城市轨道交通工程地铁施工长大区间供电方式论述

城市轨道交通工程地铁施工长大区间供电方式论述

黄亮

中铁一局集团新运工程有限公司

【摘要】：近年来，我国城市轨道交通发展迅速，运营规模、客运量、在建线路长度、规划线路长度均屡创历史新高。而地铁在城市轨道交通中占据非常大的份额，由于地铁迅猛的发展需要，地铁施工遇到长大区间施工的情况越发增多。地铁施工中一般正常情况下，单区间在2km以下的情况较多，此情况下，隧道内的铺轨设备的供电可采取普通的电缆供电方式;而当区间超过2km以后，由于压降原因，用正常的电缆供电方式无法满足设备运转需要（主要影响铺轨门吊正常运转）。为解决地铁施工长大区间（2km以上）安全供电问题，需要我们探寻新的供电方式，以满足施工需要。本文对城市地铁施工长大区间安全供电方式展开了较为深入的分析与论述。

【关键词】：轨道交通；地铁施工；长大区间；供电：

1.引言

正常2km以下区间供电方式：洞内施工总电源由各个车站引入洞内，按照国家标准《低压配电设计规范》GB50054-95的相关规定，参照现场用电设备的要求，电压损耗不得低于ε=3%～5%，所以区间电网必须由相邻车站厢变共同引入并布设半个区间，形成区间电网闭合（在每个车站的地面都有业主设置的大容量厢变），该临电设施随工程进展向施工方向推进。铺轨门吊采用铜芯3*50+2*25的动力电缆的情况下，由于电压降原因最多能达到1000m左右，也就是说区间双面供电的情况下最多能施工2000m的区间。因此，我们需要探寻新的安全、经济的供电方式，以满足施工生产需求。下面以南京三号线过江隧道(3.536km）施工为例进行论述。

2.工程简介

南京地铁3号线起自京沪普速铁路林场站附近，沿线经过江北浦口区，江南下关区、玄武区、白下区、秦淮区、雨花区和江宁区等重要片区，终点位于江宁区的秣周路站。线路自北向南依次贯穿市“一城三区”重点规划发展地区。北段服务跨江客流，南段为沟通南站、东山新市区与主城间的客流走廊，线路全长约44.87km，共设车站29座，车辆段、停车场各1处，列车运行最大速度为80km/h，其中过江隧道（柳州东路—上元门）区间长3.536km。

3.普通区间施工（2km以下区间）供电方式

从区间两头车站的厢变各引一路电源至总配电箱（计量箱），由总配电箱分配给二级配电箱引致区间中间里程，再由配电箱分配给若干开关箱，实行三级配电（电源→总配电箱→二级配电箱→开关箱），开关箱“一机一闸一漏一箱”制，确保供电安全可靠，供电方式采用三相五线制TN-S系统。具体布置见下图：

4.长大区间升压（2km以上区间）供电方式

目前长大区间铺轨施工可选择的方式有两种，一是普通传统的洞内发电机供电；另外一种是升压变压器供电方式。

4.1洞内发电机供电方式

4.1.1区间前1.0km范围施工，正常接电缆电源使用。

4.1.2超过1.0km以后采取洞内发电机（100kw以上)发电的供电方式。

4.1.3由于发电机发电会产生大量烟尘尾气，需要采取排烟措施（区间每隔200m设置两台隧道专用轴流式风机排烟），具体方案如下图：

4.2升压变压器供电方式

4.2.1区间前1.0km范围内施工，正常接电缆使用。

4.2.2区间1.0km-1.2km范围施工遇压降不够的情况下，在铺轨小吊上安装开启SB-30KVA AC380V、400V/AC430VA升压稳压器的方式施工。

4.2.3区间施工超过1.2km（小吊自带的升压稳压器不能解决压降大的问题时）在站台一级箱后增加SB-80KVA AC380、400V/450V（抽头式）干式升压变压器1台（尽量靠近隧道口设置）；一级配电箱电压低于AC400V时选择AC380V/450升压，高于AV400V时选择选择AC400V/450V升压；一级配电箱到二级配电箱（每隔100m设置1个）采用3*50+2*25铜芯电缆线（若新购电缆的话用3*70+2*25）；铺轨门吊上的电缆采取3*16+2*10铜芯电缆（长度在120米以内）；若施工接近中心里程时压降不能满足施工要求，就把小吊上自带的升压稳压器打开二次升压解决(最长可达到2km施工)。具体布置见下图：

此供电方式说明：

①一级配电箱电源电压必须保证：AC390V以上，铺轨门吊主机升降4.5kw电机必须交差启动。

②宜在站台二级配电箱后700米左右增加SB-80KVA AC380、400V/450V(带抽头）干式升压变压器1台（输入电压低于AC380V时选择AC360V/450V升压、输入电压低于AC400V时选择AC380V/450V升压，高于400V时选择AC400V/450V升压）

4.2.4压降计算与分析

线路短时最大压降（按常规负载正常工作，主机2台交差启动计算）

我们把线路分三段：土建一级箱至站台一级箱为第1段；站台一级箱至与铺轨门吊连接的二级箱为第2段；二级箱至铺轨门吊为第3段，R1、R2、R3分别代表其线路段的电阻。

U=R*I*1.732(其中U为电压降、R为线路电阻、I为电流）

U降=（R1+R2+R3）*Imax*1.732

=(0.0184*120/120+0.0184*1700/50+0.0184*120/16)*(32+9*7+9*3)*1.732

=165V

其中R=ρ *L/S(ρ为电阻率，铜的电阻率为0.0184欧*mm2/m,L为电缆长度，S为电缆载面积）

因两台铺轨小吊4台电机（功率4.5KW）采取的是交差启动方式，所以瞬间启动最大电流I_max=I₁+I₂+I₃=16*2+(4.5*2)*7+4.5*2*3=122A；其中I₁ 为作业面其它设备电流、I₂为瞬间启动的一台电机电流（瞬间启动电流为正常运行电流的7倍）、I₃为其它三台正在运行的电机电流。

在满足上述条件下，铺轨门吊启动时最低电压为AC290V左右可满足启动要求；且可把小吊上安装的SB-30KVA AC380V、400V/AC430VA变压器打开，正常工作时终端负载电压可保证为：AC380V±10％以内，亦可满足正常工作要求。

4.2.5安全注意事项

①本用电方式是把电压最高升到450V以后往过输送，这样线路前端的电压在450V一直往前递减，在线路前端不允许接承载电压小于450V的用电设备。

②施工前须由电工对旧电缆进行检查，破损严重的电缆严禁使用。

③电工在接电时，必须保证接线线头坚固，且注意线头包裹良好，注意自身安全，防止触电。

④必须保证每个配电箱接地措施良好，接线端牢固。

⑤必须保证施工时配电箱箱门良好，并且处于关闭状态，以防不小心触摸到电箱内。

⑥必须保证电工不间断地进行巡检并且做好检查记录。

⑦升压变压器须用透风的木框进行防护并张贴安全警示标识。

5. 洞内发电机供电方式与升压变压器供电方式对比分析

5.1安全性对比分析

5.1.1由于洞内发电机供电方式须采用自制平车进行安装固定并随着施工不不断往前进行运输，增加运输安全风险；

5.1.2洞内发电机供电方式需发电机不停地进行运转，会产生大量烟尘严重危害职工健康及环境，且在洞内密闭的条件下，容易至人昏迷甚至休克；

5.1.3洞内发电机方式须保持发电机一直在施工作业面最前方，导致施工作业空间狭小，影响施工作业安全。

5.2经济性对比分析

5.2.1发电机施工预算：

① 发电机供电施工需投入隧道通风设备单台风机预估价在0.5万元/台（须采取隧道专用轴流式风机）。

3536m/200m*2=36台*0.5=18万元

②100KW发电机购买投入：12万元

③发电机油耗：100KW发电机油耗20L/h,地铁施工日进度75m，也就是说大于1000m后每施工75m需投入:20L/h*24 h*6元/L=2880元，成本为38.4元/ m。

5.2.2升压变压器供电施工预算：

①升压变压器购置费：26800元/台。

②电费:每施工75m需耗电大概在100元，成本1.3元/m。

5.2.3效益预算：

①设备投入节约273200元。

②以后用升压变压器供电方式施工，每施工1米节约37.1元。

由上述对比分析可以看出无论是从安全性还是经济性出发，采用升压变压器供电的方式都优于洞内发电机供电的方式。

6.结束语

本文通过对南京地铁三号线轨道施工长大区间柳州东路-上元门区间供电方式的介绍，以及对长大区间施工两种供电方式的对比总结，希望能为今后城市轨道交通地铁铺轨施工遇到长大区间施工提供方案选择，带来帮助。

参考文献

[1]《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46-2005

[2]《低压配电设计规范》GB50054-95

[3]《建设工程施工现场供用电安全规范》GB50194-93

[4]《安装电工基本技术》