电力专线供电，电力专线只供应至b用电点；b点剩余容量和c点全部容量接入地方电网。

1.2.2线路覆盖范围

电力专线的输送能力因电压等级而有距离限制的，并不能无限距离输送。10KV线路称为高压配电线路；35KV～220KV线路称为高压送电线路，330～500KV线路称为超高压送电线路。一般我们使用10KV和35KV即可基本满足需求。10KV线路输送规定距离15KM；35KV线路输送距离20-70KM。

序号	电网电压/KV	架空线路输送距离/KM
1	0.22	＜0.15
2	0.38	＜0.25
3	10	8-15
4	35	20-70
5	110	50-150
6	220	200-300

表1各电压线路的输送距离

2.实际电力专线线路长度选择比较分析

电力专线接入，专电专用，自主性强，灵活便利，在当前高速公路建设过程中，应用较为普遍，电力专线输送距离指线路起点至线路终点的实际线路长度。

2.1贵州省惠水罗甸高速公路第10合同段项目电力专线线路情况

贵州省惠水罗甸高速公路第10合同段项目电力专线架设长度将超过25公里，且线路末端用电容量合计5430KVA，如全程采用10KV配电线路，则线路末端用电压降将超规范标准，末端用电无法保证；最终采用方案为35KV线路架设至标段近中心位置，设置临时35KV变10KV变电站，从该变电站架设10KV线路至各用电点。

2.2贵州省都匀至安顺公路项目第T19合同段电力专线线路情况

贵州省都匀至安顺公路项目第T19合同段电力专线线路长度达到近20公里（实际中可达到的最远送电距离，钢芯铝导线俗称裸铝240mm²起点至终点架设，末端容量4530KVA），10KV线路满足需求。而相邻参建单位因10KV线路不能满足电力输送要求，只得采用临时35KV变10KV变电站，然后再10KV线路至各用电点的专线方案。10KV线路的最远输送距离为15KM,在理论上保证线路末端最优供电质量，即供电末端电压降在允许范围内（见后文架空导线选型电压降计算）。

2.3在15公里至20公里区间电力输送距离上，由于电网电压选择存在空档区间，10KV线路和35KV线路均可选择。但在实际情况中，因35KV线路建设时间、建设成本，相比10KV线路大幅上升。可把10KV线路输送距离延长，并对架空导线截面型号进行调整，进而满足现场用电需求，从而达到最优的建设成本投入。

3实际高压配电线路架空导线选型分析

电网线路设计时其架空导线的选择，是以容量、年最大负荷小时数和经济电流密度，三者综合考虑来计算架空导线的截面积，确定架空导线型号。在选型过程中，国标规范和相关设计规范都有明确要求。

3.1年最大负荷小时数

如果以Wa表示全年实际消耗的电能，则有Tmax=Wa/Pmax

一班制工厂，Tmax约为1500-2200小时；

二班制工厂，Tmax约为3000-4500小时；

三班制工厂，Tmax约为6000-7000小时；

高速公路建设Tmax约为1700-2000小时（大功率用电设备占比70%-90%),符合高速公路建设的实际工作时间7:00-18:30（隧道施工大功率设备，每天累计用电时间约为8-9小时）。

3.2.经济负荷电流

从经济方面综合考虑线路上电能损耗与线路（整体）投资，选择一个比较合理的导线截面，故在电力工程中引出线路“经济电流密度”的概念，导线的经济电流远小于它的安全允许电流。其主要控制的是线损，如线路实际负荷电流保持在经济负荷电流范围内，则线路线损接近极小值。计量装置安装在产权分界处，个人用户安装在房屋处，工业用电用户计量装置，一般安装在受电点（变压器处，这样导致线路损耗产生的电量，由电力局承担。用电专线的计量装置则安装在电力专线起点，线路损耗产生的电量，计量装置计入总用电量，由用电企业承担。所以“经济电流密度”是电力系统进行线路设计时必须重点考虑的成本因素。因我们施工用电的特点：短期使用（一般1-2年）且使用容量大，所以不宜采用经济电流密度来控制导线选型。我们重点考虑的是各用电点使用容量、线路长度（由此2项因素决定的各用电点电压降），来计算控制架空导线的截面积，以此确定架空导线型号。

用表2经济电流密度计算，240mm²铝芯电缆载流量，取铝芯电缆年最大负荷小时数3000小时。则240mm²铝芯电缆载流量=1.92*240=460.8A＜553A（表3）（裸铝电流610）。所以地方电网如该线路工业用户较少，以供应居民用电为主时，其电网富裕容量就较多。即增容后让电网运行在超“经济电流密度”，但小于最大允许载流量的线路电流下（一般情况下此电流差值即是可增容的容量），又因居民用电为电阻性负载，功率因素高达0.95，用电高峰期18:30-22:00，对应我工程施工企业错峰运行，我用电是短期行为所以较好操作。

表2经济电流密度 单位：A/mm²

序号	导线标称截面积/mm²	最大允许载流量/A
		铜导体	铝导体
1	25	174	134
2	35	211	164
3	50	255	198
4	70	320	219
5	95	393	304
6	120	454	352
7	150	520	403
8	185	600	465
9	240	712	553
10	300	824	639

表3常用架空绝缘导线最大允许载流量

3.3.线路电压降计算

表4 10kV三相架空线路单位负荷矩电压损失百分数（%/MW*KM)

电压降对架空导线的选型影响：假设用电容量为（表3）最大电流553A对应容量9578KVA，线路长度20KM，用电点均在线路末端，供电电压10Kv，用电设备均为三相异步电动机功率因数0.85,架空导线选用240mm²。计算如下：

9578KVA=0.9578MVA （单位换算：10000KVA=1MVA）

0.9578MVA*0.8=0.76624MW （视在功率*功率因素=有功功率）

（表4）240mm²导线0.8功率因素下，每MW每公里电压损失0.417%

20公里电压损失%=0.76624MW*20*0.417*%=6.39%

《全国供用电规则》规定正常情况下压降损失不得大于7%。上述计算所得6.39%满足规定要求。

末端高压实际电压为 10KV*（1-6.39%）=0.9361KV

实际使用中高压电压低于0.95KV时（电压降阀值5%），变压器低压侧用电情况已不理想，表现为大功率三相异步电动机启动困难、运行时电压降（低压电压）明显，特别是高负载动力设备，明显呈现功率输出不足现象。

上述计算是以最理想状态计算，如再考虑满负荷供电线缆温升影响、线缆接头桥接电阻影响、隔离刀闸和空气开关处接触电阻影响，以上累积值对线路电压降加剧（该计算选用的功率因素为0.8，实际现行三相异步电动机国标要求为0.85，考虑运行中实际工况特选用0.8计算）。所以在实际设计选择架空线缆截面时，不能设计让线缆满负荷使用，即预留0.9安全系数。计算中如我们将线路长度减小至15KM，其他条件不变。

15公里电压损失%=0.9578MW*15*0.417*%=4.79%

线路减小至15KM，则电压降小于5%，刚好满足阀值要求。这也反过来证明了，表1中10KV线路输送距离的规定值。故在设计施工用电线路时架空线路选型遵从以下原则：

3.3.1实际使用功率（有功功率）必须足额计算，如因投入设备不确定时尽量考虑放大。用有功功率反算报装容量；

3.3.2用报装容量计算线路分段负载电流，选定导线型号，如计算负载电流在两档之间，尽量靠近高一档电缆型号选型；

3.3.4用勘测线路长度和各段用电容量，和选定导线型号计算各用电点电压降，验算导线选型。主要考虑末端电压降是否超规定值，如不能满足时，调整各段架空导线型号满足电压降至规定值尽量靠近5%。

3.3.5同时使用系数，因工程施工特点尽量在选型时，使用系数1计算，当选型后计算线路为满载运行时，再使用同时使用系数0.9验算则可基本满足施工需求。

3.3.6一般情况下调整导线型号基本能满足电压损失；如架空线缆选型无调整空间时，为保证末端施工用电正常，可考虑使用9档变压器。

4结束语

综上所述，高速公路建设施工用电专线设置在工程建设过程中，关键作用明显，在后续发展中，随着机械化、自动化的投入加大，施工用电的重要性又将得到提升。笔者旨在通过比对分析高速公路建设过程中电力专线架设的做法和具体情况，进行比较分析，找寻不足，结合实际做法和累计经验对电力专线架设提出可行性建议和改进措施，从而实现合理控制成本，保证用电质量，保障工程进度的目的。

参考文献：

［1］方大千.实用输配电速查速算手册.化学工业出版社［M］.2013:146,173.

［2］王哲斐.10KV架空配电线路新型设计.中国电力出版社［M］.2015.

［3］胡安民.架空电力线路计算.中国水利水电出版社［M］.2014.

［4］濮贤成,唐述正,罗新,李家腾. 线损计算与管理. 中国电力出版社［M］. 2015.