俞靖波
中铁二院建筑院施工供电勘测设计项目部
摘 要：指出勘测、设计、投资，三类六种对工程影响较大的不准确性问题，用规范、标准、设计手册从理论上说明，结合实例，分析解决问题；计算负荷准确性；干线电压降标准的准确性；投资的准确性；电力线路铁塔塔基钻探的准确性；输变电工程地质灾害防治的准确性；瓦斯隧道施工供电工程电源选择的准确性。
关键词：同时系数；电动机启动；计价程序；勘测标准；危险源；电源选择。
铁路建设项目施工供电工程，是铁路的主体工程施工期间的配套工程，当主体工程竣工后，或是拆除不再继续使用，或是转让给地方使用，极少部分后期继续用于铁路运营。
按照《铁路建设项目预可行性研究、可行性研究和设计文件编制办法》及《关于做好施工图招标前期工作的通知》要求，“做好大临工程设计。铺轨基地、制存梁场、轨道板厂等大型临时设施和山区施工便道要达到初步设计深度要求”。然而，在项目的实际运作过程中，包括施工供电工程在内的大型临时设施设计，铁路设计单位往往仅到初步设计阶段，临时施工工程通常也采用初步设计文件招标模式进行。而当中标单位进场后，应供电部门要求，必须经过施工图审查才能接入电力系统，此时一般由中标的承建方委托供电部门有资质的单位作勘察设计，或者委托供电部门设计施工总承包。因此，铁路项目的参建各方，面对施工供电工程的施工图阶段勘测设计，缺少理论依据和实践经历，不了解勘测设计的成熟方法，对施工供电工程的缺少准确性的判断。
本文指出勘测、设计、投资，三类六种对工程影响较大的不准确性问题，用规范、标准、设计手册从理论上说明，结合实例，分析解决问题。
1.计算负荷
用电负荷的计算，是电力工程设计中最重要的基础工作，决定了工程的规模、投资、运营成本。由于担心计算负荷偏小对后期施工带来不利影响，现有设计都采用了“宁大毋小”的思路，致使结果不准确，造成投资浪费，这类问题在施工供电工程设计中尤为突出。
负荷计算方法有多种，下面以“需要系数法求计算负荷”为例。通常计算中我们习惯将有功、无功的同时系数取同一个值，另外无论配电或变电级数有多少，同时系数只取了一次，这种计算方式成为负荷计算不准确的主要原因。
在《工业与民用供配电设计手册》明确要求，同时系数有功可取0.8到0.9，无功可取0.93到0.97，简化计算时，两者相同。对于多级高压配电系统，特别是多级降压的供配电系统，应逐级多次取最大负荷重合系数。配电站或总降压变电站的计算负荷，为各变电站计算负荷之和再乘以最大负荷重合系数。
以铁路施工供电工程电源进线计算负荷为例，配（变）电级数最多达5级。为简便运算，同时系数取相同的下限值比较，此时有功为0.8，无功为0.93。
有功同时系数逐级多次取值后，应为（0.8）5=0.32768；无功同时系数0.93，逐级多次取值后，其值应为（0.93）5=0.69569。此时有功多次取值前是取值后的2.4414倍，而无功则为1.3368倍。由此可见数值偏差单次取值与多次取值结果存在较大差异。
目前供电部门电费收取分两部分，一部分以实际用电度数为基数，另一部分则按第一级安装的调压器或变压器容量kVA为基数。当同时系数只采用单次取值，则导致变压器的容量增大，从而带来以变压器安装容量为基数的收费部分费用大幅增加。而变压器也因长期处于低负载或空载状态运行，仅变压器自身损耗带来的电量消耗，浪费能源。
同时，施工供电工程区别于运营用电工程，不存在“适应发展需求”问题，且施工工点可能在无人区或电网薄弱区，一味求大的算法，会引起线缆截面、供电方案等方面不必要的增加，最终导致投资的浪费。
2.电压降计算
施工供电工程干线（施工变配电站馈出线）的截面、供电范围（长度）、电压等级等的选择和确定，均以电压降计算为基础。电压降标准不准确，会导致电压降计算失去意义，干线投资增加、影响工程实施。目前多数项目，将干线电压降标准定为10%，目的是为保证电动机启动或考虑电能质量。而这种干线电压降标准确定实则不够准确。
2.1电动机启动
设计手册中规定：“（一）电动机频繁启动时，为不影响照明效果，电压不宜低于额定电压的90%；电动机不频繁启动时，电压不宜低于额定电压的85%。（二）配电母线上未接照明或其它对电压波动较敏感的负荷，且电动机不频繁启动时，不应低于额定电压的80%。（三）配电母线上未接其它用电设备时，可按保证电动机启动转矩的条件决定。”同时，在《通用用电设备配电设计规范》相关条款的压降规定值，与手册一致，其条文说明还强调，“所列的全压启动条件是充分条件，除此之外，别无他项”。
这里值得注意的是，除少数特重载启动电机外，绝大多数的电动机不需要验算启动时端子电压。验算的目的是校核电动机能否克服机械的静阻转矩或启动时间是否过长，而不是为了选择启动方式或保证电动机启动。由此断定，施工供电工程干线电压降可超过10%来计算。
笔者在某工程中遇到实例，电动机250kW，额定电压380V，采用全压启动方式，电压降近30%，仍能正常启动和工作（见下图）。
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而在某个重要的铁路项目施工供电工程，为将干线电压降控制在10%以内，增加截面、缩短了供电范围（长度）。但由于地方电网薄弱，本电力运营区内无其它可选电源点，最终不得已从其它运营区接取电源，跨区供电，引起协调难题，难于实施，也增加不必要的投资。
电动机通常采用的降压启动方式中，如星三角启动，电压只有额定电压的0.58倍，即电压降达40%以上，电动机能正常启动，这是不容忽视的常识。
可见，为保证电动机启动，将干线电压降标准定为10%，是不够准确的。
2.2 电能质量及电压降
在《铁路大型临时工程和过渡工程设计规范》中8.2.7规定“临电用户受电端供电电压的允许值应符合下列规定：
1 35kV及以上供电线路，供电电压正负偏差偏差绝对值之和不超过额定值的10%。
2 10（6）kV及以下供配电线路，为额定值的±7%。
3 在配电系统非正常情况下，电压偏差允许值可为±10%。”
以上内容，实为《电能质量 供电电压偏差》中有关条款，作为推荐给供、用电双方，在产权或管理分界点考核时参考用。而其4.4条又补充说明有“对供电点短路容量较小、供电距离较长以及对供电电压偏差有特殊要求的用户，由供、用电双方协议确定。”所以，电压偏差可以不严格执行10%的规定。
3.投资
施工供电工程投资，有两种计算办法。第一种，用铁路基本建设工程设计概（预）算编制办法及定额；第二种，用电力建设工程概预算编制办法及定额。施工供电工程，由铁路投资的部分，绝大多数采用第一种。经过对比，采用铁路投资平台计列施工供电工程投资的办法，不够准确，分析如下。
3.1铁路基本建设工程设计概（预）算编制办法
该办法及定额中，没有施工供电工程，只能按（运营）电力工程套用。但（运营）电力工程，范围均在铁路征地红线以内（除电源线外），属于站后工程，一般在桥梁、隧道、路基、站场等站前工程完工后进场实施。这时施工需要的道路、场坪等已完备，施工点平整，甚至需要的设备基础、沟槽、管洞均已形成，工程与地形地貌无关，与外部因素无关。因此，（运营）电力工程对应的概（预）算编制办法，非常单一；同时定额内容、条目不够，对铁塔或高电压等级线路缺项太多，也不能区分地质、地形、地貌及地域。
3.2电力建设工程概预算编制办法
该办法及定额则更精确、专业，更全面，包括了所有的实际情况。有适用不同地域、各省（直辖市、自治区）的办法及定额，再分建筑工程、电气设备安装工程、送电线路工程、调试工程、通信工程、加工配制品等。仅就送电线路工程而言，地形分为平地、丘陵、沙漠、河网泥沼、山地、高山；工程内容，分为工地运输、土石方工程、基础工程、杆塔工程、架线工程、附件工程、电缆工程、电缆排管工程、辅助工程。工地运输，分为汽车、拖拉机、索道、船筏、人力、畜力等多种，按运输距离和设备材料重量计算运杂费。
3.3铁路项目施工供电工程
工程配套部分由供电部门投资建设，该部分采用电力建设工程概预算编制办法及定额计算投资。
全部工程范围均在铁路征地红线以外，为统一投资计算标准，更重要的是，为解决投资的准确性问题，由铁路部门投资建设的部分，也应该采用电力建设工程概预算编制办法及定额计算投资。
4.塔基钻探。
地处山地丘陵区和深切峡谷区的施工供电工程，在审查施工图文件时，咨询方、建设方、监理方等往往要求逐基钻探。这种勘测要求，既影响工程进度，也造成工程投资浪费。
在《330kV~750 kV架空输电线路勘测标准》中,第十三章至第十五章，对可行性研究阶段、初步设计阶段到施工图设计阶段岩土工程勘察，分别作了明确要求。其中，第十五章“施工图设计阶段岩土工程勘察”，针对平原河谷区、山地丘陵区、深切峡谷区、戈壁沙漠区等，不同的地貌类型和地质条件，作出了更详细和具体的要求。
平原河谷区，对转角塔、耐张塔、终端塔跨越塔及其他设计有特殊要求的塔位应逐基勘探；对直线塔和直线转角塔，简单地段可隔2基至3基塔在塔位处布置一个勘探点，中等复杂地段可间隔基1至2基塔在塔位处布置一个勘探点，复杂地段应逐基勘探；当地质条件特别复杂或设计有特殊要求时，可增加勘探点。
山地丘陵区，应以工程地质调查为主，当工程地质调查不能满足要求时，应布置适量的勘探工作。
深切峡谷区，定位应以工程地质调查为主，辅以坑探、槽探、工程物探等勘探工作。由于深切峡谷区通常不具备工程钻探的条件，该区域的勘探手段不宜采用工程钻探。
《电力工程高压送电线路设计手册》中，第九章“线路勘测”第三节“工程地质勘测”分平原地区勘测、山区勘测、特殊地区勘测，明确了初勘阶段、终勘阶段的勘测方法。山区勘测，初勘阶段地质勘测以调查踏勘为主；终勘阶段对逐基塔位进行鉴定和评价，只是在地质构造较为复杂、岩溶十分发育地带以及较大跨越处，方才适当布置少量的勘探工作量。此方法满足《330kV~750 kV架空输电线路勘测标准》中,第十三章至第十五章的规定。
以上可见，施工供电工程勘测时，应根据要求进行必要的钻探勘测，这样可在既保证设计文件准确有效的前提下，大幅减少资源浪费的情况发生。
5.输变电工程地质灾害防治
对施工供电工程，建设方、监理方等要求针对不良地质区域作地质灾害危险性评估，并采取防护措施。通常，地质专业依据《铁路工程不良地质勘察规程》，对电力线路径路和变电站位置作出灾害危险性评估并由路基专业完成防护措施。但由于采用的标准和方法不准确，时常造成工程投资浪费的情况发生。
1）目前各行业通用的《地质灾害分类分级标准》（试行），将地质灾害险情等级分为4级。考虑的危险源主要有：滑坡、崩塌、泥石流、地裂缝、地面沉降、地面塌陷等。
2）电力行业中采用的标准主要为：《输变电工程地质灾害危险性评估技术导则》、《输变电工程地质灾害防治技术导则》。其考虑的危险源仅有滑坡、泥石流。
3）铁路行业的土木工程采用《铁路工程不良地质勘察规程》。考虑的危险源有：滑坡和错落，危岩、落石和崩塌，岩堆，泥石流，风沙，岩溶，人为坑洞，水库坍岸，地震，放射性，有害气体，高地温，地面沉降等。
对比即可发现，铁路行业的危险源大幅多于前两者，主要因为铁路土木工程依托地面或地面以下的地质建造；而输变电工程中的架空线，依托地面少量的点立杆（塔），在空中连线，即使是变电站，依托地面的面积与铁路比也显得微不足道。所以，若套用铁路行业的灾害危险性评估标准及处理方法处理电力线路，会产生过度处理的情况发生，浪费资源。
6.瓦斯隧道施工供电工程电源选择
目前在各阶段设计文件审查时，审查方、建设方、设计总体等要求施工供电工程为瓦斯隧道施工提供两路独立电源，且均不能来自发电机。这种要求增加了施工供电工程的实施难度、投资，对电源的可靠性没有提高，还失去了对电源的可控性，也容易脱离实际情况。
在《重要电力用户供电电源及自备应急电源配置技术规范》中，第7.1条，“自备应急电源类型……，包括……发电机组”。可见为瓦斯隧道施工提供的备用电源可来自柴油发电机。另在《铁路瓦斯隧道技术规范》中第11.1.3条，“工区内采用双电源线路，……。当不具备两回路电源条件采用单回路供电时，必须有备用电源，……”。其条文说明“两回路电源（即来自两个不同变电站或者来自不同电源进线的同一变电站的两段母线）。当任一回路发生故障停止供电时，另一回路应当担负矿井全部用电负荷。区域内不具备两回路供电条件的矿井采用单回路供电时，必须有备用电源。……，并保证主要通风机等在10min内可靠启动和运行。”即采用一路外部电源加自备电源是满足使用要求的。
笔者归纳总结了采用一路外部电源加自备电源方案与采用两路外部电源方案的利弊情况，结论如下：
当采用一路外部电源加自备电源，建设投资至少节约一半、发电机可租用或回收，可实施性强、自备电源无外部因素影响；但不足是自备电源在使用时每度电会多一倍费用，冷备用切换时间有6分钟左右。
而采用两路外部电源时，运行费用与自备电源运行时相比，每度电少一半左右费用，同时主备用电源之间切换时间短。但建设投资多一倍以上，且备用电源回路绝大多数时间不用，浪费电力资源，其可实施性不强、影响电源的外部因素多。
由于外部电源停电是小概率事件，综上所述，对铁路隧道施工供电而言，采用一路外部电源加自备电源方案更为合理。
针对铁路项目施工供电工程，本文指出的勘测、设计、投资中，存在的不准确性问题，有些与一个专业有关，有些与多个专业的接口有关，供大家探讨；提供的解决问题的方法，供大家参考。
主要参考文献
[1] TB10504—2018，J2615—2018《铁路建设项目预可行性研究、可行性研究和设计文件编制办法》
[2] 铁建设【2010】187号文《关于做好施工图招标前期工作的通知》
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[4] GB50055-2011《通用用电设备配电设计规范》
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[8]TB10027-2012《铁路工程不良地质勘察规程》
[9]T/CAGHP001-2018《地质灾害分类分级标准》（试行）
[10]T/CSEE0022-2016《输变电工程地质灾害危险性评估技术导则》
[11]Q/GDW11527-2016《输变电工程地质灾害防治技术导则》
[12]GB/T29328-2018《重要电力用户供电电源及自备应急电源配置技术规范》
[13] TB10120-2019《铁路瓦斯隧道技术规范》
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