地鐵盾構施工用電技術1 工程施工概況 廣州市地鐵4#線琶侖盾構區間工程由1組雙單線隧道組成,隧道總長3830.625m單線延米,其中右線1914.2m,左線1916.425m,主體工程采用盾構施工,隧道內徑為5.4m,沿線穿邊如得到電子廠、黃埔涌、侖頭海珠江水系、海珠區萬畝果園、南環高速公路,地質情況較為復雜。2 主要設備選擇及容量 隧道掘進主要選用進口造價較低的日本三菱士壓平衡盾構機2臺,每臺三菱盾構機配置2臺各1000kVA移動式變壓器,左、右洞口各設2臺功率為74kW的通風機通過風管往洞內送空氣。地面根據施工需要布置用電功率為161.5kW的45t龍門吊2臺,用電功率為57.5kW的15t龍門吊1臺,用電功率為90kW砂漿攪拌機1臺,用電功率為400kW的電瓶車充電設備1套,其它交往電瓶機、抽水設備等若干臺。3 總體布置 按招標文件與施工承包合同業主在承包商的盾構施工場內提供10kV雙電源的授電點及相關設備(2×2000kVA高壓開關站和2×500kVA變壓器)。施工場地布置后,若采用雙電源移動式開關站,將增加進線柜、計量柜、轉換柜等設備,同時增加移動開關站土建投資,預計多增加近百萬元投資,根據工程特點、當地供電負荷狀況,業主提出采用單電源移動式開關站并要求承包商提出相應用電保證措施。 承包商提出主要措施:(1)通過報紙、電話、上網等手段掌握本施工點所在地區用電供應負載情況,及時做好停電預報工作。(2)合理分配地面、洞內用電負荷,安排施工始發井承包商施工任務完成后移交的1臺線路編號為赤沙F15的500kVA的變壓器,供地面龍門吊、砂漿攪拌站用,新增加的線路編號為赤沙F22(500kVA+500kVA)移動式開關站作為左右線盾構機掘進和洞內通風、照明、抽水、電焊專用。(3)配置300kW自發電機1臺,在線路停電后保證洞內通風、照明、抽水、電焊使用,并承擔小負荷用電應急。(4)盾構機增加1臺9m3螺桿式空壓機,作為盾構機掘進時保壓用(停電也可短暫工作)。4 電纜敷設 地面開關站由于高低壓電纜數量出線較多,且地面上泥漿需及時清理,積水不易疏通,為保證檢修方便、運行安全,高低壓電纜分別設置電纜溝并采用單支架電纜溝敷設(見圖1),電纜至井口則采用PVC管保護并用卡箍固定,在隧洞內,低壓電纜布置在人行道一側,高壓電纜則在另一側。自制圓鋼彎鉤固定在M24管片連接螺栓上,高低壓電纜則在其上懸掛(見圖2),低壓電纜每200m一段通過低壓配電箱連接。
5電纜及其附件選擇5.1 盾構機電纜選擇 每臺盾構機有2個電纜轉盤和2臺1000kVA移動式變壓器,由于隨機配置進口電纜價格昂貴,用國產電纜代替,由于三菱盾構機采用的是3×35+3×10mm2的10kV高壓軟軸電纜,型號、規格、用途特殊,屬專門訂制的產品,根據國內電纜廠家的生產能力和價格,最終選擇采用每卷為200m軟軸礦用電纜(規格型號為UGEFP3×35+3×10mm2)作為盾構機電纜。5.2 進洞高壓電纜選擇 三菱盾構機與地面高壓開關站的連接有2個:(1)每條隧洞分別用2條高壓電纜機軟軸與高壓電纜連接,該方案簡便易行,安全可靠,但費用較高。(2)采用1條70mm2高壓電纜通過高壓分支箱與盾構機電纜卷盤2條UGEFP高壓電纜連接,該方案操作時較麻煩,但安全經濟。根據技術經濟條件論證,最終采用方案二,經過計算和日中專家校核并考慮施工方便,采用不帶鎧裝的YJV3×70+1×35mm2交聯電纜作為進洞高壓電纜。5.3 高壓分支箱選擇 選擇高壓分支箱原則是首先能滿足機上電纜與洞內電纜可靠安全連接,其次聯絡方式靈活,安裝簡單,免維護,防水防潮,全絕緣、全屏蔽、耐腐蝕,因此高壓分支箱硅橡膠電纜附件采用的是德國產品,其具備以下優越性能:①高彈性硅橡膠與電纜芯絕緣過盈設計緊密結合,不會因電纜運行時熱脹冷縮使內界面分離造成內爬電擊穿。②體積小,重量輕,安裝容易。③極佳的介電性能。④高抗爬電性和抗電弧性。⑤優良的憎水性及遷移性,在極污穢及海鹽地區,具有抗閃爍性能。⑥在溫差極大(-50℃~+200℃)的環境仍保持穩定的物理性和化學性。⑦長久的耐老化性。其肘型電纜接頭額定電流為200A,采用拔插式結構,可以安裝在T—Ⅱ型電纜接頭的尾部,在肘型電纜接頭的導電杠端部連接有滅弧頭,可以帶電拔插200A以下負荷電流,相當于負荷開關的功能,但不能切斷短路電流。底座為環氧樹脂三通插座。選用的高壓分支箱體積小、重量輕。5.4 終端頭、中間接頭選擇 戶外地面開關站均選用過熱縮型終端頭和冷縮型終端頭,從實際效果看,選用熱縮型終端頭技術可靠、經濟合理。進洞高壓電纜中間連接方式可選用以下3種:(1)采用熱縮型中間接頭。(2)采用冷縮型中間接頭。(3)采用一進一出高壓分支箱。從成本、安全、操作的角度綜合考慮,最終采用熱縮型中間接頭。6 熱縮型中間、終端接頭及高壓分支箱施工工藝及要點 (1)熱縮型電纜中間接頭制作流程:對直電纜→剝外護層及鎧裝→剝內護層及填充物→鋸芯線→剝屏蔽層及半導層→固定應力管→套入管材→壓接連接管→纏半導帶→包繞填充膠→固定復合管→包繞密封防水膠→包繞半導電帶→安裝屏蔽網及地線→固定金屬護套→固定密封護套管。 (2)熱縮型電纜終端接頭制作流程:剝外護層→剝鎧裝→剝內墊層→分芯線→焊接地線→包繞填充膠→固定指套→剝銅屏蔽層→固定應力管→壓接端子→固定絕緣管→固定密封管及相色管→固定三孔防雨裙→固定單孔防雨裙→固定密封管→固定相色管。 (3)盾構地鐵熱縮型電纜中間、終端接頭工藝要點:因盾構地鐵進洞使用的高壓交聯電纜型號為YJV3×70+1×35mm2,無論安裝中間、終端接頭都要使35mm2的零線可靠地引出,開關站熱縮型終端接頭零線與開關站地線端子排連接,中間接頭之間35mm2的零線要可靠地連接;對于高壓交聯電纜中間、終端接頭的相線除按工藝流程制作之外,最關鍵之處在于剝半導電層時一定要徹底剝落并清理干凈,防止通電時引起導電造成事故。 (4)高壓分支箱施工工藝要點:嚴格按冷縮接頭安裝工藝要求施工;用電纜清洗紙將絕緣表面的碳粒擦凈,清潔絕緣體表面,用半導帶將連接管與絕緣口間的間隙纏平并在連接管上纏繞2層;將硅脂涂在外半導層與主絕緣交接處,然后再均勻涂在絕緣體表面;插頭插入環氧樹脂三通插座后,一定要左右旋轉并用硅脂涂滿三通插座確保銅導體間整個表面積,保證可靠接觸。7 用電安全技術保證措施 建立健全施工現場臨時用電管理組織機構,根據GB50194—93“建設工程施工現場供用電安全規范”制定用電管理措施,結合盾構機掘進工程的特點制定高壓電纜頭制作、洞內用電、高壓試驗等有針對性措施。7.1 高壓電纜頭的制作 高壓電纜頭包括電纜的中間與電纜終端接頭,是電纜安全運行的薄弱環節,因此,加強對電纜頭制作材料的選用和施工工藝的把關十分必要。一般規定: (1)電纜頭的制作應由經過培訓且技術熟練的人員擔任。 (2)電纜頭制作時應嚴格執行工藝規程。 (3)制作電纜頭前應做好檢查工作且符合下列要求: ①相位正確; ②所用絕緣材料符合要求; ③電纜頭的配件齊全并符合要求。 (4)室外制作電纜頭時,應在氣候良好的條件下進行,并應有防止塵土和外來污染的措施。 (5)電纜頭的外殼與該處電纜金屬護套及鎧裝層均應良好接地。接地線應采用銅絞線或鍍錫銅編織線,其截面不應小于表1的規定:7.2 洞內用電技術要點 由于洞內掘進段環境惡劣,為保證用電安全,需注意以下幾點: (1)合理選擇進洞高壓電纜每段長度,根據高壓交聯電纜YJV3×70+1×35mm2的柔軟度、管壁可懸掛的安全長度和整條隧洞長度,每段高壓交聯電纜向廠家訂購時以500~800m為宜,既可減少中間接頭數、保證高壓用電安全,又不會造成高壓電纜浪費。 (2)盾構掘進時機上電纜卷盤2條UGEFP高壓電纜用盡后,應及時組織足夠人力拖拉高壓交聯電纜,防止高壓交聯電纜外皮破損,整條高壓電纜用盡后需新放一條高壓交聯電纜,可利用卷軸和管片車進行配合放線。 (3)隧洞內備足多級抽水設備,防止水淹帶來安全事故;施工現場低壓用電第三級配電箱內必須裝設漏電保護器,其額定漏電動作電流應大于配電線路和用電設備總泄漏電流值的2倍以上。施工現場低壓用電(包括隧洞內)應形成三級以上的漏電安全保護網。本工地施工現場總配電箱中,嚴格將動力用電和照明用電分開設置。動力用電和照明用電均裝設總漏電保護器。在用電量較大時,動力用電可采用由零序電流互感器、漏電繼電器和低壓自動空氣斷路器或交流接觸器組成的組合式漏電保護器;照明用電一般可采用開關式漏電保護器。本工地動力漏電保護器采用穿零線式接線方式。 第三級漏電保護,單臺電動機、電焊機、照明等,采用63~15A漏電開關,額定動作電流為30mA,額定動作時間為0.1s。7.3 電纜試驗 出于盾構施工安全的考慮,絕緣電力電纜、附件安裝后電氣試驗應得到重視。電纜、電纜附件安裝質量檢測的主要手段是直流耐壓試驗,但耐壓試驗有其特定的局限性———對制造過程中帶來及安裝中存在的微小缺陷無法及時發現,這些缺陷都會在日后的運行中逐漸發展而威脅設備的安全運行,在交流試驗中引入泄露電流試驗、局部放電的測量將是以后的發展方向。 根據國家標準的規定和盾構工程的特點,絕緣電力電纜、附件安裝后主要進行以下幾項電氣性能試驗: ①絕緣電阻測定,用2500V搖表。 ②直流耐壓試驗,在35kV電壓下保持15min,電纜應不被擊穿。 ③直流泄露試驗,在1.0U0(35kV)電壓下保持15min,觀察局部放電量應不大于20μA;此時不平衡系數不予考慮。 ④以上試驗合格后,進行試驗最后一項工作,即檢查電纜線路的相位是否正確。8 結束語 以上總結的是三菱盾構機用電總體布置,廣州盾構工地還有使用海瑞克、韋爾特盾構機,用電總體布置大同小異,海瑞克、韋爾特盾構機機上均使用1臺1000kV變壓器,因此不需要通過高壓分支箱等來轉換,為了保證洞內電纜用盡后換接電纜的時間最短,較多的施工單位使用TJB高壓電纜快速接頭,但無論用電方案怎樣變化,始終要遵循安全、經濟、適用、便捷的原則。參考文獻:[1]中華人民共和國機械工業部.供配電系統設計規范(GB5002-95)[S].中國計劃出版社.[2]建筑工程施工供電規范(GB50194-93)[S].中國計劃出版社出版.[3]北京照明學會設計委員會.建筑電氣設計實例圖冊[M].中國建筑工業出版社.[4]中華人民共和國能源部.電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準(GB50151-91)[S].中國計劃出版社.
5電纜及其附件選擇5.1 盾構機電纜選擇 每臺盾構機有2個電纜轉盤和2臺1000kVA移動式變壓器,由于隨機配置進口電纜價格昂貴,用國產電纜代替,由于三菱盾構機采用的是3×35+3×10mm2的10kV高壓軟軸電纜,型號、規格、用途特殊,屬專門訂制的產品,根據國內電纜廠家的生產能力和價格,最終選擇采用每卷為200m軟軸礦用電纜(規格型號為UGEFP3×35+3×10mm2)作為盾構機電纜。5.2 進洞高壓電纜選擇 三菱盾構機與地面高壓開關站的連接有2個:(1)每條隧洞分別用2條高壓電纜機軟軸與高壓電纜連接,該方案簡便易行,安全可靠,但費用較高。(2)采用1條70mm2高壓電纜通過高壓分支箱與盾構機電纜卷盤2條UGEFP高壓電纜連接,該方案操作時較麻煩,但安全經濟。根據技術經濟條件論證,最終采用方案二,經過計算和日中專家校核并考慮施工方便,采用不帶鎧裝的YJV3×70+1×35mm2交聯電纜作為進洞高壓電纜。5.3 高壓分支箱選擇 選擇高壓分支箱原則是首先能滿足機上電纜與洞內電纜可靠安全連接,其次聯絡方式靈活,安裝簡單,免維護,防水防潮,全絕緣、全屏蔽、耐腐蝕,因此高壓分支箱硅橡膠電纜附件采用的是德國產品,其具備以下優越性能:①高彈性硅橡膠與電纜芯絕緣過盈設計緊密結合,不會因電纜運行時熱脹冷縮使內界面分離造成內爬電擊穿。②體積小,重量輕,安裝容易。③極佳的介電性能。④高抗爬電性和抗電弧性。⑤優良的憎水性及遷移性,在極污穢及海鹽地區,具有抗閃爍性能。⑥在溫差極大(-50℃~+200℃)的環境仍保持穩定的物理性和化學性。⑦長久的耐老化性。其肘型電纜接頭額定電流為200A,采用拔插式結構,可以安裝在T—Ⅱ型電纜接頭的尾部,在肘型電纜接頭的導電杠端部連接有滅弧頭,可以帶電拔插200A以下負荷電流,相當于負荷開關的功能,但不能切斷短路電流。底座為環氧樹脂三通插座。選用的高壓分支箱體積小、重量輕。5.4 終端頭、中間接頭選擇 戶外地面開關站均選用過熱縮型終端頭和冷縮型終端頭,從實際效果看,選用熱縮型終端頭技術可靠、經濟合理。進洞高壓電纜中間連接方式可選用以下3種:(1)采用熱縮型中間接頭。(2)采用冷縮型中間接頭。(3)采用一進一出高壓分支箱。從成本、安全、操作的角度綜合考慮,最終采用熱縮型中間接頭。6 熱縮型中間、終端接頭及高壓分支箱施工工藝及要點 (1)熱縮型電纜中間接頭制作流程:對直電纜→剝外護層及鎧裝→剝內護層及填充物→鋸芯線→剝屏蔽層及半導層→固定應力管→套入管材→壓接連接管→纏半導帶→包繞填充膠→固定復合管→包繞密封防水膠→包繞半導電帶→安裝屏蔽網及地線→固定金屬護套→固定密封護套管。 (2)熱縮型電纜終端接頭制作流程:剝外護層→剝鎧裝→剝內墊層→分芯線→焊接地線→包繞填充膠→固定指套→剝銅屏蔽層→固定應力管→壓接端子→固定絕緣管→固定密封管及相色管→固定三孔防雨裙→固定單孔防雨裙→固定密封管→固定相色管。 (3)盾構地鐵熱縮型電纜中間、終端接頭工藝要點:因盾構地鐵進洞使用的高壓交聯電纜型號為YJV3×70+1×35mm2,無論安裝中間、終端接頭都要使35mm2的零線可靠地引出,開關站熱縮型終端接頭零線與開關站地線端子排連接,中間接頭之間35mm2的零線要可靠地連接;對于高壓交聯電纜中間、終端接頭的相線除按工藝流程制作之外,最關鍵之處在于剝半導電層時一定要徹底剝落并清理干凈,防止通電時引起導電造成事故。 (4)高壓分支箱施工工藝要點:嚴格按冷縮接頭安裝工藝要求施工;用電纜清洗紙將絕緣表面的碳粒擦凈,清潔絕緣體表面,用半導帶將連接管與絕緣口間的間隙纏平并在連接管上纏繞2層;將硅脂涂在外半導層與主絕緣交接處,然后再均勻涂在絕緣體表面;插頭插入環氧樹脂三通插座后,一定要左右旋轉并用硅脂涂滿三通插座確保銅導體間整個表面積,保證可靠接觸。7 用電安全技術保證措施 建立健全施工現場臨時用電管理組織機構,根據GB50194—93“建設工程施工現場供用電安全規范”制定用電管理措施,結合盾構機掘進工程的特點制定高壓電纜頭制作、洞內用電、高壓試驗等有針對性措施。7.1 高壓電纜頭的制作 高壓電纜頭包括電纜的中間與電纜終端接頭,是電纜安全運行的薄弱環節,因此,加強對電纜頭制作材料的選用和施工工藝的把關十分必要。一般規定: (1)電纜頭的制作應由經過培訓且技術熟練的人員擔任。 (2)電纜頭制作時應嚴格執行工藝規程。 (3)制作電纜頭前應做好檢查工作且符合下列要求: ①相位正確; ②所用絕緣材料符合要求; ③電纜頭的配件齊全并符合要求。 (4)室外制作電纜頭時,應在氣候良好的條件下進行,并應有防止塵土和外來污染的措施。 (5)電纜頭的外殼與該處電纜金屬護套及鎧裝層均應良好接地。接地線應采用銅絞線或鍍錫銅編織線,其截面不應小于表1的規定:7.2 洞內用電技術要點 由于洞內掘進段環境惡劣,為保證用電安全,需注意以下幾點: (1)合理選擇進洞高壓電纜每段長度,根據高壓交聯電纜YJV3×70+1×35mm2的柔軟度、管壁可懸掛的安全長度和整條隧洞長度,每段高壓交聯電纜向廠家訂購時以500~800m為宜,既可減少中間接頭數、保證高壓用電安全,又不會造成高壓電纜浪費。 (2)盾構掘進時機上電纜卷盤2條UGEFP高壓電纜用盡后,應及時組織足夠人力拖拉高壓交聯電纜,防止高壓交聯電纜外皮破損,整條高壓電纜用盡后需新放一條高壓交聯電纜,可利用卷軸和管片車進行配合放線。 (3)隧洞內備足多級抽水設備,防止水淹帶來安全事故;施工現場低壓用電第三級配電箱內必須裝設漏電保護器,其額定漏電動作電流應大于配電線路和用電設備總泄漏電流值的2倍以上。施工現場低壓用電(包括隧洞內)應形成三級以上的漏電安全保護網。本工地施工現場總配電箱中,嚴格將動力用電和照明用電分開設置。動力用電和照明用電均裝設總漏電保護器。在用電量較大時,動力用電可采用由零序電流互感器、漏電繼電器和低壓自動空氣斷路器或交流接觸器組成的組合式漏電保護器;照明用電一般可采用開關式漏電保護器。本工地動力漏電保護器采用穿零線式接線方式。 第三級漏電保護,單臺電動機、電焊機、照明等,采用63~15A漏電開關,額定動作電流為30mA,額定動作時間為0.1s。7.3 電纜試驗 出于盾構施工安全的考慮,絕緣電力電纜、附件安裝后電氣試驗應得到重視。電纜、電纜附件安裝質量檢測的主要手段是直流耐壓試驗,但耐壓試驗有其特定的局限性———對制造過程中帶來及安裝中存在的微小缺陷無法及時發現,這些缺陷都會在日后的運行中逐漸發展而威脅設備的安全運行,在交流試驗中引入泄露電流試驗、局部放電的測量將是以后的發展方向。 根據國家標準的規定和盾構工程的特點,絕緣電力電纜、附件安裝后主要進行以下幾項電氣性能試驗: ①絕緣電阻測定,用2500V搖表。 ②直流耐壓試驗,在35kV電壓下保持15min,電纜應不被擊穿。 ③直流泄露試驗,在1.0U0(35kV)電壓下保持15min,觀察局部放電量應不大于20μA;此時不平衡系數不予考慮。 ④以上試驗合格后,進行試驗最后一項工作,即檢查電纜線路的相位是否正確。8 結束語 以上總結的是三菱盾構機用電總體布置,廣州盾構工地還有使用海瑞克、韋爾特盾構機,用電總體布置大同小異,海瑞克、韋爾特盾構機機上均使用1臺1000kV變壓器,因此不需要通過高壓分支箱等來轉換,為了保證洞內電纜用盡后換接電纜的時間最短,較多的施工單位使用TJB高壓電纜快速接頭,但無論用電方案怎樣變化,始終要遵循安全、經濟、適用、便捷的原則。參考文獻:[1]中華人民共和國機械工業部.供配電系統設計規范(GB5002-95)[S].中國計劃出版社.[2]建筑工程施工供電規范(GB50194-93)[S].中國計劃出版社出版.[3]北京照明學會設計委員會.建筑電氣設計實例圖冊[M].中國建筑工業出版社.[4]中華人民共和國能源部.電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準(GB50151-91)[S].中國計劃出版社.