浅谈工程施工临时供配电方案的合理化选择

中铁二十局集团电气化工程有限公司 陈延兵

随着国家十四五规划的开局，国家对基建领域投资比例也在逐步提升，基础设施发展建设也迎来了完善时期。工程建设中施工用电是很重要的环节，尤其是桥隧比重大的山区工程，由于其用电涉及面广，变化因素多，更需要安全稳定的供电设施来保证施工用电的连续性，合理的组织用电既能提高生产效率，又能节省电力资源，为业主、施工企业节约投资及用电成本，真正的做到创效的双赢局面。在总结工作经验的基础上，针对施工临时用电的设计思路进行梳理，充分进行方案的比选，达到技术经济的合理性。

1 工程概况

石柱至黔江高速公路是《重庆市高速公路网规划》（2013～2030年）“三环十二射七联线”中三联线，是国家高速公路G5515张南高速的一段，项目整体为PPP 模式。设计速度为80km/h,桥涵设计荷载公路一级，路线总长83.180公里。本标段为项目II 标段，起于三义隧道中段（K40+110），止与黔江西册山互通，线路长度42.9km，分属于彭水县及黔江区管辖，总工期48个月，主要施工内容为桥梁工程、隧道工程、路面工程、交安工程、绿化工程、机电工程及其它附属工程，全线施工用电存在点多、面广、时间紧、用电量大的特点。

2 临时供电作用及组成

临时供电主要作用是为项目施工生产提供临时电力供应，以满足现场生活、施工的需要，保障现场施工生产的有序推进，完成业主单位的既定工期和进度目标。它主要由线路部分、变压器部分、配电柜三部分组成，其中线路是将变、配电所与各电能用户或用电设备联接起来，由电源端（变、配电所）向负荷端（电能用户或用电设备）输送和分配电能的导体回路；变压器是一种交换电压电流和阻抗的电器，通过电磁感应原理来改变交流电的电压，满足现场的施工的安全用电；配电柜是进行电力分配，将经过变压器的电压分配到各个用电单元，用于低压配电系统中动力、照明配电之用。

3 方案优化的必要性

该工程地处山区丘陵地带，交通运输困难、地质条件复杂、树林茂密、雨水较多，电力施工难度大、工期长、成本高，科学合理的方案优化，有利于缩短建设工期，提高供电质量，避免重复投资浪费以及降低施工用电成本。

4 临时供电的前期规划与设计

4.1 变压器的数量及负荷

根据各施工分部需求计划，全线前期临电涉及隧道、桥梁、梁场、项目驻地、拌合站、碎石场、钢筋加工场、收费站等用电点位共计56处，主要以生活用电、机械设备、施工照明用电为主，共计上报变压器56台，总容量33545kVA；后期设计规划正式用电点位27处，主要以通风、照明、收费、通信监控设备及生活用电为主，共计需要变压器27台，总容量7375kVA。详情见表1。

表1 变压器容量统计表

4.2 临时供电方案

项目施工跨越彭水县、黔江区两个行政管理区域，其中彭水段16.4km，黔江段26.5km。由于涉及跨区域供电，初步设计方案采取由临近国网变电站出线，架设10kV 临电线路，进行分段供电，线路技术标准根据国网相关要求，采用架空绝缘线（JKLGYJ），最小标称截面不得低于120mm2。

图1 临时供电方案

4.3 供配电设备方案

根据国网供电设计标准，要求各供电点增设框架结构式变配电房1座，并配备相关的安全防护设施。配电柜采用MNS 型固定式低压配电柜，其开关采用插拔式（后出线），均采用下进线下出线的方式，现场设置进线柜1台，计量柜1台，无功补偿柜1台，馈电柜1台，具体数量以现场实际实施为主。

5 方案优化的关键点

进行现场查勘，掌握当地供电公司要求及相关行业标准，从施工的时间性和用电特殊性进行沟通协调，确保设计标准与用电客户相适宜，为后期优化设计创造先决条件；

加快对高能耗变压器淘汰和更换，充分考虑项目施工的先后顺序和同时性，对现场各用电设备数量进行准确统计，确定用电负荷，为后期设备选型提供准确的基础数据，使之有科学的理论支持；

结合施工设计图纸，充分考虑后期永久运营的用电使用，在确保科学的前提下进行分析与研究，确定线路方案的变更是否会对前期施工及后期运营的整体成本造成增加，合理的优化线路路径，提高线路质量，将前期临时用电和后期正式运营有机的相结合，避免重复投入降低造价；

根据行业施工现状，转变思维，与时俱进，从实际情况出发，结合相关技术规范及以往高速供电的类似经验，利用行业内新技术、新方法，用事实作为依据，以此来取代传统的供电模式。

6 优化措施及实施方案

6.1 着重分析施工用电特点，科学计算并合理确定用电容量

工地临时供电包括施工及照明用电两个方面，变压器的合理选择，不仅可以避免变压器轻载、空载、过载等现象，也可以降低施工用电成本，提高变压器的利用率。因为电网中的配电变压器在运行过程中有两个损耗[1]，一个是铁损（铁损和激磁功率损耗，也叫固定损耗或空载损耗），一个是铜损（也叫可变损耗）。而10kV 及以下的配电网络，变压器的空载损耗（一般指铁损，这个铁损都要认为是固定的，所以也叫固定损耗。它与通过设备的电流或功率大小没有关系，不会随着负荷的大小而变化）约占总损耗的40%～80%，甚至更高，因为小容量变压器空载电流较大，同时它的负荷又较低。

根据现场现场用电设备种类、数量、负荷性质进行分析和计算，确定用电量、变压器选择标准。

6.1.1 用电量计算

P=η（K1∑P1/cosφ + K2∑P2+ K3∑P3+K4∑P4）

其中η—用电不均衡系数，取值1.1；P—计算用电量(kW)，即供电设备总需要容量；ΣP1—全部电动机额定用电量之和；ΣP2—电焊机额定用电量之和；ΣP3—室内照明设备额定用电量之和；ΣP4—室外照明设备额定用电量之和；K1—全部动力用电设备同时使用系数，总数10台以内取0.75，10～30台以内取0.7，30台以上取0.6；K2—电焊机同时使用系数，取0.6；K3—室内照明设备同时使用系数，取0.8；K4—室外照明设备同时使用系数，取1.0；cosφ—用电设备功率因数，取0.75。

综合考虑施工用电约占总用电量90%，室内外照明用电约占总用电量10%，则：

P=1.24K1∑PC6.1.2 变压器容量计算[2]

计算公式：

Po=1.05P/cos￠=1.4P

式中，Po为变压器容量（kVA）；1.05为功率损失系数；cos￠为用电设备功率因素，一般取0.75。

根据上述计算方法，对现场施工用电点及负荷进行统计分析，通过合并用电负荷，调整施工顺序等措施，减少变压器数量及容量，确定最终统计表（表2）。

表2 变压器容量统计表

6.2 科学规划、采用“永临结合”供电方式

由于施工现场位于山区，隧道桥梁居多，大长隧道及隧道群主要集中在本标段的头、尾两端，根据用电需求分析，结合地方电网现状及用电需求，10kV 临电线路参考原设计方案由彭水、黔江相应变电站出线，科学优化路径，彭水端为单线供电，黔江端出线前端更改为线路同杆架设，后端为双线两侧分别供电。因现场各施工点的存在先后开工顺序，设备同时系数前期施工按0.3-0.35考虑，后期运营按0.85-0.9分别考虑，功率因数取0.85，根据三相负载电流计算公式

I=P/(1.732×U×cosφ)

式中，P 为用电功率（kW）；U 为电源电压（kV），cosφ 为功率因数。可得结果见表3。

由表3计算结果，参考表4对照可得，彭水段采用LGJ-70导线、黔江段采用LGJ-50导线即可满足前期临电和后期正式运营的有效结合，但考虑到现场黔江段供电半径较长，线路末端会存在电压不足情况，为保障供电质量的稳定可靠，将线路整体技术标准进行统一，黔江段线径由LGJ-50导线升级为LGJ-70导线，即满足供电公司技术标准，又提高了线路供电质量，节约了施工成本。

表3 负载电流统计表

表4 钢芯铝绞线最大负荷参数表[3]

6.3 丰富的施工经验与先进技术互相融合

根据初步设计及地方供电公司要求，现场经过查勘后，由于此施工为临时设施用电，结合以往路段上的相关施工经验及电力设备的快速发展，同供电公司积极沟通，在满足安全可靠的前提下，利用行业内新的供电集成柜体积小、成本低、便于运输安装的优点，取代传统的低压配电柜占地面积大、造价成本高、接线复杂的缺点。以项目2#拌合站为例，将现场配电房及4台低压柜取消，更改为1台户外综合低压配电柜（图2）和台墩式配变变台（图3）。

图2 低压综合配电箱系统接线及布置图

图3 台墩式配变变台平面图

7 实践结果统计与分析

7.1 成本统计

通过工程实践，科学、合理的方案选择能有效节约建设工期、降低施工成本。工期及成本分析数据见表5。

表5 工期及成本分析表

7.2 结果分析

通过合并、减少变压器容量及数量，并未影响现场施工用电的正常运营，相反其更加的科学化，不仅降低了变压器后期用电的负载和空载，减少了电力资源的无味损耗，也节约了施工单位的用电成本。

电力线路永临结合，虽然对前期的临电施工成本有所增建，但对后期的正式运营却节约了建设重复投资，整体节约成本336.47万元。且前期线路施工质量的提高对整体的施工用电的稳定性、安全性、可靠性产生有利影响，减少线路故障及检修带来的自发电损失。

配电设备的优化既满足了施工用电的安全、可靠供应，也降低了临电成本的投入，节约成本近346.33万元，缓解了前期资金压力，使施工资金更好的用于施工基础设施建设，为后期的全面开工，做好了扎实的基础。

临时供配电方案的科学化、合理性在石黔高速工程实践中发挥了至关重要的作用，项目在工期、成本、节能减排方面均获利明显。科学合理的方案实施不仅一种先进建设管理理念的落实，也是施工企业降本增效的核心内容，其核心意义在于践行全寿命周期管理思路，提高工程项目科学性、经济性、环保型和安全性。伴随着国家投资政策的调整及十四五发展的良好契机，PPP 投融资类项目将会逐年增加，施工企业不仅要参与施工，更要参与到建设、管理当中，所以提前做好项目前期施工的科学策划，将会有效降低施工成本，创造更好的企业效益，为企业的良性发展，提供更好的生存、发展坏境，使其在科学发展的可持续道路上走的越来越远。