大断面电缆研究报告.ppt

《大断面电缆研究报告.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大断面电缆研究报告.ppt（67页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、大断面电缆研究报告 1.研究对象 1.1研究对象 本课题的研究对象是大断面电缆隧道(如图1-1)，其主要由以下八部分组成：(1)建筑部分 (2)结构部分 (3)通风部分 (4)消防部分 (5)电气部分 (6)照明部分 (7)给排水部分 (8)电缆敷设部分 图1 1 大断面电缆隧道 1.2 大断面科研的研究内容 大断面隧道科研分为三阶段完成。第一阶段的主要研究内容为：(1)电缆隧道相关文献资料的收集与分析；(2)管片隧道试验模型的设计。第二阶段的主要研究内容为：(1)大断面电缆管片隧道（T型接口）足尺模型的建立与试验结果分析；(2)大断面隧道内部电缆布置方案及其分析；(3)大断面长距离隧道段的通

2、风与消防模式与分析；(4)大断面隧道的照明与排水方案与分析；(5)电缆内部支架、主要构件力学分析；(6)大断面隧道的通风设计计算分析；(7)电缆布置、通风、消防、照明、排水方案分析与选择；(8)初步成果在大断面电缆隧道设计中的应用；(9)提交阶段性研究报告。第三阶段的主要研究内容为：(1)大断面电缆隧道的管片隧道模型力学分析；(2)大断面电缆隧道的管片隧道+内部结构整体力学分析；(3)大断面电缆隧道通风的计算流体动力学（CFD）模拟；(4)大断面电缆管片隧道设计与通风模式比选分析；(5)工作井、材料出入口、人员进出口的合理布置方式；(6)隧道分层布置及上下隧道层通风与控制模式；(7)研究成果在

3、大断面电缆隧道设计改进中的应用；(8)研究成果在设计中的转化确定合理断面布置、支架力学参数、通风模型与参数、照面布置等。2.研究意义 现代化城市高负荷密度的城区，土地资源极其珍贵，架空线走廊资源愈来愈受到限制，市政规划、景观及环保的要求愈来愈高，而采用地下电缆隧道改造城区电网，可以节省线路走廊和环境资源，输、配电线路实施地下化已是势在必行。国内外电缆隧道建设的实践表明，它是城市地下空间开发利用的一种很好形式，可以把110kV、220kV高压，乃至500kV超高压直接引入中心城区，使电网与城市建设得以和谐、协调的持续发展。电缆线路在运行中，输送较大的容量同时往往会产生很大的热量，若隧道内部通风效

4、果不理想，隧道内的温度就不断升高，电缆线路的输送容量也因此会受到限制。所以研究合理的隧道内通风和消防模式，不仅能维护电缆隧道内稳定的运行环境，而且还能准确的预测隧道内部可能产生的安全隐患，防患于未然。同时，随着负荷电流变化及环境温度变化，电力电缆会发生热伸缩。电缆线芯的热胀冷缩会产生非常大的热机械力，电缆线芯截面越大，产生的热机械力就越大。线芯和金属护套还会应热胀冷缩的多次循环而产生蠕变。热伸缩对电力电缆长期运行构成威胁，会造成运行电缆位移，滑落，甚至损坏电缆及附件。针对上述情况，需要根据电缆的重量、允许牵引力、侧压力和摩擦系数、各段电缆最大敷设长度和电缆按短路电动力确定所需预固定的距离等因素

5、，合理、有效的使用隧道内空间。在圆形电缆隧道中，若采用直立型支架（如图2 1所示），由于是圆形断面，直立型支架的左右两边均有较大的间隙，而且要保证中间检修通道的宽度，能敷设电缆电路的回路数相对较少，经济效果不理想。本课题采用新型的的环形支架，其弧形结构可以紧贴隧道的圆形表面，与采用直立型支架相比，在不增加外部空间资源和保证安检通道间距的前提下，合理扩展了电缆隧道内部的使用空间，增加了电缆的敷设回路数。图2 1 直立型支架电缆隧道截面 因此，通过对电缆布置、通风、消防、照明、排水及内部主要受力构件的分析与选择，可以明确大断面电缆隧道的电缆布置路线，对电缆隧道内部通风机理进行深入的研究，把理论分析

6、和实际工程联系起来。从本质上去解析和解决在工程建设中遇到的各种问题，对于电缆隧道设计有至关重要的作用，其成果不仅可以为主管部门和政府决策部门提供有效的参考，而且可以提高相关工程的质量，降低造价，使之真正做到安全、经济、合理；还可以积累资料，为我国大断面电缆隧道的设计提供参考依据和研究方法，完善我国大断面电缆设计和研究作出贡献。3.国内外研究现状 3.1国外研究现状 国外大多数城区变电站都通过电缆与电网相连，为改善城市中心商业区及其周围地区电力系统，以保证在该地区居住和工作的人能获得安全和可靠的电力供应。电缆隧道是把变电站连接起来的一种方式，但隧道并非是连接电网的唯一方式。电缆还可以敷设在市政道

7、路下，但国外开挖开挖方案往往被当地政府否决，因此变电站的连接选择了电缆隧道方案。随着国外城市，尤其是大城市、特大型城市的供电线路密度加大和电力需求的增长，将超高压线路引入市中心，推动了超高压地下输电系统的发展，相继建成不同电压等级的隧道。国外一些国家电缆隧道建设的实践主要如:日本东京电力公司（TEPCO）确定了超高压线路引入市中心计划（拟建设13条线路），建成了目前的超高压地下输电系统。这一系统以围绕市区的500kV外环系统为起点，建设尽可能靠近市中心的275kV地下输电线路。同时使各处的地下系统相互连接，确保供电的可靠性。东京电力公司在电缆隧道工程中积累了丰富的经验，现公司拥有460km的电

8、缆隧道和270km共享隧道。3.2国内研究现状 国内电缆隧道建设起步较晚，但近年来，国内大城市的用电负荷增长很快，原有的220kV输电系统供电已不能满足日益增长的电力需求，在大城市的市中心兴建地下变电站，通过电缆隧道敷设地下电缆线路，将更高一级电压等级500kV引入市中心已成为必然的选择。国内（包括香港）电缆隧道建设的实践主要有：(1)北京 北京是我国城市电缆隧道应用最多的城市，已建成电缆隧道总长度达360km，每年新建电缆隧道达15km。电缆隧道敷设已成为110220kV输配电电缆线路主要敷设方式之一。(2)上海 上海市电力公司经反复调研论证，提出了在今后上海城市电网建设中，原则上以电缆隧道

9、为220500kV输电线路的主干通道，已建于地下表层的电缆排管作为电力输送的支线延伸。上海市电力公司现有电缆隧道共11km，其中包括4条跨越黄浦江的电缆隧道。4.大断面隧道建筑结构部分的研究成果 建筑部分研究成果：通过对国内外几种常用的电缆敷设方式的优缺点的比较分析，结合一些工程实例确定一种更加符合本隧道电缆敷设方式。并在直通型隧道连接处、拐弯型隧道连接处和T型隧道连接处确定合理的电缆布置方案。结构部分研究成果：通过对电缆隧道内主要的受力结构（钢环、钢柱、电缆支架等）的力学计算，确定受力构建合理的截面尺寸，并结合通用有限元软件ADINA对整个结构体系进行整体的屈曲分析，验算力学计算的结果。并对

10、钢环、钢柱、电缆支架、预应力混凝土板、衬砌等构件的防火、防锈及防腐措施提出了建议。4.1大断面内部电缆布置方案及分析 4.1.1隧道电缆布置方案 由于各电缆隧道的输电能力要求各不一样，其截面电缆布置方案也会有所差别。图4 1的方案把电缆隧道分为上下两层。这样，隧道可以分为上下两个防火分区，当隧道上层发生火灾时，由于混凝土板的阻隔（混凝土板涂过阻燃材料），火势不会向下层蔓延，上层的人员也可以逃到隧道下层，减少生命财产的损失。然而，由于隧道内设置了混凝土板，隧道每层的纵向高度与原来不分层相比减小了一倍。隧道内设备及构件安装时，进入隧道内的施工设备受隧道内竖向高度的限制，增加了施工的难度。图4 1

11、隧道分层时电缆布置图 图4 2的方案为隧道内未分层时的电缆布置方案，隧道内部结构布置比较简单，隧道内未设置混凝土隔板，空间内净高与隧道内分层时每层净高相比大了一倍，内部电缆支架的布置可以更加灵活。然而，由于隧道直径比较大，上部电缆敷设时高度比较高，敷设难度增加。隧道内最多也只可布置16回电缆。图4 2 隧道未分层时电缆布置图700预埋件XLPE电缆电缆三相抱箍PVC胶垫220kv电缆支架左图4 3 钢柱上布置的电缆支架大样右图4 4 钢环上布置的电缆支架大样4.1.2电力电缆敷设(1)“一”字形布置与“品”字形布置 在电缆隧道内敷设的110kV电压等级的高压电缆(电压高、截面大、负荷大)基本上

12、都采用单芯电缆，其布置除需考虑满足散热条件以外，还要考虑电缆对邻近导体的影响以及电缆之间的相互影响。单芯交流电缆的布置方式包括“品”字形布置和“一”字形布置。(2)金属护套接地方式 单芯电缆金属护套接地方式可分为单端接地、双端接地和交叉互联接地等三种 从工艺角度考虑，双端接地最简单，交叉互联接地最复杂，单端接地居中。从安全接地、短路动作可靠性角度考虑，双端接地和交叉互联接地更为有利，贯通的金属护套可视为一根良好的接地线。(3)电缆的蛇形敷设设计 在隧道支架上敷设的单芯交联电缆与敷设在排管内的不同，因为在隧道支架上敷设的电缆能沿半径方向滑移不如排管那样受到管壁阻碍，当电缆在轴向伸长时其伸缩量往往

13、会集中到电缆盘绕残留弯曲处，使电缆从支架上隆起而产生不规则的热伸缩滑移现象，为防止该类不规则的滑移一般是采用连续蛇形敷设方法。改方法是利用各个蛇形弧幅宽来吸收电缆的热伸长量，为缩小工作井提供条件。(4)水平蛇形敷设 根据国外电缆热伸缩的研究，因电缆温度变化而产生的轴向力除了与电缆本体的抗弯强度和因电缆本体重量产生的摩擦力有关外，还与蛇形弧的弯曲刚性，线膨胀系数温升电缆单位重量以及电缆支持器材的摩擦系数有关。水平蛇形的支架布置一般在1.5m2m间距，比垂直蛇形小一半，电缆的重量能比较平均地分配在各个支架上，对单根支架及横担的受力要求较低。(5)垂直蛇形敷设 垂直蛇形敷设一般采用4m以上的蛇形间距

14、，与水平蛇形敷设相比可以大大减少支撑的支架横担数量，如图4 5所示。支持4wR0nFa04wRFa图4 5 垂直蛇形敷设侧视图图4 6 隧道电缆蛇形敷设 水平蛇形敷设蛇形段需搁置在支架上，当电缆发生热伸缩时电缆表面将与横担产生移动摩擦，而垂直蛇形敷设在支持点之间电缆自然下垂，避免了这个问题。日本新丰洲变电站电缆隧道所采用的就是电缆垂直蛇形布置形式，见图4 6。(6)竖向工作井电缆布置方式对于电缆竖井来说，电缆的主要固定方式有3种，如下表所示。顶部一点夹具支持直线敷设夹具支持蛇形敷设夹具支持 适用竖井高差不大，电缆重量较轻的场合。电缆热伸缩由底部弯曲处吸收。适用于电缆重量较重，但热伸缩轴向力不大

15、的情况。每隔数米设一夹具，能紧握电缆重量和热伸缩轴向力。适合热伸缩轴向力很大的场合，用蛇形敷设来降低热伸缩轴向力。电缆夹具夹具电缆电缆敷设蛇形安装）角度（根据夹具适用场所敷设示意图方式4.1.3隧道段交接处电缆布置 根据电力工程电缆设计规范（GB50217-94），电缆的路径选择，应符合下列规范：1、避免电缆遭受机械性外力、过热、腐蚀等危害。2、满足安全要求条件下使电缆较短。3、便于敷设、维护。4、避开将要挖掘施工的地方。为了便于电缆隧道运营后的管理维修，在电缆的布置时沿隧道全线均应留出有足够的空间作为人行通道。隧道的中间段，由于电缆均贴墙壁走向，此问题较易解决。而在隧道连接处，由于电缆数目较

16、多，方向复杂，易出现不同电缆在线路上的交叉，或者阻碍人行通道。为此，在电缆布置时，应进行合理的规划、设计，使电缆尽量沿隧道侧壁敷设，从而避免不同线路电缆的交叉问题。图4 7、图4 9、图4 8分别是直通连接处、T型连接处和拐弯连接处的电缆布置示意图 图4 7 直通连接处图4 8 拐弯连接处图4 9 T型连接处图4 10 电缆敷设示意图图4 11 工作井剖面图4.2电缆内部支架、主要构件力学分析 4.2.1主要受力构件的防火处理 因为在火灾发生后，若钢环、钢柱、混凝土板等主要的受力构件受到破坏将很难重新施工，所以要确保这些构件能在火灾发生时能继续承受荷载，在火灾发生后不用较大的修复就能继续使用，确保电缆隧道的使用年限，需要对这些构件进行防火处理。4.2.1.1钢环、钢柱等钢结构的防火防锈处理措施 1、钢结构的防火措施 由于缺少明确的隧道内钢结构的防火规范，建议依据建筑钢结构防火技术规范（CECS 200：2006）要求，主要受力构件钢环、钢柱的的耐火极限不低于23小时，当钢结构采用防火涂料保护时，可采用膨胀型和非膨胀型防火涂料，钢结构防火涂料的技术性能除应符合现行国家标准钢结构防火涂料（