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摘要: 通过河北省某大型水库除险加固工程实例，详细介绍水利工程施工供电容量计算方法，并将现行两种施工供电计算方法得出的结果与实测数据进行比对，提出了大型水利工程施工供电容量的计算方法建议。
关键词：大型水利工程；施工供电；计算方法
Abstract: Through a large reservoir of consolidation project in hebei province as an example, Detail of water conservancy engineering construction power supply capacity calculation method, And the two calculation methods of power supply construction results compare with the test data, Large-scale water conservancy projects construction is put forward the calculation method of the power supply capacity.
Key word:The large water conservancy project construction power supply; calculation method;
中图分类号：TV文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013
1 工程概况
该水库是以防洪为主，兼顾城市用水、灌溉、发电等综合利用的大（Ⅰ）型水利枢纽工程，總库容12.1亿m3。枢纽主要建筑物由主坝、副坝、重力坝、正常溢洪道、非常溢洪道及电站组成。本次除险加固工程的主要内容为副坝利用混凝土防渗墙做垂直防渗，重力坝加固，原正常溢洪道加固，为达到防洪标准新增非常溢洪道一座。
2 施工供电容量计算
2.1 计算目的
分析整个工程的施工供电容量，为建设单位向有关部门申请施工用电提供科学合理的依据，为主体工程施工做好充分准备，为施工概算提供基础数据。
2.2 计算原则
以详细施工组织设计为前提,以施工总进度为依据，按施工高峰强度计算全部施工机械数量，最后计算总用电容量。
2.3 计算方法
目前常用两种计算方法， “需要系数法”和“总同时系数法”。需要系数法为我国目前设计部门常用的计算方法，本文同时用两种方法计算，并将计算结果与实测值对比。
2.2 计算依据
《水利水电建筑工程预算定额》（以下简称《定额》）；《水利水电施工组织设计规范》（以下简称《规范》）；《水利水电工程施工组织设计手册》（以下简称《手册》）第3卷、第4卷及有关《水利水电工程施工组织设计规范讲义》（以下简称《规范讲义》）；《工程机械使用手册》（上、下册）（以下简称《机械手册》）。
2.3计算公式
2.3.1需要系数法
P＝K1 K2 K3（ΣKcPd＋ ΣKcPm＋ΣKcPn）（1）
式中 P为高峰负荷有有功功率（kW）；K1为未计及的用户及施工中发生变化的余度系数，一般取1.1～1.2；K2为各用电设备组之间的用电同时系数，一般取0.6～0.8；K3为配电变压器和配电线路的损耗补偿系数，一般取1.06；Kc为需要系数，见表11-4-1(《手册》)；Pd为各用电设备组的额定容量（kW）；Pm为室内照明负荷（kW），见表11-4-2（《手册》）；Pn为室外照明负荷（kW），见表11-4-3（《手册》p614）。
S =P/cosф （2）
式中 S为施工供电系统高峰负荷时的视在功率（kVA）；cosф为供电系统的平均功率因数，一般取0.85～0.90。
2.3.2总同时系数法
P =kΣPd
式中 k为总同时系数0.25～0.4，Pd为各用电设备组的额定容量（kW）。
3计算过程
3.1副坝及重力坝段用电计算
3.1.1冲击钻
3.1.1.1机械数量
依《定额》可知不同地层造孔工效，以造孔功效乘以相应工程量得所需台班数如下：
砂壤土层：266617×0.2976=79345.22；
砾石层：22523×0.6667=15016.08；
卵石层：87925×0.7246=63710.46；
基岩造孔：6193×1.1364=7037.73；
搭接混凝土：51100×0.4926=25171.86；
合计：190281.35台班。
按施工进度安排，实际施工月数为33.5个月。若每月有效工作天数按25天计，每天按3班连续施工，共需CZ-22型冲击钻为：
190281/33.5/25/3=75.7台。
考虑1.2的施工高峰系数得出高峰机械数量为：
75.7×1.2=91台。
为减少冲击钻数量，降低施工供电容量，建议采用“两钻一抓”的施工工艺。据中国水电基础局有限公司的经验数据：同是砂卵石地层该工艺比单纯冲击钻快1倍。考虑抓斗的有效工作深度，再考虑施工水平的一般性， 可计入0.8的系数。现在造孔机械多为CZ-30型， 其工效约为CZ-22型的1.15倍。如今许多工程多用冲击反循环钻机，考虑现在技术较定额编制期的先进性，最后确定高峰期施工机械如下：
CZ-30型冲击钻 ：61台。（CZ-22型亦可，数量可调，对计算电量无大影响）
冲击反循环钻机 ：5台。
抓斗：5台。
3.1.1.1额定总功率
CZ-30型冲击钻电机功率40kW。冲击反循环钻机的功率40kW，回收振动筛25kW， 抽砂泵40kW，合计105kW。液压抓斗仅计入电焊机及照明用电20kW。额定总功率为：
61×40+5×105=2965kW。
3.1.2 其他机械设备用电计算
为节省篇幅，略去其他机械设备用电计算过程，其他机械设备用电计算详见表1。
副坝及重力坝段其他机械设备用电计算表 表1
3.1.3 高峰期有功功率及视在功率
（1）需要系数法
P＝ 1.2×0.7×1.06×(2965×0.8+637×0.3+1880×0.8+1230×0.6+230×0.7+391×0.7+250×0.3+189×1+153.22×0.8)= 5009.7kW 。
S =P/cosф=5009.7/0.85=5893.8kVA
（2）总同时系数法
有功功率：P=2965+637+1880+1230+230+391+250+189+153=7925kW 。
总同时系数取值为0.25～0.4，本工程取0.3。
视在功率：S=7925×0.3/0.85=2797kVA 。
3.2新增非常溢洪道及正常溢洪道用电计算
为节约篇幅，略去计算过程，计算结果如下：
（1）需要系数法
P＝ 1.2×0.7×1.06×(390×0.65+220×0.65+293×0.6+360×0.3+30×0.75+172.5×1+70×0.8+100)=918.27kW
S＝P/cosф=918.27/0.85 =1080.32kVA
（2）总同时系数法
P＝390+220+293+360+30+172.5+70+100=1635kW。
S＝1635×0.3/0.85=577kVA。
4计算成果分析
计算成果分析表见表2
计算成果分析表 表1
本计算成果值偏少，此处借用方差分析方法来分析成果值如何采用。从均方差看，用电规模越大偏离越大。
按《規范》说明，“需要系数法为我国目前各设计部门对施工供电设计用电负荷常用的计算方法，但当资料不足时，尚可采用总同时系数法”。规范推荐的两种计算方法应该差别不大，但是由上表可看出，两种方法计算的结果差别很大，而且越是规模大用电设备多差别越明显。
从以上的详细计算过程可看出，两种计算法的基础数据是相同的，也就是说各种设备的有功功率都是用的相同值。不同点在于，两种计算方法使用的相应系数不同。需要系数法包含四类系数：余度系数、用电同时系数、损耗补偿系数和需要系数。总同时系数法仅有一个总同时系数（0.25～0.4）。从上表也可看出与方差分析成果吻合，即用电规模越大需要系数法“综合系数”偏离也越大。此处的“综合系数”是将需要系数法计算出的有功功率除以各用电设备的有功功率之和得出的。对比两种算法的系数，即使将需要系数法中的余度系数、用电同时系数取到最小值，经过计算累积后的“综合系数”仍然大于总同时系数法的最高值0.4，“综合系数”分别为副坝0.58和0.51。
可见“综合系数”的偏大是造成两种算法结果不同的主要原因。另外，《手册》中给出的余度系数、用电同时系数、需要系数来自于许多工程实践的统计数据，因大型水利工程的复杂性，所以其取值区间一般较宽泛，有的最大值和最小值可相差1倍多。这也是使得需要系数法计算结果偏大的原因。
那么哪种算法更切合实际呢？我们根据实测数据再继续分析。
5施工实际与设计对比
水库除险加固工程施工期间，笔者多次到现场跟踪调查实际用电负荷。因副坝防渗墙不仅面积大而且地层复杂、深度大，多次出现塌孔现象，这样给紧张的施工进度要求带来更大压力。据调查施工高峰期冲击钻数量达115台，此时供电部门实测的视在功率为2500kVA，与需要系数法计算的5893.8kVA出入较大，比总同时系数法计算的2797kVA略小。如果反算一下，副坝及重力坝段的总同时系为0.27。
正常溢洪道、新增非常溢洪道用电容量较小，施工期间用电平稳，但需要系数法的计算值也较实际偏大更多，总同时系数法较接近实际。
6结论与建议
从本工程实例可看出，对于用电设备多、施工场地分散的大型水利工程施工用电计算， “总同时系数法”较接近实际。本工程设计期间总同时系数取值仍然偏于保守，建议工程规模越大、用电设备类型和数量越多，总同时系数应取小值，反之取大值。另外，施工过程中，整个工地的功率因数不能低于0.85，若低于此值应增设无功补偿设备，这样既可使施工设备经济运行，也减少对外部电网的冲击。
参考文献：
[1]水利电力部水利水电建设总局.《水利水电工程施工组织设计手册》（第三卷）[K].北京：水利电力出版社,1987.
[2]水利电力部水利水电建设总局.《水利水电工程施工组织设计手册》（第四卷）[K]. 北京：水利电力出版社,1997.
[3]SDJ338—89，水利水电工程施工组织设计规范（试行）[S].
[4]陈叔康.工程机械使用手册（上、下）[K]. 北京：水利电力出版社,1982.
[5] 水利电力部水利水电建设总局.水利水电建筑工程预算定额[M]. 北京：水利电力出版社,1987.
郑德民（1967-），男（汉族），河北三河人，高级工程师，主要从事施工组织设计及工程造价工作
关键词：大型水利工程；施工供电；计算方法
Abstract: Through a large reservoir of consolidation project in hebei province as an example, Detail of water conservancy engineering construction power supply capacity calculation method, And the two calculation methods of power supply construction results compare with the test data, Large-scale water conservancy projects construction is put forward the calculation method of the power supply capacity.
Key word:The large water conservancy project construction power supply; calculation method;
中图分类号：TV文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013
1 工程概况
该水库是以防洪为主，兼顾城市用水、灌溉、发电等综合利用的大（Ⅰ）型水利枢纽工程，總库容12.1亿m3。枢纽主要建筑物由主坝、副坝、重力坝、正常溢洪道、非常溢洪道及电站组成。本次除险加固工程的主要内容为副坝利用混凝土防渗墙做垂直防渗，重力坝加固，原正常溢洪道加固，为达到防洪标准新增非常溢洪道一座。
2 施工供电容量计算
2.1 计算目的
分析整个工程的施工供电容量，为建设单位向有关部门申请施工用电提供科学合理的依据，为主体工程施工做好充分准备，为施工概算提供基础数据。
2.2 计算原则
以详细施工组织设计为前提,以施工总进度为依据，按施工高峰强度计算全部施工机械数量，最后计算总用电容量。
2.3 计算方法
目前常用两种计算方法， “需要系数法”和“总同时系数法”。需要系数法为我国目前设计部门常用的计算方法，本文同时用两种方法计算，并将计算结果与实测值对比。
2.2 计算依据
《水利水电建筑工程预算定额》（以下简称《定额》）；《水利水电施工组织设计规范》（以下简称《规范》）；《水利水电工程施工组织设计手册》（以下简称《手册》）第3卷、第4卷及有关《水利水电工程施工组织设计规范讲义》（以下简称《规范讲义》）；《工程机械使用手册》（上、下册）（以下简称《机械手册》）。
2.3计算公式
2.3.1需要系数法
P＝K1 K2 K3（ΣKcPd＋ ΣKcPm＋ΣKcPn）（1）
式中 P为高峰负荷有有功功率（kW）；K1为未计及的用户及施工中发生变化的余度系数，一般取1.1～1.2；K2为各用电设备组之间的用电同时系数，一般取0.6～0.8；K3为配电变压器和配电线路的损耗补偿系数，一般取1.06；Kc为需要系数，见表11-4-1(《手册》)；Pd为各用电设备组的额定容量（kW）；Pm为室内照明负荷（kW），见表11-4-2（《手册》）；Pn为室外照明负荷（kW），见表11-4-3（《手册》p614）。
S =P/cosф （2）
式中 S为施工供电系统高峰负荷时的视在功率（kVA）；cosф为供电系统的平均功率因数，一般取0.85～0.90。
2.3.2总同时系数法
P =kΣPd
式中 k为总同时系数0.25～0.4，Pd为各用电设备组的额定容量（kW）。
3计算过程
3.1副坝及重力坝段用电计算
3.1.1冲击钻
3.1.1.1机械数量
依《定额》可知不同地层造孔工效，以造孔功效乘以相应工程量得所需台班数如下：
砂壤土层：266617×0.2976=79345.22；
砾石层：22523×0.6667=15016.08；
卵石层：87925×0.7246=63710.46；
基岩造孔：6193×1.1364=7037.73；
搭接混凝土：51100×0.4926=25171.86；
合计：190281.35台班。
按施工进度安排，实际施工月数为33.5个月。若每月有效工作天数按25天计，每天按3班连续施工，共需CZ-22型冲击钻为：
190281/33.5/25/3=75.7台。
考虑1.2的施工高峰系数得出高峰机械数量为：
75.7×1.2=91台。
为减少冲击钻数量，降低施工供电容量，建议采用“两钻一抓”的施工工艺。据中国水电基础局有限公司的经验数据：同是砂卵石地层该工艺比单纯冲击钻快1倍。考虑抓斗的有效工作深度，再考虑施工水平的一般性， 可计入0.8的系数。现在造孔机械多为CZ-30型， 其工效约为CZ-22型的1.15倍。如今许多工程多用冲击反循环钻机，考虑现在技术较定额编制期的先进性，最后确定高峰期施工机械如下：
CZ-30型冲击钻 ：61台。（CZ-22型亦可，数量可调，对计算电量无大影响）
冲击反循环钻机 ：5台。
抓斗：5台。
3.1.1.1额定总功率
CZ-30型冲击钻电机功率40kW。冲击反循环钻机的功率40kW，回收振动筛25kW， 抽砂泵40kW，合计105kW。液压抓斗仅计入电焊机及照明用电20kW。额定总功率为：
61×40+5×105=2965kW。
3.1.2 其他机械设备用电计算
为节省篇幅，略去其他机械设备用电计算过程，其他机械设备用电计算详见表1。
副坝及重力坝段其他机械设备用电计算表 表1
3.1.3 高峰期有功功率及视在功率
（1）需要系数法
P＝ 1.2×0.7×1.06×(2965×0.8+637×0.3+1880×0.8+1230×0.6+230×0.7+391×0.7+250×0.3+189×1+153.22×0.8)= 5009.7kW 。
S =P/cosф=5009.7/0.85=5893.8kVA
（2）总同时系数法
有功功率：P=2965+637+1880+1230+230+391+250+189+153=7925kW 。
总同时系数取值为0.25～0.4，本工程取0.3。
视在功率：S=7925×0.3/0.85=2797kVA 。
3.2新增非常溢洪道及正常溢洪道用电计算
为节约篇幅，略去计算过程，计算结果如下：
（1）需要系数法
P＝ 1.2×0.7×1.06×(390×0.65+220×0.65+293×0.6+360×0.3+30×0.75+172.5×1+70×0.8+100)=918.27kW
S＝P/cosф=918.27/0.85 =1080.32kVA
（2）总同时系数法
P＝390+220+293+360+30+172.5+70+100=1635kW。
S＝1635×0.3/0.85=577kVA。
4计算成果分析
计算成果分析表见表2
计算成果分析表 表1
本计算成果值偏少，此处借用方差分析方法来分析成果值如何采用。从均方差看，用电规模越大偏离越大。
按《規范》说明，“需要系数法为我国目前各设计部门对施工供电设计用电负荷常用的计算方法，但当资料不足时，尚可采用总同时系数法”。规范推荐的两种计算方法应该差别不大，但是由上表可看出，两种方法计算的结果差别很大，而且越是规模大用电设备多差别越明显。
从以上的详细计算过程可看出，两种计算法的基础数据是相同的，也就是说各种设备的有功功率都是用的相同值。不同点在于，两种计算方法使用的相应系数不同。需要系数法包含四类系数：余度系数、用电同时系数、损耗补偿系数和需要系数。总同时系数法仅有一个总同时系数（0.25～0.4）。从上表也可看出与方差分析成果吻合，即用电规模越大需要系数法“综合系数”偏离也越大。此处的“综合系数”是将需要系数法计算出的有功功率除以各用电设备的有功功率之和得出的。对比两种算法的系数，即使将需要系数法中的余度系数、用电同时系数取到最小值，经过计算累积后的“综合系数”仍然大于总同时系数法的最高值0.4，“综合系数”分别为副坝0.58和0.51。
可见“综合系数”的偏大是造成两种算法结果不同的主要原因。另外，《手册》中给出的余度系数、用电同时系数、需要系数来自于许多工程实践的统计数据，因大型水利工程的复杂性，所以其取值区间一般较宽泛，有的最大值和最小值可相差1倍多。这也是使得需要系数法计算结果偏大的原因。
那么哪种算法更切合实际呢？我们根据实测数据再继续分析。
5施工实际与设计对比
水库除险加固工程施工期间，笔者多次到现场跟踪调查实际用电负荷。因副坝防渗墙不仅面积大而且地层复杂、深度大，多次出现塌孔现象，这样给紧张的施工进度要求带来更大压力。据调查施工高峰期冲击钻数量达115台，此时供电部门实测的视在功率为2500kVA，与需要系数法计算的5893.8kVA出入较大，比总同时系数法计算的2797kVA略小。如果反算一下，副坝及重力坝段的总同时系为0.27。
正常溢洪道、新增非常溢洪道用电容量较小，施工期间用电平稳，但需要系数法的计算值也较实际偏大更多，总同时系数法较接近实际。
6结论与建议
从本工程实例可看出，对于用电设备多、施工场地分散的大型水利工程施工用电计算， “总同时系数法”较接近实际。本工程设计期间总同时系数取值仍然偏于保守，建议工程规模越大、用电设备类型和数量越多，总同时系数应取小值，反之取大值。另外，施工过程中，整个工地的功率因数不能低于0.85，若低于此值应增设无功补偿设备，这样既可使施工设备经济运行，也减少对外部电网的冲击。
参考文献：
[1]水利电力部水利水电建设总局.《水利水电工程施工组织设计手册》（第三卷）[K].北京：水利电力出版社,1987.
[2]水利电力部水利水电建设总局.《水利水电工程施工组织设计手册》（第四卷）[K]. 北京：水利电力出版社,1997.
[3]SDJ338—89，水利水电工程施工组织设计规范（试行）[S].
[4]陈叔康.工程机械使用手册（上、下）[K]. 北京：水利电力出版社,1982.
[5] 水利电力部水利水电建设总局.水利水电建筑工程预算定额[M]. 北京：水利电力出版社,1987.
郑德民（1967-），男（汉族），河北三河人，高级工程师，主要从事施工组织设计及工程造价工作