CN106921141A - 综合管廊电力舱室线路正弦形敷设等边三角形排列时支架布置方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种综合管廊电力舱室线路正弦形敷设等边三角形排列时支架布置方法，高压线路通过支架托臂敷设在电力舱室的支架立柱上，高压线路采用竖向正弦形铺设，且三根高压线路截面成等边三角形排列，每根高压线路均为单芯电缆，首先通过拉力限值分析，确定线路正弦形幅值的允许最小值，然后进行感应电压分析，确定线路正弦形幅值的允许最大值B_max；最后确定支架托臂的宽度和支架立柱的间距。本发明在满足线路的力学性能及保证人身安全的前提下，提出确定综合管廊电力舱室线路正弦形敷设等边三角形排列时的支架立柱间隔、支架托臂宽度的取值方法，为综合管廊电力舱室的支架设计提供参考。

Description

综合管廊电力舱室线路正弦形敷设等边三角形排列时支架布 置方法

技术领域

本发明属于综合管廊系统领域，具体涉及一种综合管廊电力舱室线路正弦形敷设等边三角形排列时支架布置方法。

背景技术

最近这些年，伴随着都市的急速发展，市中心的负荷密度越来越大，当架空走廊困难或无法与城市供电需求相一致时，都市电网配电系统大部分采用综合管廊传输分配系统，便于提高电力系统抵抗自然灾害的能力并且能最大限度的利用土地资源。长距离、高电压、大截面线路在大、中都市的经济发达区和人口密集区的配电网架中占据了十分重要的地位，电力线路的管理维护和安全运行也变得越来越重要了。虽然综合管廊的建造成本远大于目前广泛采用的架空式管线和直埋式的敷设方式，但为了增强线路的稳定性、耐久性，减少重复开挖，地下空间和维护成本，提高城市生活，改善城市环境，以及从提高管理的角度出发，必然具有很好的经济效益和社会效益，且能实现一次投入达到终生受益的目的。线路在综合管廊电力舱室内运行条件较好，环境相对恒定，运行管理便利，特别是在主城干线配电网上，当有较多线路铺设其中时，其在经济指标等方面能体现出合理性。

结合施工运行和工程实际，综合管廊电力舱室布置存在两方面问题：1)综合管廊电力舱室长度一般为数公里、传输电流数值很大，由于热学特性作用产生的热机械力如不能合理释放的状况下，将引起线路外套的破坏并且对线路附属设施和附件产生损害。当直线形铺设不能满足力学特性时，线路在综合管廊电力舱室内采用正弦形铺设，能很好的抵消热学特性的突变量，减少力学应力，提高高压电网运行的可靠性。2)电力舱室线路当发生对地接地故障时将在金属护层上感应出很高的电压，导致护层老化等安全问题，在电力舱室支架间合理化地敷设线路是解决这个问题的有效措施。电力舱室线路排列分为以下六种情况：直线敷设等边三角形排列；直线敷设直角三角形排列；直线敷设直线并列排列；正弦形敷设等边三角形排列；正弦形敷设直角三角形排列；正弦形敷设直线并列排列。综合管廊电力舱室线路敷设方式确定原则：1.当线路直线敷设时且其线路拉力满足要求(一般认为线路拉力应限制在6kN以下)，又因直线敷设节约投资成本且施工较为方便，则优先采用直线敷设；2.当线路直线敷设线路拉力不满足要求时，则考虑采用正弦形敷设，并使其线路拉力及线路感应电压均满足要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种综合管廊电力舱室线路正弦形敷设等边三角形排列时支架布置方法，为综合管廊电力舱室的支架设计提供参考。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种综合管廊电力舱室线路正弦形敷设等边三角形排列时支架布置方法，高压线路通过支架托臂敷设在电力舱室的支架立柱上，高压线路采用竖向正弦形铺设，且三根高压线路截面成等边三角形排列，每根高压线路均为单芯电缆，其特征在于：它包括以下步骤：

拉力限值分析，确定B_min：

在满足线路拉力F≤6kN的条件下，根据式(1)、(2)、(3)得出线路正弦形幅值的允许最小值B_min；式中，E_I为线路抗弯刚性，单位为N·mm²；B为线路正弦形幅值，单位为mm；Φ为线路膨胀指数，单位为1/℃；θ为线路芯线的温度，单位为℃；n为当线路温度发生变化时线路的侧向位移，单位为mm；μ为线路摩擦因数，无量纲；W为线路单位重力，单位为N/mm；L为线路正弦形波长的一半，单位为mm；x为相位角；

感应电压分析，确定B_max：

E_s＝l·E_so (4)，

E_so＝IX_s (5)，

l＝NLx10^-6 (7)，

ω＝2πf (8)，

综合式(2)至式(8)，在满足感应电压E_s≤50V的条件下，可以得出线路正弦形幅值的允许最大值B_max；式中，l为线路金属层的通路上的某一部位与其接地处的距离，单位为km；E_so为单位长度的感应电压，单位为V/km；I为线路导体正常工作电流，单位为安培；X_s为线路的单位长度电阻，单位为Ω/km；ω为角速度，单位为rad/s；S为相邻线路之间中心距，单位为m；r为待求情况下的线路比载，单位为N/(m·mm²)；f为工作频率，单位为Hz；

确定所述的支架托臂的宽度C和支架立柱的间距即线路正弦形波长的一半L：

C＝2D+2B+n (9)，

B_min≤B≤B_max (10)，

综合式(2)、(3)、(9)、(10)，得出支架托臂宽度C和支架立柱的间距L的取值范围；式中，D为线路的外直径，单位为mm。

本发明的有益效果为：在满足线路的力学性能及保证人身安全的前提下，提出确定综合管廊电力舱室线路正弦形敷设等边三角形排列时的支架立柱间隔、支架托臂宽度的取值方法，为综合管廊电力舱室的支架设计提供参考。

附图说明

图1为城市地下综合管廊横断面图。

图2为高压线路敷设示意图。

图3为金属层感应电压敷设示意图。

图4为线路等边三角形敷设横断面图。

图中：1-高压线路；2-线路接头层；3-管道舱室；4-电力电信舱室；5-电力舱室；6-支架托臂；7-支架立柱；8-感温光纤；1’-升温后的线路；9-绝缘接头；10-接地电阻。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，城市地下综合管廊包括管道舱室3、电力电信舱室4和电力舱室5，高压线路1设置在电力舱室5中。其中，高压线路1通过支架托臂6和支架立柱7进行固定，并且间隔的设有线路接头层2。每根高压线路1上敷设有感温光纤8。本发明中所述的高压线路1均为110kV及以上高压线路。

本发明的目的便是合理的设置支架托臂6的宽度，以及支架立柱7的间距。支架托臂6的宽度主要与以下三个因素有关：线路的侧向位移、线路拉力和线路的感应电压。

管廊内部环境温度发生变化或线路发生短路故障时，将引起线路的温度发生变化，这将在线路内部产生一个横向拉力。当线路直线敷设拉力大于6kN时，在综合管廊电力仓内的线路可以采用竖向正弦形敷设，进而减小线路拉力。高压线路的正弦形铺设如图2所示，当升温后，高压线路1有一个侧向位移n，变成升温后的线路1’。

一种综合管廊电力舱室线路正弦形敷设等边三角形排列时支架布置方法，如图3和图4所示，高压线路1采用竖向正弦形铺设，且三根高压线路1截面成等边三角形排列，每根高压线路均为单芯电缆，通过支架托臂6敷设在电力舱室5的支架立柱7上，首尾各设有绝缘接头9和接地电阻10，本方法包括以下步骤：

拉力限值分析，确定B_min：

在满足线路拉力F≤6kN的条件下，根据式(1)、(2)、(3)得出线路正弦形幅值的允许最小值B_min；式中，E_I为线路抗弯刚性，单位为N·mm²；B为线路正弦形幅值，单位为mm；Φ为线路膨胀指数，单位为1/℃；θ为线路芯线的温度，单位为℃；n为当线路温度发生变化时线路的侧向位移，单位为mm；μ为线路摩擦因数，无量纲；W为线路单位重力，单位为N/mm；L为线路正弦形波长的一半，单位为mm；x为相位角；

线路导体正常工作时在交流系统中单芯线路一回的金属层上任一点非直接接地处的正常感应电压，一般不得大于50V。因110kV三相供电回路，除敷设于湖、海水下等场所且线路截面不大时可选用三芯型外，每回可选用3根单芯线路。110kV以上三相供电回路，每回应选用3根单芯电缆。结合综合管廊电力舱室实际情况，三根单芯高压线路的排列特征分为等边三角形、直角三角形、直线并列三种情况。本发明以线路正弦形敷设等边三角形排列为分析对象。

感应电压分析，确定B_max：

E_s＝l·E_so (4)，

E_so＝IX_s (5)，

l＝NLx10^-6 (7)，

ω＝2πf (8)，

综合式(2)至式(8)，在满足感应电压E_s≤50V的条件下，可以得出线路正弦形幅值的允许最大值B_max；式中，l为线路金属层的通路上的某一部位与其接地处的距离，单位为km；E_so为单位长度的感应电压，单位为V/km；I为线路导体正常工作电流，单位为安培；X_s为线路的单位长度电阻，单位为Ω/km；ω为角速度，单位为rad/s；S为相邻线路之间中心距，单位为m；r为待求情况下的线路比载，单位为N/(m·mm²)；f为工作频率，单位为Hz；

确定所述的支架托臂的宽度C和支架立柱的间距即线路正弦形波长的一半L：

C＝2D+2B+n (9)，

B_min≤B≤B_max (10)，

综合式(2)、(3)、(9)、(10)，得出支架托臂宽度C和支架立柱的间距L的取值范围；式中，D为线路的外直径，单位为mm。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种综合管廊电力舱室线路正弦形敷设等边三角形排列时支架布置方法，高压线路通过支架托臂敷设在电力舱室的支架立柱上，高压线路采用竖向正弦形铺设，且三根高压线路截面成等边三角形排列，每根高压线路均为单芯电缆，其特征在于：它包括以下步骤：

拉力限值分析，确定B_min：

$F=-\frac{8E_I}{B^2}\frac{\mathrm{\Φ}\mathrm{\θ}}{2}-\frac{8E_I}{{\left(B+n\right)}^2}\frac{\mathrm{\Φ}\mathrm{\θ}}{2}-\frac{{\mathrm{\μWL}}^2}{2\left(B+n\right)}x0.8---\left(1\right),$

$n=\sqrt{B^2+1.6{\mathrm{\Φ\θL}}^2}-B---\left(2\right),$

$L=\left(\underset{0}{\overset{2\mathrm{\π}}{\∫}}\sqrt{1+{(B+n)}^2{\cos }^{2}x}dx\right)x{10}^{-6}---\left(3\right),$

在满足线路拉力F≤6kN的条件下，根据式(1)、(2)、(3)得出线路正弦形幅值的允许最小值B_min；式中，E_I为线路抗弯刚性，单位为N·mm²；B为线路正弦形幅值，单位为mm；Φ为线路膨胀指数，单位为1/℃；θ为线路芯线的温度，单位为℃；n为当线路温度发生变化时线路的侧向位移，单位为mm；μ为线路摩擦因数，无量纲；W为线路单位重力，单位为N/mm；L为线路正弦形波长的一半，单位为mm；x为相位角；

感应电压分析，确定B_max：

E_s＝l·E_so (4)，

E_so＝IX_s (5)，

$X_s=\left(2\mathrm{\ω}In\frac{S}{r}\right)x{10}^{-4}---\left(6\right),$

l＝NLx10^-6 (7)，

ω＝2πf (8)，

综合式(2)至式(8)，在满足感应电压E_s≤50V的条件下，可以得出线路正弦形幅值的允许最大值B_max；式中，l为线路金属层的通路上的某一部位与其接地处的距离，单位为km；E_so为单位长度的感应电压，单位为V/km；I为线路导体正常工作电流，单位为安培；X_s为线路的单位长度电阻，单位为Ω/km；ω为角速度，单位为rad/s；S为相邻线路之间中心距，单位为m；r为待求情况下的线路比载，单位为N/(m·mm²)；f为工作频率，单位为Hz；

确定所述的支架托臂的宽度C和支架立柱的间距即线路正弦形波长的一半L：

C＝2D+2B+n (9)，

B_min≤B≤B_max (10)，

综合式(2)、(3)、(9)、(10)，得出支架托臂宽度C和支架立柱的间距L的取值范围；式中，D为线路的外直径，单位为mm。