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313上海电力隧道及运行管理
上海电力隧道及运行管理
游智敏 李 海
上海电力公司电缆输配电公司
摘 要 随着上海城市电缆化率的不断提高,电力隧道以其电缆输送容量大;土地利用率高;结构稳定;防范外损等优点得到了广泛的应用。
电力隧道建设规模也向着大长度、大直径方向发展。
因此电力隧道的运行管理工作就显得尤为重要,本文主要对上海电力隧道情况以及隧道的运行管理进行简介,分析运行管理中存在的问题,并提出些建议,仅供参考。
关键词 电力隧道 附属设备 运行分析
1 电力隧道概况
上海地区早在1979年就有了第一条专用电力隧道,该隧道是电厂电缆出线专用电力隧道。
目前投运的电力隧道共有15条,均为专用电力隧道。
隧道内运行电缆的电压等级在110KV及以上,但是随着城市主干网电压等级的上升,在近十年投运的主隧道都为220KV及以上电缆(大截面电缆)的专用隧道。
2 电力隧道
2.1 电力隧道结构
上海电力隧道建造的方式有三种:
盾构、顶管和大开挖。
由于上海浦东和浦西之间有条黄浦江,因此上海的4条越江电力隧道都是采用盾构方式建造。
上海市区内地下设施交错纵横,隧道建设多采用三维定向顶管推进方式,可巧妙的穿越地铁,避开建筑物的基础。
但对于早期建造的电力隧道以及建设场地条件较好的隧道多采用大开挖方式建造。
电力隧道根据其建造方式不同分为矩形隧道和圆形隧道两种,顶管和盾构方式建造的隧道都为圆形,开挖方式建造的隧道都为矩形。
隧道的内径取决于电缆敷设的密度,目前运行的圆形电力隧道常规内径为Φ2.7米和Φ3米,矩形的电力隧道常规尺寸为2.2×2.4和2.7×2.7,截面图如图一:
电力隧道的断面图(图一)
2.2 电力隧道消防
电力隧道消防工作一直是电力隧道安全运行的重点,随着电力隧道电压等级越高,重要性越高,相应的消防要求也越高。
在实际运行中上海电力隧道未发生过火灾情况,这是因为电力隧道内敷设、接头条件都较好,减少了由于施工不良所造成的电缆故障;其次电力隧道内高压电缆均遵循“N-1”供电原则,电缆输送容量均有较大的余地;高压电缆线路的继电保护动作时间在百分之几秒,故障运行引发火灾的可能性很小;另外电力隧道内动力照明线路和高压电缆线路分开布置,避免了低压短路造成的火灾。
上海电力隧道消防理念是“预防为主、防消结合”,首先是杜绝火源;其次是掌握现场的温度情况,及时消除隐患;最后是采取隔离方法自熄。
对于喷淋灭火系统、泡沫灭火系统、雾化灭火系统、气体灭火系统,由于安装、运行维护成本过大,设备有效期短等原因而未被采用。
目前上海地区电力隧道防火设施主要有以下几类:
2.2.1 采用阻燃电缆或绕包防火胶带
上海电力隧道内敷设的电力电缆要求采用阻燃电缆,但对于早年敷设的非阻燃电缆均绕包防火胶带。
阻燃护层或防火胶带可以有效隔热,防止电缆护层延燃,降低金属护套温升速率,保护主绝缘。
由于国内外缺少电力隧道内电缆燃烧试验的相关资料,因此上海电力公司根据IEC60332试验标准进行了一次仿真模拟试验,在等比例的电力隧道内对阻燃电缆燃烧进行燃烧试验。
试验现场见图二
燃烧试验点 模拟隧道
燃烧试验采用丙烷加氧气为火源,在电缆下方持续燃烧20分钟,隧道内风速为0.2747m/S(比隧道封闭环境要求更高),试验中检测最高环境温度达到30℃,现场透光率不低于76%,满足IEC规定60%的标准。
试验结束后阻燃电缆立即自熄,阻燃护层表面有明显烧焦突起,并有少许沥青滴落,金属护套完好无损。
燃烧毒气试验中用的十只老鼠生命特征正常。
部分试验如图三
现场燃烧图象 老鼠活动正常 烧焦的电缆外护层
试验证明阻燃电缆在有外界火源环境下,能起到较好的阻燃效果,是电力隧道电缆防火的主要措施。
2.2.2 防火槽盒
上海电力隧道内电缆防火隔离多采用防火槽盒。
防火槽盒具有良好的密封性能,当电缆本体发生燃烧时,因槽盒内部氧气得不到充分补充,可以在短时间内达到自熄的效果,将火灾控制在最小范围。
同时对防火槽盒外部的火源也能有效的及进行隔离,从而达到保护槽盒内高压电缆安全运行的效果。
隧道内电缆采用水平或三角型敷设(非蛇行敷设)的大多可以安装了防火槽盒。
作为一次性投资的防火设备,防火槽盒的价格可能偏高,但是它具有终生使用、免维护的特点,相比维护、效验繁琐的灭火系统而言有其优势。
防火槽盒的使用会降低槽盒内电缆本体的散热性,有相关报道称采用防火槽盒会降低电缆20%~30%的载流量。
因此对同一隧道内两条同一型号、不同负荷电缆线路的防火槽盒进行了红外测温检测,如图四
21742173
隧道环境温度为21℃,电缆负荷情况如表一:
表一
测温线路
电缆表面温度
线路实时负荷
允许负荷
2173
22℃~23℃
407A
504A
2174
22℃~23℃
284A
504A
根据红外检测图片分析,两条负荷相差30%的电缆线路,在槽盒出口处温度均为23℃,隧道内电缆表面温度均为21℃左右,温差相差1~2℃。
检测证明由于电力隧道埋设较深,具有冬暖夏凉的特性(隧道内常年温度在20℃~25℃之间),为防火槽盒内电缆提供了良好的散热环境,根据红外测温试验证明在隧道恒温的环境下电缆表面温度随电缆负荷变化相对较小。
而当2173/2174电缆进变电站后直接暴露在日光下,电缆表面温度达到了四十多度(如图五所示)。
因此对一条敷设在不同区域的电缆而言,电力隧道防火槽盒的热效应与户外电缆表面温度的热效应相比可忽略不计。
户外电缆测温图五
2.2.3 分布式光纤测温系统(DTS)
由于分布式光纤测温技术的运用使隧道消防理念由被动接受逐步转变为在控、可控。
分布式光纤可分别安装在电缆表面或直接将光纤制作在电缆金属护套内部。
2005年8月上海第一次在两条220KV电缆线路上使用了英国Sensa公司的分布式光纤测温系统,该电缆穿越的隧道、工井、通道、竖井等多种环境。
现场安装了两路光纤,一根光纤敷设于隧道或工井顶端用于监测空间环境温度,另一根光纤敷设于电缆表面用于监测电缆表面温度。
温度监控的精度小于1℃,距离小于1米。
系统还根据用户的要求开发了应用软件,将现场地形、接头位置同光纤点的分布相对应,从而可以更加直观的了解现场电缆和接头的温度变化情况。
如图四:
光纤地理位置分布 电缆接头位置分布
2007年底试用了另一套分布式测温系统----德国Lios公司的系统,该系统是将光纤制作于一回220KV交联电缆金属护层内部,用于监测电缆和接头内部温度,并能通过实测的电缆绝缘热阻系数和电缆负荷测算出电缆导体温度。
系统报警形式多样,即可通过监控屏报警,也可通过短信方式报警。
三相温度实时检测 单相电缆温度曲线 电缆导体温度
分布式光纤测温系统运行稳定可靠,能实时监测环境温度、电缆和接头的表面温度,以及电缆导体温度,为掌握现场火灾隐患;电缆早期缺陷提供了可靠的判据和技术支持。
2.2.4 感温电缆
同分布式光纤测温系统类似,感温电缆能实时监测电缆周围的火情,并有报警功能。
感温电缆是以网状形式分布于电缆敷设较密集的通道或高压电缆与中低压电缆混放的通道内,有较好的监测火情的功能,但是只有报警功能,不能进行实时分析和统计查询。
2.2.5 防火门
当电力隧道发生火灾情况后,防火门将是最后的屏障,它可将电力隧道的火灾控制在某一区域内,从而降低火灾的损失。
目前上海电力隧道防火门间隔在70~300米左右。
防火墙和防火门均采用无机耐火材料制成,运行中的隧道防火门是开的,以确保隧道的通风和散热,根据设计要求当隧道温度达到70℃时自动关闭防火门。
2.3 电力隧道监控、技防系统
近些年来上海电力隧道建设的速度和规模是前所未有的,传统的运行管理模式已经不适合当前的管理要求,因此需要应用先进的监测技术和通讯技术对隧道内电器设备(照明、水泵、排风、防火门、温湿度计等设备)进行实时监控。
通过触摸屏可检查隧道内所有设备的运行工况和故障情况,可以控制隧道设备运行和关闭。
提高了运行管理的工作效率。
由于奥运会和世博会的相续召开,电力隧道技防工作就显得尤为重要,目前上海电力隧道技防系统主要由以下功能组成:
功能名称
功能
布撤防
进入隧道未撤防会及时报警,并可记录实时影像资料供取证分析。
工井盖防盗
当工井盖在未撤防的情况下被提起,系统立刻会启动声光报警和远程报警,起到震慑作用,如强行进入隧道会启动监控摄像记录。
门禁
门禁系统的应用,可自动识别进入隧道的人员信息、工作时间,对非法撬门可远程报警。
红外监控
对每个出入口进行红外监控。
遥视监控
对于发生未撤防而造成工井开启、铁门撬开或红外监控异常等情况,可自动启动遥视摄像机抓捕现场影像。
同时也可为运行人员提供隧道实时图象信息。
数据通讯是将隧道内数据信息上传至相关电站,并电站自动化通讯网络资源将数据传输至电缆调度控制室和运行管理人员,不在现场就可实现对电力隧道的监视控制,为运行管理人员提供现场实时信息。
图五为电力隧道监控屏控制界面图
隧道区段分布图 电器状态控制件
2.4 电力隧道通讯
目前上海电力隧道使用的通讯设备有三类:
第一类是内部通讯电话;第二类是市话接入;第三类是接入CDMA无线信号;前两种通讯方式都要在隧道出入口、竖井、通道敷设电话线,安装内部程控电话机,通电话前需找到附近的固定电话。
由于隧道内支架都安装有电缆,电话机只能安装在顶端支架或小线槽盒侧面,由于位置较高,使用不便,因此有线通讯利用率也相对较低。
当前无线通讯技术发展日趋成熟,在地下室,地铁、大楼内部,电梯等公共场所得到广泛的应用。
因此无线通讯技术也同样适用于电力隧道。
在隧道两端出入口安装高性能接收天线,以保证传入道道内的信号足够强;信号传输采用带屏蔽专用射频电缆,外加耦合器、功率分配器和功率放大器,确保信号在不衰减的前提下进行准确传输。
目前在一条500多米的越江隧道进行试用,为了提高隧道空间利用效率射频电缆安装于电缆支架的背面,由于信号受到密集金属支架的干扰,增加了接收小天线数量,确保了隧道内信号的全覆盖。
因此对于圆形隧道宜将射频电缆敷设于隧道顶部的空旷区域,减少无线信号受到金属支架干扰而衰减。
无线通讯设备作为成熟产品,其设备购置费和安装费用已经日趋合理,在隧道建设费用中只占很小的比重。
3 电力隧道的运行管理
3.1 隧道工程的早期参与
隧道的运行单位要提前参与电力隧道建设中的各个环节(如设计初设、设计交底、产品选型等),根据运行单位的管理要求从源头上把好设计关,并在电力隧道建设中的加强过程监控,找出设计或施工中存在的问题,并督促整改。
3.2 电力隧道的验收和接收
电力隧道在移交前要做好隧道的验收工作,由于隧道验收项目众多、专业性强,因此运行单位应该落实项目验收小组:
可分土建组、附属设备组、资料组,根据设计规范和专业特性进行专项验收。
表二列举了电力隧道验收中可能存在的几类缺陷及处理方法:
表二
序号
缺陷
类型
缺陷内容
处理方法
1
土
建
类
缺
陷
隧道竖井与通道连接处渗水;工井井口渗水
基建单位提高连接工艺和密封技术
2
隧道通道内的地坪凹凸不平积水
通道有坡度,并按规范施工;对中间低两端高的通道可在中间设水泵设备
3
隧道竖井隔层地坪积水
要求竖井各层地坪设积水沟和引流管,将水引入底层排水系统
4
隧道墙面平整度不达标
提高土建施工质量
5
隧道吊物孔无遮拦
吊物孔边圈设防止挡板和护栏
6
隧道出入口布置与市容环境不相称
设计单位根据出入口周边环境采用布置绿化、建造标志型建筑等方式使出入口融入城市景观
1
附
属
设
备
缺
陷
接线槽盒、防火板材、接地扁铁等材料发霉、锈烂
尽量采用不锈材料和防酶防蛀材料
2
铭牌加工放置不合理
隧道进出口设简介牌;竖井和通道设方向指示牌;电器设备统一编号;电线控制线挂双向铭牌、长路挂铭牌;电器箱附电系图等
3
隧道电表箱装于隧道内,抄表工作量大
采用远程抄表;或尽量将电表安装于地面上方,便于读数。
4
运行隧道电器设备型号各异,检修备品种类繁多
隧道应该尽量采用同一型号的电器设备,便于运行管理。
5
水泵、照明就地控制箱安装位置不合理
水泵控制箱不应安装于隧道底层,避免冒险涉水去开关;照明控制开关切换中避免照明盲区。
1
资
料
缺
陷
传统工程竣工资料往往不能满足运行管理要求,根据《上海电力GIS管理系统》的要求和运行管理的要求,还需进一步完善
提供总图要求:
隧道总图画在1:
500上海电子地图上,显示马路、地面建筑等相关信息,显示隧道走向,隧道三维几何尺寸,各段隧道参考地面的埋设深度。
总图以CAD格式提供,便于记录于《上海电力GIS管理系统》。
总图还需显示隧道出入口位置;工井(或竖井)位置;自来水的进水位置及最近阀门控制点;通风井的尺寸、位置;出排水管道的位置;路面供电电源箱的位置,以及电源箱至隧道内电缆的敷设位置。
2
附属设备资料不规范
建立附属设备资料:
如设备厂家、联系人及设备使用说明书,保修卡、备用钥匙标号。
3
水电等公共事业费用结清、过户、转帐手续齐全
隧道电费、水费在接收前费用结清,运行单位办理过户手续,自动转帐
3.3 电力隧道运行管理
3.3.1 运行维护巡视检查
电力隧道运行管理需要根据隧道的不同结构和功能建立相关的运行管理标准。
并设专人负责管理和运行维护,管理人员要参与隧道的前期建设,了解管辖隧道结构,附属设备的型号,运行状况等相关信息。
并熟练掌握隧道监控系统的使用、判别和分析。
每条电力隧道建立专档,档案资料内容分成动态资料和静态资料两类,静态资料包括隧道基建、设备(型号、厂家、保修卡等)、测绘资料、竣工档案等。
隧道动态资料主要记录隧道巡视记录,维修记录、大修记录等日常巡视管理记录。
隧道管理员每年需对每条隧道的运行状况和设备状况进行等级评定,评定等级分一类、二类、和三类,如隧道评定等级定为三类的隧道,将列入第二年的大修项目。
对于自动化设备、消防系统、门禁设备等特殊设备需请专业单位进行定期检查维护,确保信号通讯正常。
3.3.2 隧道运行缺陷
电力隧道的缺陷可分为附属设备缺陷和土建设备缺陷两类,其中附属设备(如水泵、照明、控制电器等)缺陷占大多数。
根据缺陷原因来分主要有设计原因;决策原因;施工原因;产品选型、质量原因;原因等,其中由于设计和决策原因造成的缺陷整改较困难,且成本较高。
以下列了举几项隧道典型缺陷。
3.3.2.1 隧道排水系统缺陷
电力隧道排水系统应该直接接入市政排水沟内,如接入位置不理想会导致外面水倒灌,隧道积水。
有条隧道将出水管直接接入河岸边,由于出水口的标高设计没有按照千年大潮汛的水位高度设计,在上海一次大潮讯中河水通过出水管倒灌进电力隧道,导致竖井和隧道被淹没,电器设备损坏。
如图六
竖井被淹通道进水 电器设备浸于水中
3.3.2.2 施工原因——通道积水
电力隧道内温度和地面温度存在温差,在通风后地面暖湿气流进入隧道后会凝结成水滴,大量的水滴滴落在地面会形成水流。
如果通道地坪的没有斜度或长路存在凹凸不平的情况就会形成大面积积水,且排水工作也较困难,影响正常的巡视管理工作。
如图七
隧道顶部积凝集水滴 通道积水
3.3.2.3 隧道墙体渗水
隧道渗水几乎是每条隧道的共性问题,但是只要加强对关键渗水点(如工井口、穿线孔、顶管与竖井接口等)的监控管理,还是会有较好的效果的。
墙面渗水会造成密封不良的信号箱体进水从而导致电器设备受潮短路;水滴滴落在电缆表面会损坏电缆外护层(或防火胶带),长时间的作用力会威胁电缆的安全运行。
如图八
渗水导致电器箱体受潮 渗水墙体
水滴低落在电缆表面
4 电力隧道管理中应注意
4.1 设备选型合理,型号统一:
电力隧道采用的电器设备和附属设备应尽量满足型号统一的原则,有利于备品备件的统一。
在选用的电器设备要满足防水、防锈、长寿命的要求,选择的附属设备要满足防锈、防酶、免维护的要求。
4.2 隧道建设把好源头关:
早期参与隧道的设计、施工、监控等环节,及时消除隧道前期建设中暴露的问题。
4.3 施工工期合理:
隧道的基建施工工期合理,避免为了抢工期而降低施工质量。
避免隧道的基建施工和电缆施工同时进行。
4.4 设备验收前需做到施工完毕,标识清晰,设备过户,资料齐全。
避免被动验收、反复整改。
4.5 电力隧道建设工程为地下隐蔽工程,较多隐蔽缺陷要在隧道投运后才能逐步暴露出来,因此电力隧道工程竣工后要有一年的质保期,期间发生的缺陷需进行全部整改。
4.6 通过对分布式测温系统;隧道监控系统;隧道技防系统的应用,总结出运行管理经验,使之更好的为运行服务,不断提高隧道运行管理效率。
4.7 运行工作要从管理出效益:
设备管理要从被动故障检修转向主动维护保养,通过加强运行维护管理工作,减少设备故障,延长使用寿命,降低管理成本。
5 结束语
电力隧道是城市电力系统输配电网架的重要组成部分,是确保电网安全、可靠、经济运行的关键设施,通过对电力隧道的规范管理可以为高压电力电缆安全运行提供良好的环境。
目前有多条用于500KV电缆运行的超长电力隧道(如在建中长度为25km的世博隧道、规划中的虹杨隧道等)即将投入运行,这对电力隧道的运行管理工作提出了更高的要求,运行工作将依托先进的科技手段,精细化的管理,向着低成本、高效能、全监控、低缺陷的方向而努力。
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