地铁盾构施工用电技术1 工程施工概况 广州市地铁4#线琶仑盾构区间工程由1组双单线隧道组成,隧道总长3830.625m单线延米,其中右线1914.2m,左线1916.425m,主体工程采用盾构施工,隧道内径为5.4m,沿线穿边如得到电子厂、黄埔涌、仑头海珠江水系、海珠区万亩果园、南环高速公路,地质情况较为复杂。2 主要设备选择及容量 隧道掘进主要选用进口造价较低的日本三菱士压平衡盾构机2台,每台三菱盾构机配置2台各1000kVA移动式变压器,左、右洞口各设2台功率为74kW的通风机通过风管往洞内送空气。地面根据施工需要布置用电功率为161.5kW的45t龙门吊2台,用电功率为57.5kW的15t龙门吊1台,用电功率为90kW砂浆搅拌机1台,用电功率为400kW的电瓶车充电设备1套,其它交往电瓶机、抽水设备等若干台。3 总体布置 按招标文件与施工承包合同业主在承包商的盾构施工场内提供10kV双电源的授电点及相关设备(2×2000kVA高压开关站和2×500kVA变压器)。施工场地布置后,若采用双电源移动式开关站,将增加进线柜、计量柜、转换柜等设备,同时增加移动开关站土建投资,预计多增加近百万元投资,根据工程特点、当地供电负荷状况,业主提出采用单电源移动式开关站并要求承包商提出相应用电保证措施。 承包商提出主要措施:(1)通过报纸、电话、上网等手段掌握本施工点所在地区用电供应负载情况,及时做好停电预报工作。(2)合理分配地面、洞内用电负荷,安排施工始发井承包商施工任务完成后移交的1台线路编号为赤沙F15的500kVA的变压器,供地面龙门吊、砂浆搅拌站用,新增加的线路编号为赤沙F22(500kVA+500kVA)移动式开关站作为左右线盾构机掘进和洞内通风、照明、抽水、电焊专用。(3)配置300kW自发电机1台,在线路停电后保证洞内通风、照明、抽水、电焊使用,并承担小负荷用电应急。(4)盾构机增加1台9m3螺杆式空压机,作为盾构机掘进时保压用(停电也可短暂工作)。4 电缆敷设 地面开关站由于高低压电缆数量出线较多,且地面上泥浆需及时清理,积水不易疏通,为保证检修方便、运行安全,高低压电缆分别设置电缆沟并采用单支架电缆沟敷设(见图1),电缆至井口则采用PVC管保护并用卡箍固定,在隧洞内,低压电缆布置在人行道一侧,高压电缆则在另一侧。自制圆钢弯钩固定在M24管片连接螺栓上,高低压电缆则在其上悬挂(见图2),低压电缆每200m一段通过低压配电箱连接。
5电缆及其附件选择5.1 盾构机电缆选择 每台盾构机有2个电缆转盘和2台1000kVA移动式变压器,由于随机配置进口电缆价格昂贵,用国产电缆代替,由于三菱盾构机采用的是3×35+3×10mm2的10kV高压软轴电缆,型号、规格、用途特殊,属专门订制的产品,根据国内电缆厂家的生产能力和价格,最终选择采用每卷为200m软轴矿用电缆(规格型号为UGEFP3×35+3×10mm2)作为盾构机电缆。5.2 进洞高压电缆选择 三菱盾构机与地面高压开关站的连接有2个:(1)每条隧洞分别用2条高压电缆机软轴与高压电缆连接,该方案简便易行,安全可靠,但费用较高。(2)采用1条70mm2高压电缆通过高压分支箱与盾构机电缆卷盘2条UGEFP高压电缆连接,该方案操作时较麻烦,但安全经济。根据技术经济条件论证,最终采用方案二,经过计算和日中专家校核并考虑施工方便,采用不带铠装的YJV3×70+1×35mm2交联电缆作为进洞高压电缆。5.3 高压分支箱选择 选择高压分支箱原则是首先能满足机上电缆与洞内电缆可靠安全连接,其次联络方式灵活,安装简单,免维护,防水防潮,全绝缘、全屏蔽、耐腐蚀,因此高压分支箱硅橡胶电缆附件采用的是德国产品,其具备以下优越性能:①高弹性硅橡胶与电缆芯绝缘过盈设计紧密结合,不会因电缆运行时热胀冷缩使内界面分离造成内爬电击穿。②体积小,重量轻,安装容易。③极佳的介电性能。④高抗爬电性和抗电弧性。⑤优良的憎水性及迁移性,在极污秽及海盐地区,具有抗闪烁性能。⑥在温差极大(-50℃~+200℃)的环境仍保持稳定的物理性和化学性。⑦长久的耐老化性。其肘型电缆接头额定电流为200A,采用拔插式结构,可以安装在T—Ⅱ型电缆接头的尾部,在肘型电缆接头的导电杠端部连接有灭弧头,可以带电拔插200A以下负荷电流,相当于负荷开关的功能,但不能切断短路电流。底座为环氧树脂三通插座。选用的高压分支箱体积小、重量轻。5.4 终端头、中间接头选择 户外地面开关站均选用过热缩型终端头和冷缩型终端头,从实际效果看,选用热缩型终端头技术可靠、经济合理。进洞高压电缆中间连接方式可选用以下3种:(1)采用热缩型中间接头。(2)采用冷缩型中间接头。(3)采用一进一出高压分支箱。从成本、安全、操作的角度综合考虑,最终采用热缩型中间接头。6 热缩型中间、终端接头及高压分支箱施工工艺及要点 (1)热缩型电缆中间接头制作流程:对直电缆→剥外护层及铠装→剥内护层及填充物→锯芯线→剥屏蔽层及半导层→固定应力管→套入管材→压接连接管→缠半导带→包绕填充胶→固定复合管→包绕密封防水胶→包绕半导电带→安装屏蔽网及地线→固定金属护套→固定密封护套管。 (2)热缩型电缆终端接头制作流程:剥外护层→剥铠装→剥内垫层→分芯线→焊接地线→包绕填充胶→固定指套→剥铜屏蔽层→固定应力管→压接端子→固定绝缘管→固定密封管及相色管→固定三孔防雨裙→固定单孔防雨裙→固定密封管→固定相色管。 (3)盾构地铁热缩型电缆中间、终端接头工艺要点:因盾构地铁进洞使用的高压交联电缆型号为YJV3×70+1×35mm2,无论安装中间、终端接头都要使35mm2的零线可靠地引出,开关站热缩型终端接头零线与开关站地线端子排连接,中间接头之间35mm2的零线要可靠地连接;对于高压交联电缆中间、终端接头的相线除按工艺流程制作之外,最关键之处在于剥半导电层时一定要彻底剥落并清理干净,防止通电时引起导电造成事故。 (4)高压分支箱施工工艺要点:严格按冷缩接头安装工艺要求施工;用电缆清洗纸将绝缘表面的碳粒擦净,清洁绝缘体表面,用半导带将连接管与绝缘口间的间隙缠平并在连接管上缠绕2层;将硅脂涂在外半导层与主绝缘交接处,然后再均匀涂在绝缘体表面;插头插入环氧树脂三通插座后,一定要左右旋转并用硅脂涂满三通插座确保铜导体间整个表面积,保证可靠接触。7 用电安全技术保证措施 建立健全施工现场临时用电管理组织机构,根据GB50194—93“建设工程施工现场供用电安全规范”制定用电管理措施,结合盾构机掘进工程的特点制定高压电缆头制作、洞内用电、高压试验等有针对性措施。7.1 高压电缆头的制作 高压电缆头包括电缆的中间与电缆终端接头,是电缆安全运行的薄弱环节,因此,加强对电缆头制作材料的选用和施工工艺的把关十分必要。一般规定: (1)电缆头的制作应由经过培训且技术熟练的人员担任。 (2)电缆头制作时应严格执行工艺规程。 (3)制作电缆头前应做好检查工作且符合下列要求: ①相位正确; ②所用绝缘材料符合要求; ③电缆头的配件齐全并符合要求。 (4)室外制作电缆头时,应在气候良好的条件下进行,并应有防止尘土和外来污染的措施。 (5)电缆头的外壳与该处电缆金属护套及铠装层均应良好接地。接地线应采用铜绞线或镀锡铜编织线,其截面不应小于表1的规定:7.2 洞内用电技术要点 由于洞内掘进段环境恶劣,为保证用电安全,需注意以下几点: (1)合理选择进洞高压电缆每段长度,根据高压交联电缆YJV3×70+1×35mm2的柔软度、管壁可悬挂的安全长度和整条隧洞长度,每段高压交联电缆向厂家订购时以500~800m为宜,既可减少中间接头数、保证高压用电安全,又不会造成高压电缆浪费。 (2)盾构掘进时机上电缆卷盘2条UGEFP高压电缆用尽后,应及时组织足够人力拖拉高压交联电缆,防止高压交联电缆外皮破损,整条高压电缆用尽后需新放一条高压交联电缆,可利用卷轴和管片车进行配合放线。 (3)隧洞内备足多级抽水设备,防止水淹带来安全事故;施工现场低压用电第三级配电箱内必须装设漏电保护器,其额定漏电动作电流应大于配电线路和用电设备总泄漏电流值的2倍以上。施工现场低压用电(包括隧洞内)应形成三级以上的漏电安全保护网。本工地施工现场总配电箱中,严格将动力用电和照明用电分开设置。动力用电和照明用电均装设总漏电保护器。在用电量较大时,动力用电可采用由零序电流互感器、漏电继电器和低压自动空气断路器或交流接触器组成的组合式漏电保护器;照明用电一般可采用开关式漏电保护器。本工地动力漏电保护器采用穿零线式接线方式。 第三级漏电保护,单台电动机、电焊机、照明等,采用63~15A漏电开关,额定动作电流为30mA,额定动作时间为0.1s。7.3 电缆试验 出于盾构施工安全的考虑,绝缘电力电缆、附件安装后电气试验应得到重视。电缆、电缆附件安装质量检测的主要手段是直流耐压试验,但耐压试验有其特定的局限性———对制造过程中带来及安装中存在的微小缺陷无法及时发现,这些缺陷都会在日后的运行中逐渐发展而威胁设备的安全运行,在交流试验中引入泄露电流试验、局部放电的测量将是以后的发展方向。 根据国家标准的规定和盾构工程的特点,绝缘电力电缆、附件安装后主要进行以下几项电气性能试验: ①绝缘电阻测定,用2500V摇表。 ②直流耐压试验,在35kV电压下保持15min,电缆应不被击穿。 ③直流泄露试验,在1.0U0(35kV)电压下保持15min,观察局部放电量应不大于20μA;此时不平衡系数不予考虑。 ④以上试验合格后,进行试验最后一项工作,即检查电缆线路的相位是否正确。8 结束语 以上总结的是三菱盾构机用电总体布置,广州盾构工地还有使用海瑞克、韦尔特盾构机,用电总体布置大同小异,海瑞克、韦尔特盾构机机上均使用1台1000kV变压器,因此不需要通过高压分支箱等来转换,为了保证洞内电缆用尽后换接电缆的时间最短,较多的施工单位使用TJB高压电缆快速接头,但无论用电方案怎样变化,始终要遵循安全、经济、适用、便捷的原则。参考文献:[1]中华人民共和国机械工业部.供配电系统设计规范(GB5002-95)[S].中国计划出版社.[2]建筑工程施工供电规范(GB50194-93)[S].中国计划出版社出版.[3]北京照明学会设计委员会.建筑电气设计实例图册[M].中国建筑工业出版社.[4]中华人民共和国能源部.电气装置安装工程电气设备交接试验标准(GB50151-91)[S].中国计划出版社.
5电缆及其附件选择5.1 盾构机电缆选择 每台盾构机有2个电缆转盘和2台1000kVA移动式变压器,由于随机配置进口电缆价格昂贵,用国产电缆代替,由于三菱盾构机采用的是3×35+3×10mm2的10kV高压软轴电缆,型号、规格、用途特殊,属专门订制的产品,根据国内电缆厂家的生产能力和价格,最终选择采用每卷为200m软轴矿用电缆(规格型号为UGEFP3×35+3×10mm2)作为盾构机电缆。5.2 进洞高压电缆选择 三菱盾构机与地面高压开关站的连接有2个:(1)每条隧洞分别用2条高压电缆机软轴与高压电缆连接,该方案简便易行,安全可靠,但费用较高。(2)采用1条70mm2高压电缆通过高压分支箱与盾构机电缆卷盘2条UGEFP高压电缆连接,该方案操作时较麻烦,但安全经济。根据技术经济条件论证,最终采用方案二,经过计算和日中专家校核并考虑施工方便,采用不带铠装的YJV3×70+1×35mm2交联电缆作为进洞高压电缆。5.3 高压分支箱选择 选择高压分支箱原则是首先能满足机上电缆与洞内电缆可靠安全连接,其次联络方式灵活,安装简单,免维护,防水防潮,全绝缘、全屏蔽、耐腐蚀,因此高压分支箱硅橡胶电缆附件采用的是德国产品,其具备以下优越性能:①高弹性硅橡胶与电缆芯绝缘过盈设计紧密结合,不会因电缆运行时热胀冷缩使内界面分离造成内爬电击穿。②体积小,重量轻,安装容易。③极佳的介电性能。④高抗爬电性和抗电弧性。⑤优良的憎水性及迁移性,在极污秽及海盐地区,具有抗闪烁性能。⑥在温差极大(-50℃~+200℃)的环境仍保持稳定的物理性和化学性。⑦长久的耐老化性。其肘型电缆接头额定电流为200A,采用拔插式结构,可以安装在T—Ⅱ型电缆接头的尾部,在肘型电缆接头的导电杠端部连接有灭弧头,可以带电拔插200A以下负荷电流,相当于负荷开关的功能,但不能切断短路电流。底座为环氧树脂三通插座。选用的高压分支箱体积小、重量轻。5.4 终端头、中间接头选择 户外地面开关站均选用过热缩型终端头和冷缩型终端头,从实际效果看,选用热缩型终端头技术可靠、经济合理。进洞高压电缆中间连接方式可选用以下3种:(1)采用热缩型中间接头。(2)采用冷缩型中间接头。(3)采用一进一出高压分支箱。从成本、安全、操作的角度综合考虑,最终采用热缩型中间接头。6 热缩型中间、终端接头及高压分支箱施工工艺及要点 (1)热缩型电缆中间接头制作流程:对直电缆→剥外护层及铠装→剥内护层及填充物→锯芯线→剥屏蔽层及半导层→固定应力管→套入管材→压接连接管→缠半导带→包绕填充胶→固定复合管→包绕密封防水胶→包绕半导电带→安装屏蔽网及地线→固定金属护套→固定密封护套管。 (2)热缩型电缆终端接头制作流程:剥外护层→剥铠装→剥内垫层→分芯线→焊接地线→包绕填充胶→固定指套→剥铜屏蔽层→固定应力管→压接端子→固定绝缘管→固定密封管及相色管→固定三孔防雨裙→固定单孔防雨裙→固定密封管→固定相色管。 (3)盾构地铁热缩型电缆中间、终端接头工艺要点:因盾构地铁进洞使用的高压交联电缆型号为YJV3×70+1×35mm2,无论安装中间、终端接头都要使35mm2的零线可靠地引出,开关站热缩型终端接头零线与开关站地线端子排连接,中间接头之间35mm2的零线要可靠地连接;对于高压交联电缆中间、终端接头的相线除按工艺流程制作之外,最关键之处在于剥半导电层时一定要彻底剥落并清理干净,防止通电时引起导电造成事故。 (4)高压分支箱施工工艺要点:严格按冷缩接头安装工艺要求施工;用电缆清洗纸将绝缘表面的碳粒擦净,清洁绝缘体表面,用半导带将连接管与绝缘口间的间隙缠平并在连接管上缠绕2层;将硅脂涂在外半导层与主绝缘交接处,然后再均匀涂在绝缘体表面;插头插入环氧树脂三通插座后,一定要左右旋转并用硅脂涂满三通插座确保铜导体间整个表面积,保证可靠接触。7 用电安全技术保证措施 建立健全施工现场临时用电管理组织机构,根据GB50194—93“建设工程施工现场供用电安全规范”制定用电管理措施,结合盾构机掘进工程的特点制定高压电缆头制作、洞内用电、高压试验等有针对性措施。7.1 高压电缆头的制作 高压电缆头包括电缆的中间与电缆终端接头,是电缆安全运行的薄弱环节,因此,加强对电缆头制作材料的选用和施工工艺的把关十分必要。一般规定: (1)电缆头的制作应由经过培训且技术熟练的人员担任。 (2)电缆头制作时应严格执行工艺规程。 (3)制作电缆头前应做好检查工作且符合下列要求: ①相位正确; ②所用绝缘材料符合要求; ③电缆头的配件齐全并符合要求。 (4)室外制作电缆头时,应在气候良好的条件下进行,并应有防止尘土和外来污染的措施。 (5)电缆头的外壳与该处电缆金属护套及铠装层均应良好接地。接地线应采用铜绞线或镀锡铜编织线,其截面不应小于表1的规定:7.2 洞内用电技术要点 由于洞内掘进段环境恶劣,为保证用电安全,需注意以下几点: (1)合理选择进洞高压电缆每段长度,根据高压交联电缆YJV3×70+1×35mm2的柔软度、管壁可悬挂的安全长度和整条隧洞长度,每段高压交联电缆向厂家订购时以500~800m为宜,既可减少中间接头数、保证高压用电安全,又不会造成高压电缆浪费。 (2)盾构掘进时机上电缆卷盘2条UGEFP高压电缆用尽后,应及时组织足够人力拖拉高压交联电缆,防止高压交联电缆外皮破损,整条高压电缆用尽后需新放一条高压交联电缆,可利用卷轴和管片车进行配合放线。 (3)隧洞内备足多级抽水设备,防止水淹带来安全事故;施工现场低压用电第三级配电箱内必须装设漏电保护器,其额定漏电动作电流应大于配电线路和用电设备总泄漏电流值的2倍以上。施工现场低压用电(包括隧洞内)应形成三级以上的漏电安全保护网。本工地施工现场总配电箱中,严格将动力用电和照明用电分开设置。动力用电和照明用电均装设总漏电保护器。在用电量较大时,动力用电可采用由零序电流互感器、漏电继电器和低压自动空气断路器或交流接触器组成的组合式漏电保护器;照明用电一般可采用开关式漏电保护器。本工地动力漏电保护器采用穿零线式接线方式。 第三级漏电保护,单台电动机、电焊机、照明等,采用63~15A漏电开关,额定动作电流为30mA,额定动作时间为0.1s。7.3 电缆试验 出于盾构施工安全的考虑,绝缘电力电缆、附件安装后电气试验应得到重视。电缆、电缆附件安装质量检测的主要手段是直流耐压试验,但耐压试验有其特定的局限性———对制造过程中带来及安装中存在的微小缺陷无法及时发现,这些缺陷都会在日后的运行中逐渐发展而威胁设备的安全运行,在交流试验中引入泄露电流试验、局部放电的测量将是以后的发展方向。 根据国家标准的规定和盾构工程的特点,绝缘电力电缆、附件安装后主要进行以下几项电气性能试验: ①绝缘电阻测定,用2500V摇表。 ②直流耐压试验,在35kV电压下保持15min,电缆应不被击穿。 ③直流泄露试验,在1.0U0(35kV)电压下保持15min,观察局部放电量应不大于20μA;此时不平衡系数不予考虑。 ④以上试验合格后,进行试验最后一项工作,即检查电缆线路的相位是否正确。8 结束语 以上总结的是三菱盾构机用电总体布置,广州盾构工地还有使用海瑞克、韦尔特盾构机,用电总体布置大同小异,海瑞克、韦尔特盾构机机上均使用1台1000kV变压器,因此不需要通过高压分支箱等来转换,为了保证洞内电缆用尽后换接电缆的时间最短,较多的施工单位使用TJB高压电缆快速接头,但无论用电方案怎样变化,始终要遵循安全、经济、适用、便捷的原则。参考文献:[1]中华人民共和国机械工业部.供配电系统设计规范(GB5002-95)[S].中国计划出版社.[2]建筑工程施工供电规范(GB50194-93)[S].中国计划出版社出版.[3]北京照明学会设计委员会.建筑电气设计实例图册[M].中国建筑工业出版社.[4]中华人民共和国能源部.电气装置安装工程电气设备交接试验标准(GB50151-91)[S].中国计划出版社.
