CN102562116A - 一种电力隧道通风系统的设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力隧道通风系统的设置方法，该方法包括以下步骤：1)在电力隧道内设置有多个通风井；2)在电力隧道内的工作井和通风井处设置风机；3)在电力隧道内还设有包括消声器、防火阀在内的安全设施。与现有技术相比，本发明具有方法简单、易实施，能使电力隧道内通风良好，保持隧道的常温环境，增加隧道的使用寿命等优点。

Description

一种电力隧道通风系统的设置方法

技术领域

本发明涉及通风系统领域，尤其是涉及一种电力隧道通风系统的设置方法。

背景技术

随着国民经济高速发展及全民生活水平的不断提高，上海电网的负荷量逐年攀升。为适应上海电力系统发展的需要，缓解中心城区供电压力，500kV变电站已深入市中心，市区内的500kV输电线路将采用电力电缆。500kV电缆因其输送容量的要求，对电缆周围的散热要求较高，原先上海常用的排管、直埋、电缆沟等敷设方式已不适合500kV电缆的需要。因此建设电力专用隧道成为500kV电缆敷设的主要方式。

对于电力专用隧道，除须考虑该电缆隧道内电缆敷设要求外，还要对电缆在隧道内的辅助设施，包括通风系统、动力系统、照明系统、排水系统、监测系统、通讯系统、消防系统、接地系统等各环节在隧道设计时一并考虑，以确保隧道内电缆敷设和安全运行。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种方法简单、易实施，能使电力隧道内通风良好，保持隧道的常温环境，增加隧道的使用寿命的电力隧道通风系统的设置方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种电力隧道通风系统的设置方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)在电力隧道内设置有多个通风井；2)在电力隧道内的工作井和通风井处设置风机；3)在电力隧道内还设有包括消声器、防火阀在内的安全设施。

所述的通风井设有14个。

所述的风机为混流风机。

所述的风机以立式的方式设置在电力隧道内的工作井和通风井处。

所述的风机以卧式的方式设置在电力隧道内的工作井和通风井处。

所述的风机以吊装的方式设置在电力隧道内的工作井和通风井处。

与现有技术相比，本发明方法简单、易实施，能使电力隧道内通风良好，保持隧道的常温环境，增加隧道的使用寿命。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

隧道人工强制降温的途径目前主要分为强制通风冷却以及冷水管道冷却方式。

通风冷却方式是指利用引风机在隧道间隔一定距离的两端进行强制抽风和排风，进出隧道的空气升温，从而利用空气的显热交换带走隧道内的热量。水冷又分为直接水冷方式和间接水冷方式。直接水冷方式是指将冷水管套在电缆外层，这个是最直接的方式；间接方式是指在隧道内部设置冷水管，与电缆平行布置，但两者的传热还需要通过中间的空气热阻。

在实际中应用的隧道降温措施既有强制通风冷却，又有水冷方式。风冷方式目前主要用于长度较短、发热量不大的隧道。这是因为空气的温差有限，而且风速受到限制，这样空气带走的热量有限；同时，季节性空气温度的变化也妨碍了通风冷却的有效性。水冷方式目前多采用间接冷却方式，虽然冷却效果比直接冷却差，但是由于维护、安装方便安全性高，因而在大部分的隧道冷却中得到应用。然而水冷方式需要安装冷水机组，需要专人维护管理，而且成本高，安全性差，这是限制其广泛应用的原因。

500kV世博隧道综合上述因素考虑，宜采用通风冷却方式。

通风系统设计

世博500kV电力隧道穿越城市中心区，隧道工作井之间的距离较长，根据线路布置，除14#工作井～三林变电站的区间较短外，其余最短距离均在500m以上，工作井间隔最长约1.4km，受地面现状及规划的限制，通风井考虑与工作井结合设置，隧道通风区段也相应加长，采用自然通风，单独依靠热压和风压的综合作用，无法满足隧道内热环境和火灾后通风排烟的要求。

根据类似工程资料，世博500kV电力隧道采用机械进风、机械排风分区段的推拉型纵向通风方式，即隧道区段一端送风、另一端排风，风机布置在工作井处。

世博500kV1#～6#工作井区间隧道，以及8#～10#工作井区间隧道采用盾构法施工，断面内径5.5m，隧道分隔为上、下两层，其余区段采用顶管施工，断面内径3.5m。

室外气象参数

夏季通风室外计算干球温度：30.8℃

冬季通风室外计算干球温度：3.5℃

夏季最多风向及其频率：    S14％

夏季室外平均风速：        3.4m/s

冬季最多风向及其频率：    N13％

冬季室外平均风速：        3.3m/s

大气压力：                夏季1005.7hPa；冬季1026.5hPa

上海市各月平均温度见表3-2。

表3-2

月份	1月	2月	3月	4月	5月	6月	7月	8	9月	10月	11月	2月
													温度/℃	6.2	5.8	11.4	16.0	20.8	25.5	29.2	30.1	23.8	22.0	15.5	8.0

上海地表面温度及温度波幅见表3-3。

表3-3

土壤表面年平均温度/℃	地面温度波/℃	最热月平均/℃	最冷月平均/℃
				17.0	11.9	27.2	3.4

电力隧道是敷设电力电缆的专用隧道，电缆运行时散发大量热量，如果不通风，会使隧道内温度持续升高，电缆的载流量降低，浪费能源，直接造成经济损失。另外，维修人员需定期进入隧道检修，隧道内温度也不能太高，为满足电力隧道正常运行的温度环境要求，需要对隧道进行热平衡分析。

隧道热平衡就是分析隧道内得热量和失热量的各种影响因素，电力隧道得热量主要为电缆发热量，隧道失热量，即向隧道结构外传递的热量，包括通过隧道侧壁及土壤传向地面的热量，启动通风系统排除的热量，以及隧道周围土壤吸收隧道余热后蓄存的热量，而从运营角度考虑，隧道周围土壤蓄存的热量在冬季和春秋季会向隧道内释放，成为隧道得热量。因此，隧道热平衡分析应建立在全年运行的基础上。隧道热平衡计算公式见式1。

Q₀+Q₄＝Q₁+Q₂+Q₃    式1

式中，Q₀——电缆年发热量，W/a

Q₁——通风系统年排热量，W/a

Q₂——隧道周围土壤的年排热量，W/a

Q₃——隧道周围土壤的年蓄热量，W/a

Q₄——隧道周围土壤的年释热量，W/a

本工程隧道内设计温度按不超过40℃确定，为使隧道周围土壤保持稳定的蓄热能力，维持隧道常年运行温度环境的良性循环，按年为一个计算周期，可以假定隧道周围土壤的蓄热量和释热量相等，上式变为：

Q₀＝Q₁+Q₂    式2

为便于比较，隧道热平衡分析均采用单位隧道长度的热量计算。

a)通风系统排热量

单位隧道长度通风系统排热量

q₁＝LρcΔt₁    式3

式中，q₁——单位隧道长度的通风系统排热量，W/m

L——单位隧道长度的通风量，m³/(s·m)

ρ——空气密度，kg/m³

c——空气定压质量比热，W/kg·℃

Δt₁——通风系统送排风温差，℃

b)隧道周围土壤排热量

单位隧道长度土壤排热量

$q_2=\frac{\mathrm{\Δ}{t}_2}{\mathrm{\ΣR}}$ 式4

∑R＝R₁+R₂+R₃    式5

$R_1=\frac{1}{\mathrm{\π\α}{d}_n}$ 式6

$R_2=\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\λ}}_b}\ln \frac{d_w}{d_n}$ 式7

$R_3=\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\λ}}_t}\ln [\frac{2H}{d_w}+\sqrt{{\left(\frac{2H}{d_w}\right)}^2-1}]$ 式8

$H=h+\frac{{\mathrm{\λ}}_t}{{\mathrm{\α}}_t}$ 式9

当h/d_w≥2时，上式可近似简化为：

$R_3=\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\λ}}_t}\ln \frac{4H}{d_w}$ 式10

式中，q₂——单位隧道长度通过土壤的排热量，W/m

Δt₂——隧道内空气与土壤表面之间的温差，℃

∑R——从隧道内空气到土壤表面之间的总传热热阻，m·℃/W

R₁——从隧道内空气到隧道内壁之间的热阻，m·℃/W

R₂——隧道内壁热阻，m·℃/W

R₃——隧道周围土壤热阻，m·℃/W

α——隧道内壁放热系数，W/m²·℃

α_t——土壤表面放热系数，W/m²·℃

d_n——隧道内径，m

d_w——隧道外径，m

λ_b——隧道内壁导热系数，W/m·℃

λ_b——土壤导热系数，W/m·℃

H——隧道折算埋深，m

h——隧道中心埋深，m

就全年运行而言，土壤排热约占电缆发热量的比例在50％以上，在考虑隧道周围土壤蓄热量和释热量相等的前提下，仅靠土壤排热不能满足隧道内温度环境的要求，需通过通风系统排除隧道内热量。

根据上述分析，电力隧道通风量的确定还需适当考虑隧道周围土体介质蓄热的因素，以及通风系统年运行时间的合理分配。

在已建类似工程中，电力隧道通风量一般取用6次/h的换气标准，本工程电力隧道通过隧道热平衡分析，各通风区段的通风量按不小于3次/h换气次数计算。

地面风井布置：本工程穿越市中心，用地紧张，尤其在浦西，征地拆迁困难，加之隧道断面大，通风区段长，按常规计算所需的通风量较大，地面风井实施难度大。

根据这些特点，在对电力隧道热平衡分析的基础上，合理确定隧道通风量，缩小通风规模，减小通风设施(包括风井、风道及风机房)用地与地面现状及规划之间的突出矛盾。

在工程实施中，风井的设置与隧道工作井结合考虑，并尽量使其与周边景观环境相协调。结合工作井的布置，隧道共设14个通风井，并兼作巡检人员出入口。

为满足消声和防火要求，通风系统另外设置了消声器、防火阀等设备。

隧道区间通风设备、风道充分利用工作井的有效空间进行集约化布置，根据工作井的不同特点，风机采用立式、卧式和吊装等安装形式。如：7#工作井风机采用立式安装，通风布置见图3-7；10#工作井风机采用卧式安装。

防烟设计

本工程电力隧道根据消防要求，除工作井两端设置防火门外，隧道内防火门间隔不大于450m。

电力隧道发生火灾是依靠切断氧气供应而自熄的。当隧道某一防火分区发生火灾时，火灾报警控制系统立即自动关闭该防火分区两端的防火门(可以就地手动控制)，并确认或联动关闭所有在运行的风机和电动防火阀，以最大限度降低火灾事故带来的损失。待火势熄灭后，打开防火门，并开启防火分区两端工作井内的送风机和排风机，排除隧道内烟气，以便工作人员进入隧道抢修。

节能措施

隧道通风排热与通风系统送排风温差成正比，冬季和春秋季室外气温比较低，送排风温差大，通风系统排热量相应增大。在满足隧道内温度环境要求的情况下，通过对通风系统运行时间的合理组合，可以减少隧道全年通风运行时间，进而减少通风运营能耗，降低通风运营成本。

Claims (6)

1.一种电力隧道通风系统的设置方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)在电力隧道内设置有多个通风井；

2)在电力隧道内的工作井和通风井处设置风机；

3)在电力隧道内还设有包括消声器、防火阀在内的安全设施。

2.根据权利要求1所述的一种电力隧道通风系统的设置方法，其特征在于，所述的通风井设有14个。

3.根据权利要求1所述的一种电力隧道通风系统的设置方法，其特征在于，所述的风机为混流风机。

4.根据权利要求1所述的一种电力隧道通风系统的设置方法，其特征在于，所述的风机以立式的方式设置在电力隧道内的工作井和通风井处。

5.根据权利要求1所述的一种电力隧道通风系统的设置方法，其特征在于，所述的风机以卧式的方式设置在电力隧道内的工作井和通风井处。

6.根据权利要求1所述的一种电力隧道通风系统的设置方法，其特征在于，所述的风机以吊装的方式设置在电力隧道内的工作井和通风井处。