大功率自动补偿式稳压器在隧道施工中的应用

陈梅桂

摘要：结合西康铁路增二线隧道施工实践，介绍SBW大功率自动补偿式稳压器在隧道施工动力供电线路中的使用和效果，计算线路末端负荷的电压损失，对隧道施工动力供电线路设计有较好的借鉴作用。

关键词：大功率自动补偿式稳压器 电压损失

中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：

1 引言

随着施工生产能力和效率的提高，隧道单口掘进的长度不断提高，隧道单口掘进达到1.5km以上的情况频频出现。隧道内混凝土施工设备因供电线路距离增加，电压损失快速增加，电压大量下降，造成混凝土施工设备，如输送泵，无法正常使用，甚至无法起动，严重影响设备的正常运转，影响施工生产正常进行。结合西康铁路增二线隧道施工中SBW大功率自动补偿式稳压器的使用，介绍一种非“高压进洞”方式解决线路电压损失的方法。

2 工程简介

西康铁路增二线新马房子河隧道长1345m，因进出口地形限制，隧道设置一处横洞，距离进口1255m，距离出口90m。横洞长50m，横洞口变压器距离横洞口距离约100m。

3 动力供电线路方案设计

根据《电工计算应用280例》，估算负荷在末端的线路电压损失ΔU％的公式如下：

ΔU％= P×L ／（C×S）（公式1）

其中：P—负荷功率（kw）

L—导线长度（m）

S—导线截面（mm2），

C—电压损失计算系数，三相四线，铜芯导线，C=70，铝芯导线，C=41.6。

3.1 方案一

采用增大线径，使线路末端的混凝土生产设备输入电压在设备最低工作电压以上，保证生产设备正常运转。

输送泵主电机功率75kw，考虑照明和其他生产设备，电压损失计算取值如下：P=80kw，L=1400m，允许ΔU％=10，C=41.6。由公式1换算得：

S= P×L ／（C×ΔU％）=(80×1400) ／(41.6×10)=270mm2（公式2）

选用240mm2导线，240mm2导线市场价格约16元/m，按此价格计算三相动力导线费用67200元。

3.2 方案二

采用高压电缆进洞方案，洞内安装变压器，容量125KVA，380V动力供电线路采用150mm2铝芯导线，布线长度L=1400m。变压器布置于距横洞口650m处，距离电网变压器800m。150mm2铝芯导线费用：45000元，高压电缆费用： 64000元，变压器：25000元，增容费：25000元，安装及拆除费20000元，合计：179000元。

3.3 方案三

采用120mm2铝芯导线，增设1台SBW-180KVA大功率自动补偿式稳压器。

3.3.1 SBW三相大功率自动补偿式稳压器工作原理和特点简介

SBW稳压器是引进国外先进技术，结合电网电压波动大的特点而设计的。不论是电网电压波动或负载变化引起的电压波动稳压器均能保证供电电压的稳定，广泛适用于工业、交通、邮电、军事、科研等领域的大型机电设备。

SBW稳压器是由变压器T1、补偿变压器T2、伺服电机MS、采样比较控制电路及机械传动部分等为主体，组成输出电压自动调整系统。其工作原理如下图示：

从图中可知UA0=UA1-ΔUA，式中：UA0为A相的输出电压，UA1为A相的输入电压，ΔUA为A相的补偿电压。当输出电压UA0变化时，电压采样比较控制装置从稳压器输出端采样，信号电压经整流滤波处理，将其与基准电压上、下限值进行比较，当信号电压超过上限值时控制继电器动作，使伺服电机正转，带动接触调压器上的电刷，也就是调节T1二次侧电压的大小和极性，改变补偿变压器T2的补偿电压VA1使输出电压调整至稳压精度的电压范围内, 此时继电器释放, 伺服电机停止转动。反之, 当稳压器输入电压下降时，采样信号相应下降，当降至基准电压下限值时，另一控制继电器动作, 伺服电机反转，电刷在调压器滑道上作反方向调节，补偿电压改变极性，输出电压上升。直至回复到稳压精度的允许范围，以达到电压稳定的目的。

主要特点：

⑴特高的能源效率：电能转换效率在98%以上，是理想的节能型交流稳压器。

⑵超大容量的输出功率：额定输出功率从10KVA～2000KVA。

⑶特宽的输入电压范围：±20%

⑷广泛适用各种性质的负载：能适应功率因数从+0.1～+1的各种负载，因此对阻性、感性、容性等各种负载都正常使用。

⑸微小的附加波形失真：输出的正弦波形几乎与输入的电网波形完全一样，波形畸度：0.1%。

⑹电压调节平稳：采用补偿方式机电结合，电压自动调节，连续平稳，不会产生突变，能承受瞬间起动负载，可长时间连续工作，稳压精度±5%以内。

3.3.2 线路末端电压损失估算

稳压器布置在距离横洞口650m处，L=800m+600m=1400m。

第一步：计算电网变压器至稳压器的压降

电压损失公式1中取值如下：P=85kw（考虑线路和设备功率损失），L=800m， S=120 mm2，C=41.7。由公式1计算得：

ΔU％= P×L ／（C×S）=85×800／（41.7×120）=13.6%

ΔU％≤20%，稳压器仍可正常工作。

第二步：计算稳压器至负载的电压损失

电压损失公式1中取值如下：P=80kw，L=600m， S=120 mm2，C=41.7。由公式1计算得：

ΔU％= P×L ／（C×S）=80×600／（41.7×120）=9.6%

ΔU％≤10%，负载（如输送泵）可正常起动、运转。

3.3.3 导线及稳压器费用计算

120 mm2导线市场价格8元/m，按此价格计算三相动力导线费用33600元，SBW-180KVA稳压器的市场价格大约在35000元左右，两项合计费用68600元。

4 方案对比分析

4.1 负载在末端时，铝芯导线的最长供电距离（按P=80kw，C=41.6计算）

4.2 方案选用

经过以上计算分析，三个方案中，方案一和方案三费用相当，方案二较方案一和方案三增加费用较多，应当选用方案一或方案三。方案选用时，因240mm2铝芯导线需新投入购买，而SBW大功率自动补偿式稳压器和120mm2导线均闲置，可以进行利旧，故新马房子河隧道动力线路供电方案采用方案三设计。

5 结语

⑴通过西康二线新马房子河隧道的施工实践证明，隧道单口掘进1.25km，采用SBW大功率稳压器解决动力线路电压损失是可行的。

⑵在隧道动力供电线路设计中，当隧道单口掘进小于1.3km（对应布线长1400m）时，应当采用适当增大导线线径的方法解决负载电压损失过大的问题；当隧道单口掘进大于1.3km而小于2.4km（对应布线长2500m）时，应当采用增设大功率自动补偿式稳压器方案解决；当单口掘进超过2.4km时，方可考虑采用“高压进洞”方式解决负载电压损失过大的问题。

参考文献：

《电工计算应用280例》，主编：广大千等，江苏科技出版社，2008.10

SBW系统全自动三相大功率补偿式稳压器说明书，上海申亚电子仪器厂

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。