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關(guān)鍵詞:高速公路;路線設(shè)計(jì);應(yīng)用
中圖分類號(hào): U412.36+6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):
高速公路路線設(shè)計(jì)方案是路線設(shè)計(jì)中最核心的問題,它關(guān)系著工程的配套布局、工程造價(jià),決定著工程項(xiàng)目的成敗,因此,在高速公路的路線方案設(shè)計(jì)過程中,施工部門要與主管部門、設(shè)計(jì)單位等多部門溝通協(xié)調(diào),按照國(guó)家規(guī)定的設(shè)計(jì)原則,綜合考慮,安全施工,既要保證工程的實(shí)用美觀,又要合理控制項(xiàng)目造價(jià),做到施工的安全性、實(shí)用性、穩(wěn)定性的統(tǒng)一。
一、高速公路路線設(shè)計(jì)方案的協(xié)調(diào)工作
(一)設(shè)計(jì)原則
高速公路路線選擇涉及的因素很多,例如地質(zhì)、地形條件、當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)水平與交通流量、人文景觀等。施工單位在建設(shè)高速路的過程中必須遵循一定的設(shè)計(jì)原則:
1.安全穩(wěn)定性原則
路線設(shè)計(jì)的首要原則即是安全穩(wěn)定性原則,通過對(duì)各種施工方案進(jìn)行比較,合理選擇路線與工程設(shè)計(jì)方案,設(shè)計(jì)合理的中央隔離帶,在陡坡與拐彎處要設(shè)計(jì)合理的限速標(biāo)志等措施,保證司機(jī)駕駛的安全性、行人的安全。
2.科學(xué)發(fā)展原則
路線設(shè)計(jì)要根據(jù)科學(xué)發(fā)展原則合理規(guī)劃??茖W(xué)施工,建設(shè)單位要進(jìn)行科學(xué)的方案論證路線選擇盡量選擇在城市、縣城的外環(huán),做到不干擾居民正常生活,同時(shí)要保證少占農(nóng)用耕地,保護(hù)古跡以及人文景觀,施工隊(duì)只有遵循這一原則,才能促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。
3.整體性原則
公路設(shè)計(jì)要根據(jù)其具置,充分考慮當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢?,地貌特征、社?huì)環(huán)境特征、氣候條件等自然因素,設(shè)計(jì)風(fēng)格要符合當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)俗習(xí)慣、審美特征。在高速公路周圍景觀環(huán)境的設(shè)計(jì)中,施工隊(duì)要重視高速公路的路面寬度、路線交叉、隧道、公路線性與公路兩側(cè)的地形、生態(tài)特征的有機(jī)配合,以實(shí)現(xiàn)在滿足高速公路基本功能的前提下,達(dá)到公路與原有景觀的高度和諧。同時(shí),建設(shè)單位也應(yīng)該重視對(duì)原有景觀的開發(fā),保護(hù)與利用。
(二)設(shè)計(jì)方案的協(xié)調(diào)工作
1.與主管部門的組織協(xié)調(diào)
高速公路的設(shè)計(jì)方案要與主管部門組織協(xié)調(diào),目前,大多數(shù)靠近城市的高速公路均采用高路堤的設(shè)計(jì)方案,以實(shí)現(xiàn)跨越現(xiàn)有的道路,這對(duì)城市的發(fā)展有明顯的制約。所以高速公路路線的選線、立交布置和城市規(guī)劃之間的矛盾相當(dāng)突出,同時(shí),路線選線要規(guī)避水源地、軍事地帶、環(huán)境保護(hù)地、地下礦藏等等,如何協(xié)調(diào)好高速路設(shè)計(jì)方案與諸多主管部門的關(guān)系,是設(shè)計(jì)者必須面對(duì)的問題。高速公路設(shè)計(jì)者首先要學(xué)習(xí)高速公路設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí),加強(qiáng)知識(shí)積累,按照客觀實(shí)際、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、服務(wù)大眾的原則處理各部門與高速建設(shè)單位之間的矛盾,充分發(fā)揮公路對(duì)地方經(jīng)濟(jì)的帶動(dòng)作用。對(duì)于高速公路的選線設(shè)計(jì),要本著少破壞、少占地、多保護(hù)的原則,努力實(shí)現(xiàn)雙方的和諧共贏。
2.路線設(shè)計(jì)單位與房建設(shè)計(jì)單位之間的協(xié)調(diào)
高速路路線設(shè)計(jì)單位與房建設(shè)計(jì)單位的協(xié)調(diào)主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)標(biāo)高、場(chǎng)區(qū)位置、土方調(diào)配等問題。路線設(shè)計(jì)初期公路主體要有相對(duì)準(zhǔn)確的平面位置,以進(jìn)行車道、土石方量的設(shè)計(jì)。由于高速收費(fèi)站以及服務(wù)區(qū)工程建設(shè)有一定的滯后性,以致于在高速主體工程設(shè)計(jì)時(shí),房建組的介入深度不夠,積極性不強(qiáng),這更需要雙方加強(qiáng)溝通與協(xié)調(diào)。在高速路主體設(shè)計(jì)的初期,房建設(shè)計(jì)單位要積極參與,努力確定服務(wù)區(qū)的規(guī)模與需要的工程材料,再與路線設(shè)計(jì)單位確定服務(wù)區(qū)的準(zhǔn)確位置,然后路線設(shè)計(jì)單位統(tǒng)一進(jìn)行服務(wù)區(qū)與線路主體工程的土石方調(diào)配設(shè)計(jì),由路線設(shè)計(jì)單位提供服務(wù)區(qū)設(shè)計(jì)標(biāo)高,再由房建單位審計(jì)通過后反饋給路線設(shè)計(jì)單位,最后依據(jù)雙方共同確定的標(biāo)高進(jìn)行設(shè)計(jì)。此外,雙方單位傳遞的資料要合理明確、及時(shí)準(zhǔn)確,努力實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的合理性與經(jīng)濟(jì)性。
3.與設(shè)計(jì)單位的組織協(xié)調(diào)
由于我國(guó)高速公路的設(shè)計(jì)大多采用招投標(biāo)法的方法進(jìn)行,高速公路設(shè)計(jì)由多個(gè)設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)的情況普遍存在,由于設(shè)計(jì)方法與理念的不同,設(shè)計(jì)單位之間的銜接協(xié)調(diào)尤為重要。在高速路的設(shè)計(jì)評(píng)審階段,由于時(shí)間緊迫、工作量較大的原因?qū)е掳l(fā)現(xiàn)的問題無(wú)法有效的解決。所以,相關(guān)部門在高速路的設(shè)計(jì)初期就要開展多個(gè)設(shè)計(jì)單位之間的溝通與協(xié)調(diào),對(duì)于設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)要統(tǒng)一。此外,要實(shí)行設(shè)計(jì)監(jiān)理制度,使設(shè)計(jì)單位統(tǒng)一考慮、協(xié)調(diào)組織同一條高速路的設(shè)計(jì)工作。
二、高速公路的線路設(shè)計(jì)方案的應(yīng)用
龍瑞高速公路是云南省境內(nèi)龍陵至瑞麗的一段高速公路,這一高速位于橫斷山脈西南側(cè),高速公路設(shè)計(jì)路線經(jīng)過之處地理地貌特征復(fù)雜,山、河、盆地交錯(cuò)分布,路線經(jīng)過處有國(guó)家級(jí)風(fēng)景區(qū),此外,沿線城鎮(zhèn)民族風(fēng)情淳厚,風(fēng)光優(yōu)美。
龍瑞高速設(shè)計(jì)單位在施工過程中,施工隊(duì)嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)定的設(shè)計(jì)規(guī)范,根據(jù)山區(qū)高速路“地質(zhì)選線、氣象選線、環(huán)境選線、安全選線”的原則,結(jié)合龍瑞高速經(jīng)過地區(qū)的自然特點(diǎn)、項(xiàng)目工程特點(diǎn)、社會(huì)人文特點(diǎn),進(jìn)行項(xiàng)目的施工設(shè)計(jì)。首先,施工通過協(xié)調(diào)各個(gè)建設(shè)單位建立了以曲線為主的線路設(shè)計(jì)原則,根據(jù)地形狀況嚴(yán)格控制直線長(zhǎng)度,避免出現(xiàn)道路催眠的問題,以確保行駛安全。同時(shí),施工隊(duì)通過與設(shè)計(jì)單位的協(xié)調(diào),著重考慮了平均縱坡與坡長(zhǎng)的問題,在施工過程中,盡量避免長(zhǎng)陡坡地段的出現(xiàn)。其次,在建設(shè)的過程中,施工單位與當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門密切合作,堅(jiān)持了節(jié)約耕地、保護(hù)資源的原則,在云南山區(qū)里,耕地比較稀缺,施工單位本著少占耕地的原則,進(jìn)行高速路施工建設(shè),對(duì)保護(hù)當(dāng)?shù)氐耐恋刭Y源做出了巨大貢獻(xiàn)。此外,云南是少數(shù)民族的聚居地,施工方龍瑞高速經(jīng)過之地充分考慮了這一點(diǎn),本著尊重民族習(xí)慣的原則,設(shè)計(jì)了獨(dú)特的高速公路走向。
結(jié)語(yǔ):
高速公路的設(shè)計(jì)是公路工項(xiàng)目的靈魂,只有優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案才能創(chuàng)造出一條經(jīng)濟(jì)實(shí)用的高速公路。在施工過程中,我們必須做好施工各單位的溝通工作,按照規(guī)范的設(shè)計(jì)原則,進(jìn)行高速公路的路線設(shè)計(jì),只有優(yōu)化設(shè)計(jì)才能保證高路路安全運(yùn)行,滿足社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需要。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:10kV配電線路;線路設(shè)計(jì)方案;供電需求;電力企業(yè);電力系統(tǒng)
對(duì)于配電線路的控制,在整個(gè)電力系統(tǒng)的控制中尤其重要。在整個(gè)電力系統(tǒng)的有效運(yùn)行過程中,配電線路的主要作用是傳輸和配送電能,因此配電線路的設(shè)計(jì)是否科學(xué)、合理,運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)劣將直接影響到整個(gè)電力系統(tǒng)是否能夠有效地運(yùn)行。這就要求在電力運(yùn)行的管理之中,大大加強(qiáng)對(duì)配電線路的科學(xué)、合理設(shè)計(jì)。
1、10kV配電線路設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循的原則
在電力系統(tǒng)中配電線路作為重要構(gòu)件,設(shè)計(jì)的合理與否直接影響著整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行,甚至?xí)o電力企業(yè)的發(fā)展帶來(lái)一定的影響。因此在對(duì)配電線路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),要求相應(yīng)的設(shè)計(jì)人員要結(jié)合實(shí)際條件,能夠合理科學(xué)地利用技術(shù),從而對(duì)配電線路進(jìn)行設(shè)計(jì)。(1)要求設(shè)計(jì)人員要遵循科學(xué)性原則,確保整個(gè)設(shè)計(jì)的科學(xué)性,以合理科學(xué)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì),且能夠在實(shí)踐中有效的應(yīng)用與實(shí)施;(2)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)人員要對(duì)安全問題進(jìn)行考慮,要使整個(gè)設(shè)計(jì)方案能夠保證線路的安全性;(3)在設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)人員要秉承經(jīng)濟(jì)性原則,盡可能地列出多種設(shè)計(jì)方案,重點(diǎn)要對(duì)多種設(shè)備進(jìn)行列出比較,最后選擇出最合適的設(shè)計(jì)方案,在保證配電線路安全的條件下,要盡可能節(jié)約成本的支出。
2、電力系統(tǒng)10kV配電線路設(shè)計(jì)方案分析
10kV配電線路主要分布在我國(guó)農(nóng)村地區(qū),原理是采用架空線路的形式結(jié)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行放射性供電。在具體運(yùn)行的過程中,10kV配電線路所涉及的過程比較復(fù)雜,內(nèi)容比較繁多,因此這就要求設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前,要高度注重對(duì)設(shè)計(jì)中的每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行完善,進(jìn)而達(dá)到設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性的標(biāo)準(zhǔn)。10kV配電線路設(shè)計(jì)流程如下:(1)設(shè)計(jì)人員在接到配電線路設(shè)計(jì)任務(wù)后,要以配電工程所在的區(qū)域建設(shè)規(guī)劃指標(biāo)為依據(jù),對(duì)配電線路的路徑進(jìn)行合理設(shè)計(jì),要對(duì)配電線路的起、終點(diǎn)位置進(jìn)行定位,且要對(duì)整個(gè)配電線路的長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量。在此步驟中,要求設(shè)計(jì)人員高度重視配電線路區(qū)域的地形、地貌特征并且要更進(jìn)一步地進(jìn)行調(diào)查研究,對(duì)配電線路區(qū)域的地形、地貌特征進(jìn)行熟悉且要求掌握,能夠熟練地繪制出相應(yīng)的設(shè)計(jì)圖紙,與此同時(shí)在所設(shè)計(jì)的配電線路中,相關(guān)數(shù)據(jù)要確保它的精確性。在設(shè)計(jì)好配電線路的路徑后,設(shè)計(jì)人員應(yīng)將設(shè)計(jì)方案交給相關(guān)部門進(jìn)行審核,審核且通過后才可實(shí)施,防止由于所設(shè)計(jì)的路線與區(qū)域的建設(shè)規(guī)劃發(fā)生矛盾進(jìn)而出現(xiàn)線路改遷的問題。在對(duì)配電線路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)人員要秉承“兩點(diǎn)之間、線段最短”的宗旨,目的是減少線路曲折的問題,要保證所設(shè)計(jì)的線路科學(xué)且合理,能夠在實(shí)踐中操作與應(yīng)用;(2)設(shè)計(jì)人員對(duì)所設(shè)計(jì)的路徑圖紙繪制完成后,要結(jié)合實(shí)際的地形、地貌特點(diǎn),對(duì)配電線路的桿塔進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。對(duì)于桿塔的選擇,應(yīng)盡可能地避免對(duì)農(nóng)田或臨街住戶的占用,以不要打擾居民正常的生活為出發(fā)點(diǎn),然而對(duì)于路徑的選擇,要考慮到方便日后的檢查修理,在設(shè)計(jì)桿塔的環(huán)節(jié)時(shí)還要考慮到環(huán)境因素如相關(guān)區(qū)域的水文條件、地質(zhì)條件等,比如在埋管線的過程中,一定要確保管線埋設(shè)的安全性;(3)設(shè)計(jì)人員在基本確定路徑方案后,要權(quán)衡整個(gè)路徑設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性,對(duì)各路徑方案進(jìn)行分析與對(duì)比,最終得出更為科學(xué)、合理的路徑方案。由此可得,對(duì)于10kV配電線路的整體設(shè)計(jì)而言,要秉承有效性、科學(xué)性的原則,使整個(gè)設(shè)計(jì)方案能夠?qū)嵤┡c應(yīng)用。
3、10kV配電線路的設(shè)計(jì)
在對(duì)10kV配電線路的設(shè)計(jì)中,要充分考慮到配電裝置以及對(duì)配電線路路徑的選擇等方面的討論。在設(shè)計(jì)的實(shí)踐中,要高度重視對(duì)相關(guān)要素實(shí)施控制,針對(duì)各環(huán)節(jié)做好設(shè)計(jì)工作,保證整個(gè)配電線路在實(shí)際工作中發(fā)揮它的作用。3.1選擇適當(dāng)?shù)呐潆娧b置在整個(gè)電力系統(tǒng)中,配電裝置是重要的構(gòu)件,在配電線路設(shè)計(jì)當(dāng)中尤其重要。對(duì)于配電裝置的選擇過程中,要優(yōu)先考慮到相應(yīng)的環(huán)境、抗震能力等重要要素。3.1.1控制好環(huán)境溫度。配電線路對(duì)于配電裝置選擇的過程中,整個(gè)裝置所在區(qū)域的環(huán)境、溫度要保持穩(wěn)定性,保證環(huán)境、溫度能夠達(dá)到裝置所要滿足的標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下,所在區(qū)域的自然環(huán)境影響著配電裝置。3.1.2控制好導(dǎo)體、電器的相應(yīng)濕度。在選擇導(dǎo)體、電器的相對(duì)濕度時(shí),將月份濕度值作為線路所在區(qū)域的參考值,掌握線路真實(shí)的濕度狀況,選擇相應(yīng)的電器產(chǎn)品從而進(jìn)行安裝。比如在一些較為濕熱的地區(qū),設(shè)計(jì)人員在對(duì)相應(yīng)的配電裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),選擇適合濕熱氣候的裝置進(jìn)行安裝。3.1.3考慮最大風(fēng)速。在配電線路施工的環(huán)節(jié)中,或多或少會(huì)受到一定風(fēng)速的影響,因此在對(duì)配電線路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)人員要考慮到全年的最大風(fēng)速值,一般,配電線路的架空位置和地面保持在12m左右。當(dāng)風(fēng)速過大時(shí),要求對(duì)配電設(shè)備的安裝高度進(jìn)行降低,與此同時(shí)還要考慮到相應(yīng)的氣象要素。3.2導(dǎo)體、電器的設(shè)計(jì)要想確定導(dǎo)線的截面面積,設(shè)計(jì)人員要按照電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì),進(jìn)而計(jì)算出導(dǎo)線的截面面積,還要重視對(duì)導(dǎo)線的型號(hào)、規(guī)格進(jìn)行驗(yàn)證,所選擇的電器能夠承受的最高運(yùn)行高壓要與配網(wǎng)運(yùn)行電壓持平,對(duì)于電流,配電線路所允許的電流要與最大的持續(xù)工作電流值持平。此外,截面面積確定了之后,在設(shè)計(jì)中要對(duì)導(dǎo)線的安全系數(shù)進(jìn)行標(biāo)注與說明。3.3選擇科學(xué)的線路組裝形式在10kV配電線路的桿塔結(jié)構(gòu)、絕緣子的形式以及導(dǎo)線的型號(hào)實(shí)際選擇過程中存在著較大的差異,因此相應(yīng)的絕緣子串的組裝形式也存在較大的差異,通常情況下采用單串絕緣子串來(lái)滿足導(dǎo)線的斷線張力與最大綜合荷重,對(duì)于一些特殊的大檔距、大導(dǎo)線、大溝以及一些交通要道等環(huán)境條件時(shí),如果單串絕緣子串不能達(dá)到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn),則要采用雙串的方式進(jìn)行接連,從而確保其線路組裝形式的有效實(shí)施。3.4做好導(dǎo)線的防震設(shè)計(jì)在現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)的過程中,要充分考慮到防震的設(shè)計(jì)要求,檔距、風(fēng)速、地形、風(fēng)向及線路架設(shè)高度等因素可能引起導(dǎo)線的振動(dòng),從而不同程度地對(duì)線路正常運(yùn)行造成影響,這就要求在具體的線路設(shè)計(jì)過程中采取相應(yīng)的防震措施。因此在進(jìn)行導(dǎo)線的防震設(shè)計(jì)過程中,應(yīng)將導(dǎo)線的安全系數(shù)、應(yīng)力大小、線路途經(jīng)以及經(jīng)過的地貌與地形特征等一系列因素進(jìn)行綜合考慮。
4、10kV配電線路設(shè)計(jì)中常見問題及對(duì)策
4.1負(fù)荷計(jì)算偏差在大部分設(shè)計(jì)文件中以年售電量作為基準(zhǔn),以此來(lái)預(yù)測(cè)每年售電量增長(zhǎng)10%,進(jìn)而推算負(fù)荷的大小。這種估算方法優(yōu)點(diǎn)為簡(jiǎn)單可行,存在統(tǒng)計(jì)負(fù)荷不免偏大、準(zhǔn)確性較差等缺點(diǎn),由此會(huì)造成年發(fā)電量不足年使用量,進(jìn)而引發(fā)年發(fā)電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出年使用量的范疇造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此在10kV配電線路設(shè)計(jì)的過程中,負(fù)荷計(jì)算所造成的偏差一直是一個(gè)亟待解決的問題,并且一直以來(lái)力求使得負(fù)荷計(jì)算量最能夠接近實(shí)際電量使用量。對(duì)策:要向有關(guān)部門收集每個(gè)城市的街道圖,其中包括城市的分區(qū)、鄉(xiāng)行政區(qū)的界限、每個(gè)區(qū)域所屬的行政管理范圍等;還可以向所屬公安局收集各個(gè)分局的管轄范圍,它包括在每個(gè)區(qū)內(nèi)派出所的數(shù)量、每個(gè)派出所的管轄范圍以及戶籍?dāng)?shù)量。在對(duì)配電變壓器進(jìn)行設(shè)置時(shí),要考慮到負(fù)荷增長(zhǎng)系數(shù),進(jìn)而能夠比較精確地計(jì)算出在各個(gè)派出所轄區(qū)范圍內(nèi)的臺(tái)區(qū)數(shù)量。4.2自然、氣象條件選擇估計(jì)不當(dāng)在10kV配電線路運(yùn)行的過程中,自然災(zāi)害破壞對(duì)其造成的故障是不可避免的,如雷擊(在7~8月的雷雨季節(jié)尤其是雷爆日比較多的地區(qū),經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)因雷擊而線路跳閘,通常有斷線、瓷瓶爆裂、配變燒毀等狀況的發(fā)生)、大風(fēng)(特別是南方沿海城市經(jīng)常會(huì)受到臺(tái)風(fēng)的襲擊)、雨雪等。這些故障的發(fā)生存在不可抗力的一面,也存在配電線路設(shè)計(jì)中對(duì)自然氣象條件估計(jì)不當(dāng)?shù)囊蛩?。?duì)策:針對(duì)自然災(zāi)害的破壞所造成的故障,在設(shè)計(jì)時(shí)要將其著重考慮在內(nèi),并且要嚴(yán)格地落實(shí)在配電裝置的選擇上:(1)當(dāng)設(shè)備的最低允許溫度高于周圍環(huán)境的溫度時(shí),應(yīng)當(dāng)采取保溫措施或安裝加熱裝置等;在有積雪、冰雪嚴(yán)重的地區(qū),通常采用隔離開關(guān)的破冰厚度等措施,但要求不應(yīng)小于設(shè)計(jì)的最大覆冰厚度;(2)依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定設(shè)計(jì)配電裝置的抗震設(shè)計(jì);(3)在城市內(nèi)對(duì)10kV配電線路的導(dǎo)線選擇,通常用架空交聯(lián)聚乙烯絕緣導(dǎo)線;(4)要重點(diǎn)做好防雷措施,具體操作如下:要在變電所10kV的出線端安裝帶有金屬氧化物的避雷器;在易受雷擊且線路較長(zhǎng)的線路上安裝防弧金具或金屬氧化物。4.310kV配電線路路徑選擇不當(dāng)線路路徑確定通常是指在制定的起止點(diǎn)之間確定一條最優(yōu)的路線,這是配電線路設(shè)計(jì)的第一步,也是配電線路設(shè)計(jì)中關(guān)鍵的一步。對(duì)于線路路徑的確定,要綜合充分考慮線路的經(jīng)濟(jì)效益、工程造價(jià)、技術(shù)可行、施工方便、運(yùn)行安全等方面的因素。實(shí)際電力工程中,不少配電線路沒有對(duì)各路徑方案從技術(shù)方面、線路的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、方便施工、障礙物的處理等方面進(jìn)行全面的分析比較,從而造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)策:在路徑選擇時(shí)要遵循以下原則:(1)與配電網(wǎng)絡(luò)改造相結(jié)合,與城鎮(zhèn)規(guī)劃相協(xié)調(diào);(2)盡可能地少占或不占農(nóng)田;(3)盡可能地避開坑洼地、雨水沖刷和容易發(fā)生交通事故的地段;(4)盡可能地避開有易燃易爆物存在的地段;(5)要求配電線路路徑盡可能短,從而避免迂回。
5、結(jié)語(yǔ)
對(duì)于10kV配電線路的設(shè)計(jì)問題,將會(huì)直接影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,與企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益息息相關(guān)。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中必須要重視10kV配電線路的實(shí)際設(shè)計(jì)要求,綜合線路的具體實(shí)際情況,進(jìn)而能夠設(shè)計(jì)出科學(xué)、合理的實(shí)施方案,確保電能的高效率安全運(yùn)輸,保證整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:蒙內(nèi)鐵路天寶曠達(dá) 自動(dòng)選線
中圖分類號(hào):F530文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
1、蒙內(nèi)鐵路簡(jiǎn)介:
蒙-內(nèi)鐵路是東共體北部戰(zhàn)略走廊的第一段,該走廊起于東非第一大港口肯尼亞蒙巴薩港,終止于烏干達(dá)首都坎帕拉,全長(zhǎng)1584公里,是烏干達(dá)、盧旺達(dá)、布隆迪和南蘇丹等內(nèi)陸國(guó)家的物資進(jìn)出通道,也是東非共同體內(nèi)最重要的鐵路交通干線。本次設(shè)計(jì)段為蒙巴薩至內(nèi)羅畢段,全長(zhǎng)485.303公里,設(shè)計(jì)時(shí)速120km/h,計(jì)劃建設(shè)工期為5年,合同額總計(jì)38.04億美元。
其中,線下土建部分合同額26.57億美元,主要包括土方施工、橋涵施工,鋪軌及站房建設(shè)等;線上部分合同額11.47億美元,主要包括建設(shè)通信系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、給排水系統(tǒng),提供配套的機(jī)車和車廂及相應(yīng)檢測(cè)維護(hù)設(shè)備等。該項(xiàng)目為設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工總承包合同(EPC),完全采用中國(guó)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。
該項(xiàng)目的建成不僅能為肯尼亞提供更快捷、更安全、更可靠的現(xiàn)代化客貨運(yùn)輸服務(wù),助力其經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng);也將對(duì)東共體實(shí)現(xiàn)共同市場(chǎng),整合內(nèi)部資源,完善產(chǎn)業(yè)分工,促進(jìn)東非地區(qū)旅游資源的開發(fā)起到巨大的推動(dòng)作用。該項(xiàng)目的實(shí)施不僅標(biāo)志著中國(guó)鐵路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入東非地區(qū),為中國(guó)鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)“走出去”起到示范性作用,更將帶動(dòng)中國(guó)鐵路建設(shè)人才的培養(yǎng)以及工程機(jī)械設(shè)備、鐵路機(jī)車及設(shè)施的出口。
2、天寶曠達(dá)系統(tǒng)簡(jiǎn)介
天寶曠達(dá)路線方案決策系統(tǒng)(曠達(dá)系統(tǒng))是目前全球領(lǐng)先的智能化的公路和鐵路路線方案三維優(yōu)化決策系統(tǒng)。它可以幫助路線工程師在選線過程中綜合處理社會(huì)可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)、工程實(shí)施難度、工程投資等各種復(fù)雜問題,選擇出最合理經(jīng)濟(jì)的走廊和路線方案。利用曠達(dá)系統(tǒng)不僅可以改善項(xiàng)目方案質(zhì)量,控制項(xiàng)目的投資風(fēng)險(xiǎn),還可提高方案研究的工作效率,降低工程師的勞動(dòng)強(qiáng)度。曠達(dá)系統(tǒng)作為選線工程師的一個(gè)智能化輔助決策工具,在很短時(shí)間內(nèi),可實(shí)現(xiàn)大面積選線、多方案比選,為做到不遺漏最有價(jià)值的路線方案、提出合理線路走向方案提供有力支持。
曠達(dá)系統(tǒng)界面
在國(guó)際上,曠達(dá)系統(tǒng)已經(jīng)成功地應(yīng)用于500多個(gè)公路和鐵路規(guī)劃設(shè)計(jì)項(xiàng)目之中,重點(diǎn)項(xiàng)目如:美國(guó)德克薩斯州1600公里I69高速公路和鐵路、美國(guó)阿拉斯加Juneau Access 公路項(xiàng)目、美國(guó)加州1000公里高速鐵路網(wǎng)、澳大利亞布里斯班至墨爾本1600公里高鐵、東西橫跨澳大利亞大陸的3370公里礦運(yùn)鐵路等。
3、曠達(dá)路線方案決策系統(tǒng)在蒙內(nèi)鐵路項(xiàng)目中的應(yīng)用
(1)、數(shù)字模型的選取
由于項(xiàng)目所在區(qū)域處于非洲,沒有1:5萬(wàn)或者1:1萬(wàn)地形圖,本次地面數(shù)字模型的選取采用ASTER GDEM 的數(shù)據(jù)。ASTER的全球數(shù)字高程模型(ASTER GDEM)由日本METI和美國(guó)國(guó)家航空和航天局NASA開發(fā)。 采用ASTER星載地球觀測(cè)光學(xué)儀器收集的數(shù)據(jù)生成。ASTER GDEM覆蓋整個(gè)地球土地表面99%高分辨率。 ASTER GDEM自2011年10月v2以來(lái),已廣泛應(yīng)用于許多用戶。
(2)、限制條件的選取
限制條件包括環(huán)境敏感區(qū)、城區(qū)、幾何設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、地質(zhì)情況、工程費(fèi)用經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、構(gòu)筑物單價(jià)及路線與現(xiàn)行區(qū)域或線性構(gòu)筑物的跨越和凈空要求等。線性物和區(qū)域邊界線數(shù)據(jù)可以直接通過CAD或GIS數(shù)據(jù)導(dǎo)入曠達(dá)系統(tǒng)。也可以通過鼠標(biāo)在衛(wèi)星照片和航片上跟蹤生成。
由于蒙內(nèi)鐵路穿越動(dòng)物保護(hù)區(qū),不良地質(zhì)區(qū)域也比較多,途徑的城鎮(zhèn)路段密集。在優(yōu)化選線之前,我們基本把這些不可穿越的動(dòng)物保護(hù)區(qū)等全部導(dǎo)入曠達(dá)系統(tǒng)中。同時(shí)路線的等級(jí)參數(shù),幾何標(biāo)準(zhǔn)等也已經(jīng)確定。
費(fèi)用參數(shù)
幾何設(shè)計(jì)參數(shù)
(3)、滿足條件的路線方案生產(chǎn)
曠達(dá)系統(tǒng)在經(jīng)過成千上百萬(wàn)次的迭代優(yōu)化運(yùn)算后,提供了20條低費(fèi)用并滿足限制條件的優(yōu)化路線方案供用戶選擇。曠達(dá)優(yōu)化結(jié)果不是單獨(dú)一條路線方案,而是生成一系列的優(yōu)化路線方案供用戶選擇,幫助用戶進(jìn)行多方案同深度定量分析和比選,平衡考慮環(huán)境影響和工程造價(jià)以及其他重點(diǎn)工程。
(4)、路線的工程量及造價(jià)成果
結(jié)合曠達(dá)提供的路線方案,我們可以實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)平縱橫動(dòng)態(tài)顯示,同時(shí)可以顯示路線全線及分段工程量及費(fèi)用以便進(jìn)行多方案分析比較。每條路線的匯總表上將顯示路線的工程量和造價(jià),包括填挖土石方、借土、棄土及橋隧涵洞的數(shù)量和費(fèi)用。曠達(dá)系統(tǒng)為每個(gè)方案提供了各種報(bào)表和方案圖等。
路線查看
路線對(duì)比及工程量
(5)三維動(dòng)態(tài)漫游、路線備選方案瀏覽
經(jīng)過比選,確定的路線方案直接疊加在三維地模及衛(wèi)片和航片上,進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)漫游。在平面和縱斷面及橫斷面上顯示路線的填挖狀況,橋梁和隧道位置。
三維動(dòng)態(tài)漫游
【關(guān)鍵詞】覆冰;輸電線路;設(shè)計(jì)方案;解決措施
中圖分類號(hào):S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):
引 言
由于自然環(huán)境的惡化,全球氣候進(jìn)入災(zāi)害事件多發(fā)期。嚴(yán)重覆冰會(huì)導(dǎo)致輸電線路機(jī)械和電氣性能急劇下降,從而導(dǎo)致覆冰事故的發(fā)生。在我國(guó)湖南、湖北、貴州、江西、四川及云南等省都曾發(fā)生過輸電線路覆冰事故[1]。覆冰事故已嚴(yán)重威脅了我國(guó)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行,并造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1],另外,停電給鐵路、交通運(yùn)輸亦造成嚴(yán)重影響。因此,在對(duì)覆冰進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)和研究的基礎(chǔ)上,總結(jié)覆冰監(jiān)測(cè)方法和防止覆冰事故的措施,希望能對(duì)減少我國(guó)輸電線路冰害事故和冰害損失有益。
1、冰雪災(zāi)害對(duì)輸電線路的危害
如2008年,我國(guó)華中電網(wǎng),特別是湖南、湖北地區(qū),遭遇歷史上時(shí)間跨度最長(zhǎng),范圍最廣的嚴(yán)重覆冰災(zāi)害。數(shù)千公里長(zhǎng)的電網(wǎng)設(shè)施出現(xiàn)覆冰現(xiàn)象,一些地段覆冰厚度達(dá)到80~100mm,嚴(yán)重超出了10~20mm的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(如圖1所示)。
圖1 鐵塔和導(dǎo)線上的覆冰
1.1機(jī)械危害
線路覆冰直接的危害就是導(dǎo)線、金具和支架負(fù)載,隨著覆冰厚度的增加輸電線路的水平負(fù)荷也在增加,嚴(yán)重的覆冰會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線、地線斷裂,桿塔倒塌和金具損壞;不均勻的覆冰或者不同期脫冰會(huì)引起張力差,容易造成導(dǎo)線舞動(dòng),會(huì)造成導(dǎo)線斷裂、桿塔橫桿扭曲變形、絕緣子損傷和破裂[2]。
1.2電氣危害
絕緣子覆冰或被冰凌橋接后,絕緣強(qiáng)度下降,泄漏距離縮短,容易引起絕緣子閃絡(luò);融冰過程中冰體表面的水膜會(huì)溶解污穢物中的電解質(zhì),提高融冰水或冰面水膜的導(dǎo)電率,引起絕緣子串電壓分布的畸變,從而降低了覆冰絕緣子串的閃絡(luò)電壓,形成絕緣子閃絡(luò)。導(dǎo)線舞動(dòng)時(shí)還可能造成相間短路故障。
1.3線路過荷載事故
當(dāng)覆冰積累到一定體積和重量之后, 輸電導(dǎo)線的重量倍增, 弧垂增大, 導(dǎo)線對(duì)地間距減小, 從而導(dǎo)致閃絡(luò)事故的發(fā)生。同時(shí), 在風(fēng)的作用下, 兩根導(dǎo)線或?qū)Ь€與地之間可能相碰,會(huì)造成短路跳閘、燒傷甚至燒斷導(dǎo)線的事故。
有資料顯示,以400 mm導(dǎo)線為例,當(dāng)覆冰厚度由10 mm 增加至15 mm、20 mm、30mm和50 mm時(shí),桿塔承受的垂直、水平和縱向荷載對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1 所示。
表1 覆冰厚度與桿塔載荷的關(guān)系
覆冰厚度/mm 垂直荷載/% 水平荷載/% 縱向荷載/%
10 100 100 100
15 130 120 120
20 160 480 180
30 240 620 320
50 450 900 660
2、高壓輸電線路對(duì)冰雪災(zāi)害的設(shè)計(jì)方案
2.1優(yōu)化設(shè)計(jì),提高規(guī)劃設(shè)計(jì)水平
對(duì)線路經(jīng)過區(qū)域進(jìn)行氣象資料、環(huán)境資料和環(huán)境特征等收集和分析,盡量避開覆冰區(qū)域;對(duì)于不能避開的覆冰區(qū)域,應(yīng)合理設(shè)計(jì)抗冰厚度,確保桿塔及導(dǎo)線、地線強(qiáng)度能滿足特殊地形和氣象條件要求[3]。
據(jù)觀測(cè),覆冰首先在導(dǎo)線迎風(fēng)面上成長(zhǎng),當(dāng)迎風(fēng)面達(dá)到某一覆冰厚度時(shí),導(dǎo)線因重力作用而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn),從而出現(xiàn)了新的迎風(fēng)面。這樣,導(dǎo)線通過不斷扭轉(zhuǎn)而使覆冰逐步增大,最終導(dǎo)線上形成圓形或橢圓形的覆冰。除了風(fēng)速的大小對(duì)覆冰有影響外,風(fēng)向與導(dǎo)線平行時(shí),或當(dāng)與導(dǎo)線之間的夾角小于45°或大于150°時(shí),覆冰較輕;風(fēng)向與導(dǎo)線垂直或風(fēng)向與導(dǎo)線之間的夾角大于45°或小于150°時(shí),覆冰比較嚴(yán)重。
2.2提高輸電線路事故預(yù)防
2.2.1持續(xù)低溫天氣發(fā)生后,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)氣象預(yù)報(bào)資料的收集,提前做好預(yù)控措施,有針對(duì)性的進(jìn)行特殊巡視,一旦發(fā)現(xiàn)線路有覆冰現(xiàn)象,必須立即采取有效的措施除冰,必要時(shí)應(yīng)申請(qǐng)對(duì)線路進(jìn)行停電除冰;
2.2.2加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行和檢修人員的技能培訓(xùn),及時(shí)在惡劣天氣來(lái)臨前對(duì)輸電線路的隱患和缺陷進(jìn)行全面的消缺工作,積極了解和學(xué)習(xí)科學(xué)、先進(jìn)的除冰方法和工藝,購(gòu)置必要的機(jī)械除冰裝置或工具;
2.2.3應(yīng)作好對(duì)所轄線路覆冰資料的收集,建立準(zhǔn)確、詳細(xì)的覆冰記錄,確保在災(zāi)害發(fā)生時(shí),能夠準(zhǔn)確出擊、有效處置。經(jīng)實(shí)踐證明不能滿足重冰區(qū)要求的桿塔型號(hào)、導(dǎo)線排列方式應(yīng)有計(jì)劃地逐步進(jìn)行改造或更換;
2.3對(duì)重冰區(qū)段應(yīng)嚴(yán)格按《重冰區(qū)架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)定》進(jìn)行設(shè)計(jì)
對(duì)于檔距較大的重覆冰地段,采取增加桿塔、縮小檔距的措施,以增加導(dǎo)線的過載能力,減輕桿塔荷載,減小不均勻脫冰時(shí)導(dǎo)線、地線相碰撞的機(jī)遇。對(duì)重覆冰區(qū)新建線路應(yīng)盡量避免大檔距,使重覆冰區(qū)線路檔距較為均勻。
增加輸電線路的覆冰承載能力,還可以在不改變?cè)袟U(塔)位置的情況下,將鋼芯鋁絞線更換為新型的鋼芯鋁合金導(dǎo)線,以LGJ-400型導(dǎo)線為例,可將其換為新型HL4GJQ-400,這樣既保證了線路的輸電能力,又滿足覆冰過載時(shí)導(dǎo)線的安全運(yùn)行。桿(塔)的承載沒有增大,反而減小。HL4GJQ-400鋼芯鋁合金導(dǎo)線比LGJ-400鋼芯鋁絞線抗拉強(qiáng)度增大1.26倍、重量降低9.35%。在同等地理、氣象條件下,新選擇的導(dǎo)線、避雷線組合比原設(shè)計(jì)的導(dǎo)線、避雷線組合的抗覆冰性能大大改善。
當(dāng)線路走向、桿(塔)位不變的條件下,導(dǎo)線由LGJ-400鋼芯鋁絞線更換成HL4GJQ-400鋼芯鋁合金導(dǎo)線后,最大使用張力由58224.5N降至57196N,每米導(dǎo)線覆冰時(shí)的垂直荷重由63.93N降為62.3N,避雷線規(guī)格不變,每米避雷線覆冰時(shí)垂直荷重不變,但最大使用張力由原來(lái)的47462.7N降為39275.3N,從垂直荷載和水平張力的數(shù)據(jù)顯示,桿(塔)的荷載有了明顯的降低,桿(塔)的安全儲(chǔ)備得到明顯提高。導(dǎo)線的最大使用應(yīng)力相同,HL4GJQ-400的比載較LGJ-400的小,故對(duì)地距離、交叉跨越距離有所改善。導(dǎo)線的安全系數(shù)由2.22(按新手冊(cè)實(shí)為2.109)提高到2.6655,避雷線的安全系數(shù)由2.5(按新手冊(cè)實(shí)為2.225)提高到2.8倍,導(dǎo)線、避雷線的安全系數(shù)均提高1.26倍,覆冰的過載能力得到了較大提高,按50mm冰區(qū)校驗(yàn)已能滿足規(guī)程要求。
3、輸電線路覆冰事故防止措施
根據(jù)國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀和經(jīng)驗(yàn),防止輸電線路冰害事故可從以下幾方面入手:
(1)在線路設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)考慮微地形、微氣候的影響,考慮線路經(jīng)過地段的地形、相對(duì)高差、山脈走向、覆冰程度等因素,合理選擇線路走向,設(shè)計(jì)合理的抗冰厚度。對(duì)于線路沿線的薄弱環(huán)節(jié)加以重視,安裝行之有效的監(jiān)測(cè)裝置和防冰抗冰設(shè)備,確保線路安全運(yùn)行。對(duì)已經(jīng)運(yùn)行的線路,特別是發(fā)生過冰害事故的線路,可以對(duì)部分重冰區(qū)線路進(jìn)行改道,或?qū)Ρ∪醐h(huán)節(jié)進(jìn)行全面或局部的改造,提高其抗冰能力;對(duì)于大面積覆冰地區(qū),宜采用除冰、融冰措施來(lái)防止冰害事故。
例如:在50千伏天蘭線的冰災(zāi)改造工程中,某省電力公司在采用了最新型的抗冰閃復(fù)合絕緣子材料,大大提高了絕緣子的抗冰閃能力。此外,根據(jù)電網(wǎng)災(zāi)后恢復(fù)重建規(guī)劃方案,在冰災(zāi)電網(wǎng)的搶修和重建過程中,設(shè)計(jì)院按照提高抗冰能力的新標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行技改,增強(qiáng)抵御嚴(yán)重自然災(zāi)害的能力。
(2)對(duì)輸電線路覆冰的特點(diǎn)、機(jī)理進(jìn)行深入觀測(cè)和研究,繪制各地區(qū)輸電線路覆冰雪分布圖,研制有效的覆冰監(jiān)測(cè)裝置、防冰除冰措施和防覆冰舞動(dòng)措施,制定積極有效的防止和處理冰害事故的應(yīng)急對(duì)策,以盡量防止和減少冰害事故帶來(lái)的災(zāi)害。
(3)加強(qiáng)線路日常維護(hù)管理。對(duì)于易產(chǎn)生導(dǎo)線舞動(dòng)區(qū)段,采取在導(dǎo)線上加裝防舞動(dòng)相間間隔棒或帶可旋轉(zhuǎn)線夾的導(dǎo)線間隔棒的措施[4],對(duì)于重污覆冰區(qū)采取加裝防冰閃型絕緣子。
線路工區(qū)在輸電線路認(rèn)真細(xì)致地搞好日常維護(hù)工作。線路巡線員在巡視高壓輸電線路時(shí)仔細(xì)觀察電力線路可能存在的問題。如拉線位置,鋼線卡螺栓的松緊,拉線的檢查,導(dǎo)線絕緣子的完好,線路通道內(nèi)樹木的生長(zhǎng)高度等,這樣也可以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問題,對(duì)所發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行及時(shí)的處理,避免倒塔、倒桿及斷線事故的發(fā)生。
結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,為防止高壓輸電線路覆冰,導(dǎo)致桿塔傾覆問題的發(fā)生,應(yīng)從設(shè)計(jì)上就著重考慮,加強(qiáng)桿塔的設(shè)計(jì)強(qiáng)度,注意線路路徑的選取,適當(dāng)減小檔距,減小耐張段的長(zhǎng)度,這樣就從根本上加強(qiáng)了線路的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,就像給人打了疫苗,增加了對(duì)疾病的抵抗力一樣;另一方面,加強(qiáng)對(duì)輸電線路的巡視,對(duì)可能出現(xiàn)問題的地段,及時(shí)發(fā)現(xiàn),以便在發(fā)生倒塔事故以前,采取措施,保證電力線路的安全運(yùn)行,促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。
【參考文獻(xiàn):】
[1]蔣興良,易輝.輸電線路覆冰及防護(hù)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2002.
[2]蔣興良,易輝.輸電線路覆冰與防護(hù)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2002.
【關(guān)鍵詞】民用住宅;電氣線路;消防安全
前言
當(dāng)前我國(guó)民用住宅已經(jīng)處在由實(shí)用型向小康型轉(zhuǎn)變的過程中,人們的生活水平不斷提高,各種電器尤其是大功率電器的應(yīng)用逐漸普及,然而人們的電氣線路安全意識(shí)還不強(qiáng),在設(shè)計(jì)電氣線路時(shí)往往忽略了安全問題,埋下了安全隱患,致使電氣火災(zāi)事故時(shí)有發(fā)生,給人們帶來(lái)了極大的經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡。因此為了防止電氣火災(zāi)事故的發(fā)生,非常有必要對(duì)居民住宅的電氣線路進(jìn)行消防安全設(shè)計(jì)。
1 民用住宅電氣線路消防安全設(shè)計(jì)的重要性
1.1 民用住宅電氣線路的火災(zāi)隱患
民用住宅中的電氣線路主要是用來(lái)為住宅內(nèi)的電器輸送電能,具有線路長(zhǎng)、分支多、應(yīng)用范圍廣、易于接觸可燃物等特點(diǎn),而且民用住宅電氣線路一般故障都會(huì)比較隱蔽,難以發(fā)現(xiàn),往往是由于短路、過負(fù)荷、接觸電阻過大等原因產(chǎn)生的電火花、電弧或引起電線、電纜過熱現(xiàn)象,從而引發(fā)火災(zāi)。只有提高電氣線路的消防安全設(shè)計(jì),才能消除安全隱患,從源頭避免災(zāi)難的發(fā)生。
1.2 民用住宅電氣線路的火災(zāi)形勢(shì)嚴(yán)峻
隨著我國(guó)住宅建設(shè)和電力事業(yè)的迅速發(fā)展,居民住宅電氣火災(zāi)的數(shù)量也在迅速增加。根據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示,民用住宅電氣引發(fā)的火災(zāi)在全國(guó)電氣火災(zāi)中占的比例高達(dá)50%左右,是民用住宅火災(zāi)發(fā)生的主要原因,對(duì)居民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了巨大的威脅,對(duì)人們的正常生活與工作產(chǎn)生了巨大的影響,因此很有必要加強(qiáng)民用住宅電氣線路的消防安全設(shè)計(jì)工作。
2 當(dāng)前我國(guó)民用住宅電氣線路設(shè)計(jì)存在的問題
2.1 新建居民住宅電氣線路的安全隱患
(1)新建的居民住宅的固定插座設(shè)置較少。在現(xiàn)在大多數(shù)新建的居民住宅中,固定插座的設(shè)置往往較少,因此居民為了方便電器的用電需求,往往擴(kuò)展很多臨時(shí)的插線板或者搭建臨時(shí)線。由于一般居民沒有較強(qiáng)的安全意識(shí),另外現(xiàn)在很多的插線板以及電線都存在質(zhì)量問題,這為居民的安全生活埋下了隱患。因此新建居民住宅的固定插座設(shè)置較少也是一個(gè)居民住宅電氣線路的不安全因素。
(2)現(xiàn)在新建的居民住宅電氣線路分支回路較少。由于分支回路較少,因此相當(dāng)于減小了電氣線路的橫截面積,從而會(huì)容易導(dǎo)致線路發(fā)熱的情況。雖然一般的導(dǎo)線都有一定的耐熱性,但是如果超過一定的限度后會(huì)影響到導(dǎo)線的壽命,加快導(dǎo)線絕緣層的老化,因此線路分支過少也是一個(gè)居民住宅電氣線路的安全隱患。
2.2 舊居民住宅電氣線路的安全隱患
我國(guó)在1992年之前建設(shè)的居民住宅一般都沒有較好的安全保護(hù)設(shè)施。一般住宅都沒有安裝漏電保護(hù)設(shè)備,而且沒有布設(shè)專用的地線或零線,并不符合安全規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。由于很多那時(shí)建造的住宅現(xiàn)在仍在使用,因此會(huì)存在很多安全隱患。比如,線路老化、導(dǎo)線不合格或者不符合現(xiàn)有的供電要求另外就是電氣線路容量較小等,都會(huì)給居民住宅帶來(lái)安全威脅,增大火災(zāi)發(fā)生的可能性。
3 提高居民住宅電氣線路安全設(shè)計(jì)的措施
3.1 民用住宅的電氣線路設(shè)計(jì)應(yīng)該符合相關(guān)的安全規(guī)范
我國(guó)的《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確規(guī)定:居民住宅的電氣線路的鋪設(shè)配線方法應(yīng)該符合安全和防火要求而且導(dǎo)線應(yīng)該采用銅導(dǎo)線,另外居民住宅的進(jìn)戶線截面不應(yīng)該小于10mm2,分支回路的截面不應(yīng)小于2.510mm2;居民住宅的空調(diào)插座、電源插座與照明應(yīng)該采用分路設(shè)計(jì);廚房電源插座和衛(wèi)生間電源插座應(yīng)該設(shè)置獨(dú)立回路。
3.2 居民住宅電氣線路應(yīng)該采用銅線,能夠有效防止短路起火
作為居民住宅電氣線路的導(dǎo)線應(yīng)該能夠耐受一定的電壓。當(dāng)電線電流超過載荷量,電線就會(huì)加劇發(fā)熱升溫,這會(huì)致使其絕緣層的絕緣能力迅速下降,而且會(huì)加快老化,最終導(dǎo)致絕緣層失去絕緣能力而被電壓擊穿,使金屬線芯之間直接接觸或通過電弧導(dǎo)通形成短路。如果發(fā)生線路短路會(huì)急劇產(chǎn)生高溫、電弧或電火花,從而會(huì)引起火災(zāi),而且還會(huì)使電氣設(shè)備帶有危險(xiǎn)電壓,會(huì)引起觸電事故。
而銅導(dǎo)線具有不易老化和腐蝕、膨脹系數(shù)小、引發(fā)火災(zāi)的危險(xiǎn)要比鋁導(dǎo)線小的多的特點(diǎn),而且在居民住宅中一般沒有專業(yè)的人員進(jìn)行線路的檢修,不能及時(shí)排除電氣線路中的安全隱患,因此在居民住宅的電氣線路設(shè)計(jì)過程中不應(yīng)為了節(jié)省成本而采用鋁線代替絕緣銅線,這也是在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50096—1999《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》中要求必須強(qiáng)制性實(shí)施的。
3.3 在居民住宅電氣線路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該有足夠數(shù)量的分支回路
由于居民住宅中電氣線路的分路過少,導(dǎo)致每個(gè)回路的負(fù)荷增大因此會(huì)導(dǎo)致線路發(fā)熱升溫,從而會(huì)增加電氣線路的安全隱患。相反如果增加電氣線路中的分支回路,就相當(dāng)于增加了導(dǎo)線的截面面積,從而可以降低導(dǎo)線發(fā)熱,延緩其絕緣老化,提高導(dǎo)線的使用壽命,從而有利于減少電氣線路的火災(zāi)危害。另外采用多條回路,當(dāng)對(duì)線路進(jìn)行檢修或者因故跳閘時(shí),只會(huì)造成小范圍的停電,不會(huì)影響到其他回路的照明,避免因?yàn)樘l或線路故障而導(dǎo)致的整個(gè)家庭處于停電狀態(tài),給家庭生活帶來(lái)不便。
3.4 設(shè)置合理數(shù)量的插座
我國(guó)目前居民住宅的插座數(shù)量普遍偏少,然而國(guó)家新的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,住宅中插座數(shù)量的數(shù)目不應(yīng)該少于12個(gè),但這只是一個(gè)保障安全的最基本要求,具體在住宅電氣線路的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該適當(dāng)增加電源插座的數(shù)量,一般認(rèn)為最佳的電源插座配置為:每間臥室電源插座4組,空調(diào)插座1組;廚房電源插座5組,排氣扇插座1組;走廊電源插座2組,陽(yáng)臺(tái)電源插座1組。同時(shí)在安裝插座時(shí)應(yīng)該注意以下要求:明裝時(shí)距地面不低于1.8米;暗裝時(shí)距地面不低于0.3米,為防止兒童觸點(diǎn),應(yīng)選擇帶有保險(xiǎn)擋片的安全插座;單相二眼插座的接線要求是“左零右火”、“上火下零”;三眼插座零線與保護(hù)接地線切不可接錯(cuò);電冰箱、空調(diào)器應(yīng)該使用各自獨(dú)立的、帶有保護(hù)接地的三眼插座。
3.5 在居民住宅的電氣線路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該預(yù)留充足的擴(kuò)充容量
隨著居民生活水平的提高,家用電器的普及越來(lái)越廣泛,另外大功率電器的應(yīng)用也不斷增加,這在一定程度上會(huì)增加居民住宅電氣線路的負(fù)擔(dān)。因此在居民住宅電氣線路的設(shè)計(jì)過程中,應(yīng)該充分考慮線路的擴(kuò)充容量,留有足夠的余量以滿足電氣線路的消防安全要求。
4 總結(jié)
居民住宅的電氣線路安全會(huì)嚴(yán)重影響居民的生活安全與質(zhì)量,因此電氣線路設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)居民住宅的電氣線路時(shí)應(yīng)該嚴(yán)格按照國(guó)家的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì),堅(jiān)持以人為本,重視電氣安全,充分結(jié)合居民住宅電氣線路的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì),保證電氣線路既要美觀、適用、節(jié)能,又要安全可靠,同時(shí)還應(yīng)該為遠(yuǎn)期負(fù)荷的增加留有充分的余量。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞 光纖線路;自動(dòng)檢測(cè);管理系統(tǒng);系統(tǒng)設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào) TN91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708(2017)187-0062-02
1 光纖線路自動(dòng)監(jiān)測(cè)及管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中要有整體性的思想,能夠?qū)⒆詣?dòng)監(jiān)測(cè)與管理指令發(fā)出結(jié)合在一起,這樣可以達(dá)到自動(dòng)化控制管理的設(shè)計(jì)目標(biāo)。光纖線路的管理以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了圖形融合的方法,能夠根據(jù)常見問題來(lái)探討出優(yōu)化解決的具體方案,這也是實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)目標(biāo)的有效方法之一,通過加強(qiáng)各個(gè)系統(tǒng)之間的相互配合來(lái)幫助進(jìn)一步解決常見問題,在設(shè)計(jì)中融合創(chuàng)新技術(shù)方法,為管理落實(shí)創(chuàng)造一個(gè)有利的基礎(chǔ)環(huán)境,這也是提升軟件運(yùn)行效率的有效措施之一,關(guān)系到未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸效率是否可以得到穩(wěn)定提升。網(wǎng)絡(luò)資源管理是一項(xiàng)十分復(fù)雜的任務(wù),不單要從信息傳輸速度層面做出考慮,更重要的是能夠提升系統(tǒng)的綜合運(yùn)算能力,能夠抵御基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中所產(chǎn)生的隱患問題。除此之外,在設(shè)計(jì)過程中也要求系統(tǒng)能夠靈活地進(jìn)行數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換控制,達(dá)到最理想的控制系統(tǒng)功能標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)中資源的優(yōu)化利用也是首先需要考慮的問題,對(duì)于各個(gè)系統(tǒng)之間的配合能力要采用定向提升的方法。
2 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案
2.1 系統(tǒng)組成
硬件系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中融合了數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊與信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)。在對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)也主要是針對(duì)其組成形式來(lái)進(jìn)行的,從多方面因素考慮,通過設(shè)計(jì)方案來(lái)對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行使用情況進(jìn)行控制,避免在硬件模塊中出現(xiàn)彼此之前的影響因素。在同一個(gè)控制中樞系統(tǒng)中,能夠同時(shí)完成多項(xiàng)任務(wù)之間的轉(zhuǎn)換控制,并且在信息傳輸過程中也能夠確保其獨(dú)立性,解決了彼此之間的干擾問題。加強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行使用效率的提升,對(duì)于系統(tǒng)的保護(hù)功能也是十分明顯的。硬件組成是從控制設(shè)備來(lái)進(jìn)行后續(xù)更細(xì)致的劃分,對(duì)于一些比較常見的工程隱患問題,加強(qiáng)各個(gè)系統(tǒng)之間的運(yùn)行與使用參數(shù)控制,能夠進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)選擇的準(zhǔn)確程度,為后續(xù)管理計(jì)劃開展落實(shí)打下穩(wěn)定的基礎(chǔ)。硬件傳輸系統(tǒng)也具有一選擇性,是根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸對(duì)系統(tǒng)的整體需求來(lái)進(jìn)行的,這樣的環(huán)境下所進(jìn)行的各項(xiàng)工作任務(wù)中,都可以得到基礎(chǔ)設(shè)施的保障,并為后續(xù)管理建設(shè)計(jì)劃創(chuàng)造有利的基礎(chǔ)條件。
2.2 硬件實(shí)現(xiàn)
功能實(shí)現(xiàn)需要從基站部分來(lái)進(jìn)行探討分析,觀察系統(tǒng)的綜合影響能力是否可以得到提升,對(duì)于一些比較常見的功能隱患問題加強(qiáng)控制,這樣也更有助于系統(tǒng)綜合判斷能力的提升。硬件系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中會(huì)引入保護(hù)功能,對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)穩(wěn)定性做出檢驗(yàn),當(dāng)發(fā)現(xiàn)檢驗(yàn)的結(jié)果與理想的狀態(tài)差距比較大時(shí),通過這種方法也能夠更好的解決,也能夠?yàn)楹罄m(xù)建設(shè)計(jì)劃進(jìn)行創(chuàng)造有利的條件。對(duì)于系統(tǒng)的進(jìn)一步控制管理,加強(qiáng)各個(gè)系統(tǒng)之前的相互配合,對(duì)提升系統(tǒng)的運(yùn)行使用功能也有很大的促進(jìn)作用。將各個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施相互連接,在同一網(wǎng)絡(luò)中做出控制,這樣硬件系統(tǒng)的功能也能夠得到實(shí)現(xiàn),對(duì)接下來(lái)的速度提升也有很大的幫助。當(dāng)硬件系統(tǒng)的某一個(gè)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)故障時(shí),所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也會(huì)因此而發(fā)生變化,這種情況會(huì)反饋到信息系統(tǒng)中,在系統(tǒng)功中表現(xiàn)出功能方面的異常,根據(jù)所反射的信息傳遞軌跡來(lái)準(zhǔn)確地判斷最終的功能表達(dá)形式。
2.3 組網(wǎng)設(shè)計(jì)方案
有了明確的使用功能方向,在組網(wǎng)設(shè)計(jì)中也能夠從這一方面來(lái)進(jìn)行,針對(duì)比較常見的功能隱患問題,根據(jù)光線傳輸?shù)目傞L(zhǎng)度來(lái)確定其中的接入網(wǎng)設(shè)計(jì)情況,合理設(shè)置端口的位置與距離,以及其中所間隔的位置。如果總的信號(hào)傳輸系統(tǒng)所跨越的區(qū)域過大,選取其中間點(diǎn)來(lái)進(jìn)行區(qū)域內(nèi)的基站設(shè)置,增加一個(gè)基站能夠?qū)⒖偟男盘?hào)傳輸任務(wù)劃分為兩部分,每一部分的速度效率都能夠快速提升。自動(dòng)監(jiān)測(cè)所得到的信息也是從基站部分反饋得來(lái)的,在硬件組網(wǎng)中要根據(jù)實(shí)際的距離來(lái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)分析,對(duì)于一些比較常見的功能隱患都得到了排除解決,完成最終的硬件系統(tǒng)組合設(shè)計(jì)任務(wù)。
3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
3.1 組件技術(shù)
軟件的組件技術(shù)中,需要通過程序匯編來(lái)幫助實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)之前的相互配合,并幫助進(jìn)一步提升系統(tǒng)的運(yùn)行速度,在設(shè)計(jì)過程中要考慮軟件的功能層面是否能夠與硬件系統(tǒng)保持一致,確定這一因素是十分重要的,如果軟件不能擁有一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)行使用環(huán)境,在信息傳輸中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的沖突矛盾問題,同時(shí)也不利于各項(xiàng)管理建設(shè)計(jì)劃的全面進(jìn)行。軟件通過定期對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)所存儲(chǔ)的信息進(jìn)行整合處理,可以達(dá)到理想的系統(tǒng)控制效果,一旦在所整合的信息中發(fā)現(xiàn)參數(shù)誤差問題,也能夠第一時(shí)間反饋到管理系統(tǒng)中,管理系統(tǒng)通過對(duì)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析來(lái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)全面控制,并發(fā)出相關(guān)的功能控制治理,避免故障隱患問題繼續(xù)深入影響到整體光纖線路的信息傳輸層面中。實(shí)現(xiàn)這一功能需要進(jìn)行全面的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)每一層的功能保持獨(dú)立狀態(tài),對(duì)于一些比較常見的功能隱患問題,通過加強(qiáng)系統(tǒng)之前的信息資源交流都可以得到很好的解決控制。
3.2 軟件功能的實(shí)現(xiàn)
軟件設(shè)計(jì)完成后,需要進(jìn)行功能上的模擬實(shí)驗(yàn),主要是針對(duì)信息的檢測(cè)與傳遞穩(wěn)定性方面來(lái)進(jìn)行,觀察在所開展的功能設(shè)計(jì)中。是否存在理論上的沖突,設(shè)計(jì)完成后的系統(tǒng)不能立即投入到使用中,需要對(duì)其功能進(jìn)行檢測(cè),主要是通過整理軟件系統(tǒng)所反饋的數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn),與實(shí)際情況對(duì)比觀察其中是否存在誤差。光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目刂乒芾硎鞘謬?yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ魅蝿?wù),任何一個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)出現(xiàn)細(xì)微誤差都會(huì)造成最終嚴(yán)重的影響,通過這種檢測(cè)主要目的是幫助縮小誤差的范圍。并通過各個(gè)系統(tǒng)之前的配合來(lái)進(jìn)一步提升信息的可靠程度,為全面建設(shè)計(jì)劃的落實(shí)營(yíng)造出一個(gè)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)環(huán)境。軟件功能在運(yùn)行使用中是可以不斷優(yōu)化的,根據(jù)實(shí)際的傳輸需求來(lái)進(jìn)行,基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行功能上的整合,滿足光纖網(wǎng)絡(luò)使用過程中的信號(hào)傳輸速度需求。
4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)
在設(shè)計(jì)過程中要考慮基礎(chǔ)設(shè)施是否能夠滿足系統(tǒng)的運(yùn)行使用需求,基于實(shí)際情況來(lái)開展后續(xù)的優(yōu)化處理工作,這樣也能夠幫助解決常見信息資源沖突問題。對(duì)于各個(gè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的優(yōu)化,要先進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施完善,再不斷地提升設(shè)計(jì)方案的落實(shí)效果,準(zhǔn)確判斷其中存在的所需控制問題,在后續(xù)設(shè)計(jì)中將其作為重點(diǎn)優(yōu)化的技術(shù)內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)最終監(jiān)管控制功能上的實(shí)現(xiàn),所發(fā)出的控制指令也可以得到更好的執(zhí)行,這對(duì)各個(gè)系統(tǒng)之間的相互配合都有很大的幫助與促進(jìn),是現(xiàn)階段設(shè)計(jì)任務(wù)開展的主流方向。掌握先進(jìn)的技術(shù)方法并在相關(guān)注意事項(xiàng)的約束范圍內(nèi)開展設(shè)計(jì)工作,其結(jié)果也是十分理想的。
5 結(jié)論
傳統(tǒng)的光纜線路維護(hù)管理模式的故障查找困難,排障時(shí)間長(zhǎng),每年因通信光纜故障而造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大。因此,實(shí)施對(duì)光纜線路的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與管理,以降低光纜阻斷的發(fā)生率、縮短故障歷時(shí)顯得至關(guān)重要。本文介紹了光纜線路自動(dòng)監(jiān)測(cè)及管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)形式,目前此系統(tǒng)已通過國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)廳鑒定,并獲得國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品領(lǐng)先水平,主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平的良好評(píng)價(jià)。隨著光纖網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展,光纜線路監(jiān)測(cè)的重要性將更加突出,也使光纜線路監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)成為一個(gè)新亮點(diǎn)而得到空前的發(fā)展。光纜線路監(jiān)測(cè)及管理系統(tǒng)也將在技術(shù)上不斷完善,更好地服務(wù)于傳輸網(wǎng)。
參考文獻(xiàn)
[1]龐金龍.光纜自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與曲線分析模塊的研究實(shí)現(xiàn)[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2016.
關(guān)鍵詞:輸電線路微機(jī)保護(hù);硬件;插件
1 前言
1.1微機(jī)線路保護(hù)的發(fā)展歷史
自從本世紀(jì)初第一臺(tái)機(jī)電型感應(yīng)式過流繼電器在電力系統(tǒng)應(yīng)用以來(lái),繼電保護(hù)已經(jīng)經(jīng)歷了一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展[1]。在最初的二十多年里,各種繼電保護(hù)原理相繼出現(xiàn),如差動(dòng)保護(hù)、電流方向保護(hù)、距離保護(hù)、高頻保護(hù),這些保護(hù)的原理都是通過測(cè)量故障后的穩(wěn)態(tài)工頻量來(lái)檢測(cè)故障的?;谏鲜鲈淼睦^電保護(hù)裝置經(jīng)歷了機(jī)電型、整流型、晶體管型以及集成電路型的發(fā)展階段。雖然保護(hù)原理也經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段,但是這些保護(hù)的基本原理沒有變,它們至今依然在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域里起著主導(dǎo)作用。目前,反應(yīng)工頻突變量的保護(hù)(如反應(yīng)工頻變化量的LFP-901型及反應(yīng)正序故障分量的WXH-25型等產(chǎn)品)已在我國(guó)各大電網(wǎng)中獲得了日益廣泛的應(yīng)用,且運(yùn)行效果良好,而反應(yīng)暫態(tài)分量的行波保護(hù)[2],國(guó)外已有產(chǎn)品生產(chǎn),但從國(guó)外引進(jìn)的行波保護(hù)運(yùn)行效果來(lái)看很不理想,幾乎無(wú)法正常運(yùn)行,其根本原因是對(duì)于故障信息處理的手段落后。
1.2輸電線路微機(jī)保護(hù)的發(fā)展現(xiàn)狀
根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定的要求,輸電線路保護(hù)的配置一般為兩套主保護(hù)和一套完整的后備保護(hù)。因此在硬件設(shè)計(jì)上一般都采用高冗余的多CPU結(jié)構(gòu),以提高硬件系統(tǒng)的可靠性。
采用微波或光纖通道構(gòu)成的分相式電流差動(dòng)縱聯(lián)保護(hù),是一種性能較佳的縱聯(lián)保護(hù)原理,它克服了其它縱聯(lián)保護(hù)原理存在的相應(yīng)問題。目前在日本及西方國(guó)家,由于電力系統(tǒng)通訊事業(yè)的發(fā)展,已廣泛地采用此保護(hù)原理作為主保護(hù)。在國(guó)內(nèi)由于電力系統(tǒng)通訊手段較弱等原因,沒有得到普遍應(yīng)用,從長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展來(lái)看,采用微波(光纖)實(shí)現(xiàn)縱聯(lián)保護(hù)必然會(huì)隨著電力系統(tǒng)通信手段的提高而占據(jù)線路主保護(hù)的主導(dǎo)地位[3]。
1.3本文研究的目的
隨著電力系統(tǒng)高速發(fā)展,電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜,這對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的繼電保護(hù)裝置提出了更高要求,要求保護(hù)技術(shù)向數(shù)字化和智能化方向發(fā)展。為了確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,減輕故障對(duì)電力系統(tǒng)造成的危害,微機(jī)保護(hù)除了實(shí)現(xiàn)基本保護(hù)功能外,還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存放空間,快速的數(shù)據(jù)處理功能,強(qiáng)大的通信能力,與其它保護(hù)測(cè)控裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力等。
為了滿足電力系統(tǒng)對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備提出的更高的要求,本論文提出了一種基于雙CPU結(jié)構(gòu)的新型微機(jī)保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)思路,最大程度地實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)功能模塊的數(shù)字化、芯片化、智能化,旨在為輸電線路提供快速可靠的故障監(jiān)測(cè)與故障排除。
2 保護(hù)的硬件設(shè)計(jì)
微機(jī)繼電保護(hù)裝置相對(duì)于傳統(tǒng)繼電保護(hù)產(chǎn)品的一系列優(yōu)點(diǎn),大大提高了電力系統(tǒng)輸電的安全性和可靠性,促進(jìn)了電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展,然而現(xiàn)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用中的微機(jī)保護(hù)產(chǎn)品采用的CPU大多為16位的單CPU或多CPU的結(jié)構(gòu)[4]。由于其CPU指令功能有限,尋址空間小,運(yùn)算能力弱,新算法、新原理的實(shí)現(xiàn)受到一定的限制。隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展,各種電壓等級(jí)的線路不斷投用,要求保護(hù)除了完成基本保護(hù)功能外,還需要進(jìn)一步加強(qiáng)其可靠性與快速性。
2.1微機(jī)保護(hù)硬件設(shè)計(jì)的總體思想
現(xiàn)代的微機(jī)保護(hù)裝置一般采用模塊化設(shè)計(jì)[5],保護(hù)功能的完成主要取決于保護(hù)軟件的編寫。保護(hù)的模塊化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了維護(hù)保護(hù)裝置的難度,也減少了各個(gè)保護(hù)插件之間相互干擾的概率,更為重要的是,保護(hù)的模塊化設(shè)計(jì)非常便于我們?yōu)榱藨?yīng)對(duì)被保護(hù)對(duì)象的新的更為嚴(yán)格的要求而對(duì)保護(hù)設(shè)備進(jìn)行的升級(jí)。
該套微機(jī)保護(hù)主要由七大插件模塊組成[6],分別是:電源插件,開入插件,開出插件,交流插件,CPU插件,管理插件,人機(jī)接口插件。作為核心的CPU插件由兩個(gè)分立的子插件CPU1插件和CPU2插件組成,CPU1插件由DSP+MCU組成,CPU2插件也同樣采用了MCU處理器。兩塊CPU插件分別擔(dān)負(fù)不同工作,承擔(dān)不同保護(hù)任務(wù),增加了裝置的冗余度,提高了整套系統(tǒng)的可靠性,同時(shí)也發(fā)揮了各CPU插件的優(yōu)勢(shì),進(jìn)一步提高了保護(hù)裝置的處理速度。其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2.2 相對(duì)于傳統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)有明顯改進(jìn)之處
2.2.1 開入插件
開入插件主要用于接入跳閘位置,隔離開關(guān)位置,各保護(hù)壓板,收信輸入和告警信號(hào)等開關(guān)量的輸入,以便協(xié)調(diào)控制微機(jī)保護(hù)的運(yùn)行。開入插件實(shí)現(xiàn)開關(guān)量開入有很多方法,傳統(tǒng)的做法是開關(guān)量通過24V電壓信號(hào)引入插件,同時(shí)插件在采集24V電壓信號(hào)前首先要剔除各種干擾,以防止采集到錯(cuò)誤的開關(guān)數(shù)據(jù),單個(gè)通道的開關(guān)量輸入電路設(shè)計(jì)均是通過光耦、電阻、電容等器件的組合對(duì)開入量進(jìn)行檢測(cè)。這種方法存在有以下缺點(diǎn):
1)需要考慮如何對(duì)開入量進(jìn)行預(yù)處理濾除信號(hào)中的雜質(zhì),搭建簡(jiǎn)單的濾波電路;
2)開關(guān)量信號(hào)在進(jìn)入CPU 前需要用光耦進(jìn)行電氣上的隔離,主要是實(shí)現(xiàn)地電位的隔離,抑制共模干擾。而光耦是容易損壞的器件,所以又需要使用額外的二極管器件對(duì)其進(jìn)行保護(hù);
3)開入電路占用PCB 板的面積較大,受外部的干擾較大;且每一路開入采用的器件較多,增加了出錯(cuò)的環(huán)節(jié),因而其可靠性低;
4)每一路開入需要占用一根CPU的并口線,整個(gè)開入電路就占用了大量CPU資源。
參閱文獻(xiàn)[7],為了保證微機(jī)保護(hù)裝置運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性,克服以上傳統(tǒng)開入電路的缺點(diǎn),本裝置設(shè)計(jì)了利用專用芯片MC33884[9]實(shí)現(xiàn)開關(guān)量輸入的開入插件,旨在為DSP與電子開關(guān)之間提供一種有效的接口,其性能特點(diǎn)如下:
1)芯片有很寬的供電范圍(VPWR),可以在7V-27V之間正常工作,我們可以利用24V開人電壓為該芯片提供電壓;
2)引腳的輸入電平范圍是-14V~40V,即既可以對(duì)24V開關(guān)量檢測(cè),也可以對(duì)接地的開關(guān)量檢測(cè);
3)與DSP通過SPI口通訊,可以節(jié)省MCU的口線資源,節(jié)省占用PCB板的面積,從而節(jié)省成本;
4)單個(gè)芯片可以同時(shí)檢測(cè)6個(gè)對(duì)地、2個(gè)對(duì)電源、4個(gè)可編程(通過編程即可設(shè)置成對(duì)電源,也可設(shè)置成對(duì)地)的開入量狀態(tài);
5)有四種靈活的方式可供選擇(睡眠、常規(guī)、查詢、查詢+中斷),因此可以滿足不同工程的需求。
微機(jī)保護(hù)開入插件的開入量分為來(lái)自裝置面板接點(diǎn)的開關(guān)量和來(lái)自裝置外部端子排引入裝置的開關(guān)量,本套微機(jī)保護(hù)設(shè)置了36路開關(guān)量的輸入(見表1),這些開關(guān)量為保護(hù)設(shè)備對(duì)于故障做出正確處理提供了可靠的保障。
2.2.2 開出插件
開關(guān)量輸出插件相比開關(guān)量輸入插件在整套微機(jī)保護(hù)設(shè)備中占有更為重要的地位,直接關(guān)系到保護(hù)裝置的可靠性與正確性。開出插件主要用于輸出跳閘、啟動(dòng)失靈、啟動(dòng)重合閘、告警等信號(hào),使保護(hù)裝置可靠動(dòng)作。傳統(tǒng)的開出插件同傳統(tǒng)的開入插件具有相似的弊端,且為了提高動(dòng)作的可靠性還必須為其增加專有的自檢回路。為此,本套微機(jī)保護(hù)設(shè)備選用了專用芯片MC33291以解決傳統(tǒng)開出插件出現(xiàn)的問題[10]。
為了可靠地輸出開關(guān)量,以保障微機(jī)保護(hù)裝置的安全運(yùn)行,本套保護(hù)采用了40路開關(guān)量輸出(見表2)。
由于每片MC33291只有8路開出端口,因此我們采用5片并聯(lián)接入MCU芯片的方法滿足輸出的開關(guān)量數(shù)量的要求,主要優(yōu)點(diǎn)有:
1)節(jié)約了MCU芯片的端口資源。由于專用的開出芯片MC33291采用了新的SPI方式與上位機(jī)通訊,使得上位機(jī)MCU不需要為每一路出口繼電器提供通訊端口,同時(shí)還大大節(jié)約了PCB板的面積,使得保護(hù)設(shè)備可以制造的更為精簡(jiǎn)。
2)MC33291芯片具有完善的自檢功能和閉鎖功能。MC33291通過對(duì)MCU發(fā)出的命令字和從MC33291反饋回MCU的狀態(tài)字的比較,來(lái)判斷是否有故障以及屬于什么樣的故障。MCU通過向MC33291連續(xù)發(fā)兩個(gè)相同的命令字,然后比較第二個(gè)狀態(tài)字和前一個(gè)命令字,如果兩個(gè)值相等,則沒有故障,如不同,則有故障。MC33291可以自檢的故障有過熱、短路、過電壓和輸出閉合時(shí)開路故障。
3)芯片本身提供了強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力,取消了先前由于MCU端口的驅(qū)動(dòng)能力有限而添加的驅(qū)動(dòng)電路,取消了與非門模式,使電路更為簡(jiǎn)單,占PCB面積大大減少。
4)省去了中間邏輯繼電器和光隔,降低了綜合成本。也降低了設(shè)備故障的幾率。
5)輸出電路可直接驅(qū)動(dòng)電感負(fù)載,驅(qū)動(dòng)能力大,可直接驅(qū)動(dòng)出口繼電器。
2.2.3 CPU插件
CPU插件作為本套微機(jī)保護(hù)設(shè)備的核心部件,采用了先進(jìn)的雙CPU插件結(jié)構(gòu)。雙CPU插件分擔(dān)了傳統(tǒng)的單CPU承擔(dān)的繁重任務(wù),并且充分發(fā)揮了每個(gè)插件的強(qiáng)項(xiàng),使得整套微機(jī)保護(hù)裝置能在快速高效的前提下有條不紊的運(yùn)行。CPU1插件為保護(hù)CPU插件,包括了核心DSP,專用的A/D轉(zhuǎn)換芯片,外擴(kuò)存儲(chǔ)器,雙口RAM,MCU,整體結(jié)構(gòu)如圖2。
DSP承擔(dān)了保護(hù)算法和出口邏輯、故障錄波的功能。MCU完成人機(jī)接口,上送模擬量和開關(guān)量信息,軟硬件自檢等功能。數(shù)字信號(hào)處理核心部分完全利用DSP芯片內(nèi)部資源,可做到“總線不出芯片”。
CPU2插件是啟動(dòng)CPU插件,完成微機(jī)保護(hù)設(shè)備的啟動(dòng)和閉鎖功能,包括了核心MCU,專用的A/D轉(zhuǎn)換芯片,外擴(kuò)存儲(chǔ)器,外部接口電路,串行接口電路等模塊,整體結(jié)構(gòu)如圖3。該插件的重要作用體現(xiàn)在它能夠在故障時(shí)開啟動(dòng)作窗口,正常運(yùn)行及震蕩等不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)關(guān)閉動(dòng)作窗口防止保護(hù)誤動(dòng)作。
CPU2插件最重要的功能是整套保護(hù)設(shè)備的啟動(dòng)及閉鎖。當(dāng)被保護(hù)線路出現(xiàn)故障時(shí),CPU2插件檢測(cè)到故障信號(hào)后,其常開觸點(diǎn)QD會(huì)立即閉合,開通出口保護(hù)繼電器電源,開放保護(hù),此時(shí)CPU1插件根據(jù)故障類型判斷后打開相應(yīng)出口繼電器,實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。具體實(shí)現(xiàn)電路如圖4所示。
2.3 微機(jī)保護(hù)裝置的運(yùn)行方式
該套微機(jī)保護(hù)裝置在運(yùn)行的過程中,被保護(hù)線路的電氣量經(jīng)過電流互感器和電壓互感器進(jìn)入微機(jī)保護(hù)的兩套模擬量輸入通道。在第一輸入通道中,電量變換器將電流和電壓轉(zhuǎn)換成適合于微機(jī)保護(hù)用的低電壓量,再由模擬低通濾波器濾除直流分量、低頻分量和高頻分量以及各種干擾波后,進(jìn)入CPU1插件。在該插件內(nèi)部經(jīng)過采樣保持,將一個(gè)在實(shí)際上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為在時(shí)間上的離散量,完成對(duì)輸入模擬量的采樣。通過插件內(nèi)部的多路轉(zhuǎn)換開關(guān)將多個(gè)輸入電氣量按輸入時(shí)間前后分開,依次送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器,將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入DSP系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)算處理,判斷是否發(fā)生故障,MCU通過開關(guān)量輸出通道輸出到出口繼電器發(fā)出跳閘脈沖給斷路器跳閘繞組。同時(shí)也完成了人機(jī)通話,通信等主要輔助功能[14]。
第二輸入通道中,CPU2插件控制部分的作用是對(duì)整套出口繼電器進(jìn)行總啟動(dòng)和總閉鎖,在經(jīng)過判斷后開啟或者關(guān)閉出口繼電器的電源,只有在開啟繼電器的情況下,主保護(hù)CPU1插件才能順利發(fā)出跳閘信號(hào)進(jìn)行跳閘[15]。
這樣的設(shè)計(jì)方式在最大程度上降低了保護(hù)誤動(dòng)的可能性,同時(shí)也增加了系統(tǒng)的可靠性。
3 總結(jié)
在閱讀大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,本文提出了一種優(yōu)于傳統(tǒng)方案的輸電線路微機(jī)保護(hù)硬件裝置設(shè)計(jì)思路,并提取現(xiàn)有微機(jī)保護(hù)設(shè)備存在的問題,分析了問題出現(xiàn)的原因,并詳細(xì)闡述了其改進(jìn)方案。
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1機(jī)電設(shè)備中的電氣線路故障
1.1過負(fù)載故障
所謂“過負(fù)載”故障指的是,電氣控制系統(tǒng)中的電機(jī),在進(jìn)行工作時(shí)其電流與電力設(shè)備以及系統(tǒng)額定電流相比,已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了該數(shù)值,致使電機(jī)因超負(fù)荷運(yùn)作,出現(xiàn)過負(fù)載的狀況,該故障在電氣控制系統(tǒng)中較為常見。維修人員想要對(duì)過負(fù)載故障等級(jí)進(jìn)行劃分時(shí),可以按照電流超標(biāo)數(shù)額以及超標(biāo)時(shí)間來(lái)對(duì)破壞性進(jìn)行確認(rèn)。如果故障的等級(jí)較低,則不會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行造成影響;但當(dāng)故障等級(jí)較高時(shí),就會(huì)造成電機(jī)運(yùn)作出現(xiàn)較為嚴(yán)重的負(fù)面后果,電機(jī)運(yùn)作的安全性將會(huì)受到直接的威脅。[2]
1.2線路分支回路故障
通過調(diào)查發(fā)現(xiàn),目前國(guó)內(nèi)多數(shù)礦山企業(yè)都存在插座與機(jī)電設(shè)備分支回路較少的狀況,直接導(dǎo)致每條回路都出現(xiàn)了工作過負(fù)荷的情況。而線路截面也會(huì)隨之減小,極易出現(xiàn)線路溫度過高的問題。如果線路中的導(dǎo)線耐熱性較差,線路的使用壽命就會(huì)受到直接的影響,而且當(dāng)導(dǎo)線絕緣溫度高于耐熱溫度一半以上時(shí),不僅會(huì)縮短線路的使用壽命,同時(shí)還會(huì)增加由線路引發(fā)的火災(zāi)發(fā)生機(jī)率。[4]
1.3短路故障
電路系統(tǒng)中發(fā)生率較高的故障便是短路,同時(shí)該故障在電氣設(shè)備控制系統(tǒng)中也較為常見。當(dāng)機(jī)電設(shè)備以及電路的導(dǎo)電性物質(zhì)連接出現(xiàn)問題或絕緣性出現(xiàn)退化時(shí),就極易發(fā)生短路故障。只要短路故障發(fā)生,電力系統(tǒng)的運(yùn)作就會(huì)被迫停止。常見的短路故障有:變壓器繞組匝間短路、兩相短路以及接地短路等等。[2]
2電氣線路故障診斷方法
為了降低電氣線路故障對(duì)機(jī)電設(shè)備運(yùn)作的影響,維修人員必須要在故障發(fā)生時(shí),及時(shí)對(duì)其進(jìn)行診斷并制定合理的解決方案,較為常用的故障診斷方法有兩種:
2.1電壓法
電壓法檢測(cè)電氣線路故障的原理是:通過萬(wàn)用表電壓擋,對(duì)線路電壓進(jìn)行測(cè)量,當(dāng)?shù)玫较鄳?yīng)的數(shù)值之后,就會(huì)再次對(duì)故障點(diǎn)的周圍線路電壓進(jìn)行測(cè)量。維修人員會(huì)按照電氣線路原理圖,對(duì)多次檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行分析,從而鎖定故障的發(fā)生范圍以及具體的故障發(fā)生位置。具體的電壓檢測(cè)閥主要分為兩種:第一種,分階檢測(cè)法。當(dāng)線路出現(xiàn)短路情況時(shí),通常會(huì)選用這種方式。此種檢測(cè)法,并沒有對(duì)檢測(cè)人員的專業(yè)技術(shù)有過高的要求,所以在線路檢查中使用的頻率較高,且最為實(shí)用。在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)維修人員會(huì)使用萬(wàn)用表的一只表筆與機(jī)電設(shè)備進(jìn)行連接,而另一只表筆則對(duì)設(shè)備線路中的多個(gè)電位點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試,維修人員會(huì)按照電壓表顯示的測(cè)量電壓,對(duì)線路故障范圍進(jìn)行確定。主要是因?yàn)楫?dāng)線路運(yùn)行穩(wěn)定時(shí),測(cè)量點(diǎn)之間的電壓會(huì)顯示為電源電壓;而當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí),測(cè)壓數(shù)值則會(huì)顯現(xiàn)為零,此時(shí)維修人員只需在兩點(diǎn)范圍之內(nèi)逐一進(jìn)行排查,便可準(zhǔn)確找到故障發(fā)生的位置。第二種,分段檢測(cè)法。這種檢測(cè)方法的原理,與第一種檢測(cè)方法基本相同,在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)維修人員會(huì)對(duì)機(jī)電設(shè)備所有線路逐段進(jìn)行排查。當(dāng)斷路故障發(fā)生范圍較大時(shí),可以使用該方式對(duì)故障范圍進(jìn)行確定,便于后續(xù)故障位置的查找。當(dāng)對(duì)大型設(shè)備線路短路故障進(jìn)行檢修時(shí),通常會(huì)使用這種方式。[1]
2.2短接法
當(dāng)機(jī)電設(shè)備電氣線路發(fā)生斷路故障,且線路的負(fù)載較低時(shí),通常會(huì)利用短接法對(duì)故障進(jìn)行排查。具體操作為:維修人員首先會(huì)利用一根絕緣性較強(qiáng)的完整導(dǎo)線,對(duì)斷路線路開展兩點(diǎn)短接檢測(cè)。當(dāng)電路能夠接通,就說明故障發(fā)生點(diǎn)位于兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)之間,之后再反復(fù)利用上述測(cè)量方式,逐漸縮小兩點(diǎn)之間的距離,進(jìn)而對(duì)故障發(fā)生位置進(jìn)行確認(rèn)。按照具體操作步驟,該檢測(cè)方式可以被詳細(xì)分為分段短接法以及局部短接法兩種:(1)分段短接法。這種測(cè)量方式操作原理,與局部短接法較為相似。維修人員要通過對(duì)不同電器元器件實(shí)施短接測(cè)量,來(lái)對(duì)故障的發(fā)生位置進(jìn)行確認(rèn),之后再通過局部短接法的配合,來(lái)對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行分析,通常電氣線路測(cè)量元件較多時(shí)會(huì)使用這種方式;(2)局部短接法。維修人員在利用該方法進(jìn)行故障檢測(cè)時(shí),會(huì)在機(jī)電設(shè)備中選取兩點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè),當(dāng)線路接通,就可以判斷故障點(diǎn)在短接電氣周圍。由于該項(xiàng)檢測(cè)方式工序較為繁瑣,當(dāng)元件數(shù)量過多時(shí),檢測(cè)工作難度與工作量就會(huì)就大大的升高,所以只有故障點(diǎn)較少時(shí),才會(huì)使用此種方式。[2]
3機(jī)電設(shè)備電氣線路的優(yōu)化措施
3.1強(qiáng)化設(shè)備檢修人員專業(yè)水平
作為故障維修的主要執(zhí)行者,維修人員的專業(yè)水平能力會(huì)對(duì)最終故障處理結(jié)果產(chǎn)生直接的影響。因此相關(guān)部門必須要加強(qiáng)對(duì)設(shè)備檢修人員專業(yè)水平的強(qiáng)化力度,不僅要定期對(duì)維修人員進(jìn)行專業(yè)的培訓(xùn),不斷提升他們的檢修實(shí)踐能力,同時(shí)還要經(jīng)常組織檢修人員對(duì)近期的工作進(jìn)行總結(jié),通過討論的方式,找到各種故障的最佳解決方案,從而提高故障檢修的效率,保障機(jī)電設(shè)備的運(yùn)作安全。[3]
3.2加大對(duì)機(jī)電設(shè)備線路的維護(hù)力度
為了防患于未然,相關(guān)人員必須要定期對(duì)機(jī)電設(shè)備的所有線路進(jìn)行詳細(xì)的檢查,要對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)老化以及發(fā)熱等問題的線路,及時(shí)進(jìn)行更換以及其他相應(yīng)的處理,有效提高對(duì)機(jī)電設(shè)備電氣線路的維護(hù)水平,從源頭降低線路故障的發(fā)生幾率,確保機(jī)電設(shè)備安全性運(yùn)行。[3]
4結(jié)語(yǔ)
通過本文對(duì)機(jī)電設(shè)備電氣線路常見故障、故障檢測(cè)方式以及線路優(yōu)化措施三部分內(nèi)容的介紹,使我們對(duì)電氣線路安全的重要性有了進(jìn)一步的了解。線路檢修人員必須要不斷提高自身的專業(yè)能力水平,利用科學(xué)的檢測(cè)方式以及檢測(cè)設(shè)備,及時(shí)對(duì)線路故障進(jìn)行排查,避免因線路故障對(duì)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)造成影響。
作者:鄭東濤 單位:江銅集團(tuán)永平銅礦采礦場(chǎng)
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關(guān)鍵詞:低路堤;沉降;樁身應(yīng)變;土壓力;試驗(yàn)研究
中圖分類號(hào): TU196.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范[1]~【2】中對(duì)于低路基高度的確定沒有明確的標(biāo)準(zhǔn),通常認(rèn)為當(dāng)路基填筑高度小于規(guī)范要求的基床厚度時(shí)該路基屬于低路堤范圍。在客運(yùn)專線鐵路中,對(duì)于高度小于基床厚度的低路堤,其基床范圍包括地基的一部分,而對(duì)于路塹一般則為路基面以下2.7m范圍的厚度。
由于缺乏相關(guān)理論與實(shí)踐,從我國(guó)高速鐵路和客運(yùn)專線的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看,開展低路基的相關(guān)試驗(yàn)研究十分必要和迫切。通過對(duì)基床中設(shè)置混凝土板的低路基的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和理論分析,研究靜荷載作用下混凝土板的荷載分布與樁頂沉降,為軟土地區(qū)高速鐵路低路堤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及地基處理方式提供指導(dǎo)。
1 工程措施
高速鐵路某段左線下采用素混凝土鉆孔樁處理,直徑0.8m,橫向2根樁,橫向間距3.0m,縱向間距3.0m,樁長(zhǎng)10m;津秦右線采用C35鋼筋混凝土鉆孔灌注樁加固處理,直徑1.0m,段落Ⅰ橫向2根樁,橫向間距4.0m;段落Ⅱ橫向3根樁,橫向間距4.0m,鉆孔樁與板采用剛性連接,樁長(zhǎng)15m。相鄰城際鐵路段為管樁,樁徑0.8m,間距3.0m,樁長(zhǎng)10m。
管樁及素混凝土鉆孔樁下按原設(shè)計(jì)0.5m厚鋼筋混凝土板;C35鋼筋混凝土鉆孔灌注樁下采用0.7m厚鋼筋混凝土板。樁板與涵洞相接處,樁頂板斷開。
樁頂板下設(shè)0.1m厚C25混凝土找平層及0.2m厚碎石墊層。
2 試驗(yàn)方案
2.1 測(cè)試內(nèi)容
通過在地基土中埋設(shè)測(cè)試元件進(jìn)行應(yīng)力和變形、位移、土壓力等項(xiàng)目的測(cè)試,對(duì)基床分層壓力及復(fù)合地基和復(fù)合樁基的沉降變形特性、鋼筋混凝土板應(yīng)力應(yīng)變特征以及灌注樁身應(yīng)力等進(jìn)行研究,主要觀測(cè)測(cè)試項(xiàng)目如下:
(1)混凝土板頂?shù)暮奢d分布;
(2)鋼筋混凝土板應(yīng)力觀測(cè);
(3)地基沉降觀測(cè);
(4)樁身應(yīng)力(應(yīng)變)量測(cè)。
2.2 觀測(cè)斷面設(shè)計(jì)
1.試驗(yàn)觀測(cè)斷面選取
針對(duì)不同的基床高度,共設(shè)2個(gè)觀測(cè)斷面,分別為斷面Ⅰ與斷面Ⅱ。斷面情況見表1:
表1試驗(yàn)段方案
斷面型式如下圖所示:
a.斷面Ⅰb.斷面Ⅱ
圖1 斷面示意圖
2.試驗(yàn)觀測(cè)細(xì)則
(1)混凝土板頂荷載分布
對(duì)每一個(gè)觀測(cè)斷面的鋼筋混凝土板頂處、低路堤填土內(nèi)部埋設(shè)土壓力盒進(jìn)行土體應(yīng)力測(cè)試,分析低路基荷載在板的不同位置沿深度的傳遞規(guī)律。每處沿線路方向布設(shè)3排。
斷面Ⅰ斷面需用土壓力盒15件,斷面Ⅱ斷面需用土壓力盒45件,2個(gè)測(cè)試方案共60件土壓力盒。
(2)樁頂沉降測(cè)試
采用單點(diǎn)沉降計(jì)來(lái)測(cè)試樁頂沉降值。每個(gè)測(cè)試斷面設(shè)單點(diǎn)沉降計(jì)6件,兩個(gè)測(cè)試斷面共12件單點(diǎn)沉降計(jì)。
(3)樁身應(yīng)變測(cè)試
在每個(gè)觀測(cè)斷面素混凝土樁、鉆孔灌注樁各選擇3根樁,從上至下沿深度每隔3m布設(shè)一層1只應(yīng)變計(jì)(土層分界面、樁端處亦應(yīng)布設(shè)),共60只應(yīng)變計(jì),用于觀測(cè)在荷載作用下樁身的應(yīng)變情況,以分析沿樁身的荷載傳遞規(guī)律。
(4)觀測(cè)儀器布置
觀測(cè)點(diǎn)總數(shù)90點(diǎn),具體儀器布置詳見圖2~圖5。
圖2 斷面Ⅰ處設(shè)備埋設(shè)平面布置圖圖3 斷面Ⅰ處設(shè)備埋設(shè)橫斷面布置圖
圖4 斷面Ⅱ處設(shè)備埋設(shè)平面布置圖 圖5 斷面Ⅱ處設(shè)備埋設(shè)橫斷面布置圖
2.3 檢測(cè)元件主要參數(shù)指標(biāo)
表2 主要監(jiān)測(cè)元件參數(shù)指標(biāo)
注:上述各與精密測(cè)量網(wǎng)結(jié)合的沉降、位移等測(cè)量由專業(yè)測(cè)量人員進(jìn)行。
2.4 遠(yuǎn)距離自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
為提高現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)水平,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),本試驗(yàn)采用相適應(yīng)的遠(yuǎn)距離自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理三大子系統(tǒng)組成。下面結(jié)合附圖就本次試驗(yàn)擬采用遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)的元器件、測(cè)試內(nèi)容以及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)述。
如圖6所示,自動(dòng)數(shù)據(jù)測(cè)試儀由傳感器1、數(shù)據(jù)傳輸電纜2、自動(dòng)數(shù)據(jù)測(cè)試儀3、通訊設(shè)備4、基站5和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)6構(gòu)成,遠(yuǎn)距離自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將由傳感器監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸電纜與自動(dòng)數(shù)據(jù)測(cè)試儀連接,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程無(wú)線控制;自動(dòng)數(shù)據(jù)測(cè)試儀連接通訊設(shè)備將收集的數(shù)據(jù)通過基站發(fā)往遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)。
圖6 遠(yuǎn)距離自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖
自動(dòng)數(shù)據(jù)測(cè)試儀在正式運(yùn)營(yíng)前由專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行調(diào)試(見圖7),為保證試驗(yàn)期間自動(dòng)數(shù)據(jù)測(cè)試儀數(shù)據(jù)采集的延續(xù)性,本系統(tǒng)采用太陽(yáng)能板為設(shè)備供電(見圖8)。
圖7 自動(dòng)數(shù)據(jù)測(cè)試儀的調(diào)試圖8 數(shù)據(jù)測(cè)試儀與太陽(yáng)能供電設(shè)備連接
采用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)備及其數(shù)量如下表所示:
表3采用遠(yuǎn)距離自動(dòng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)項(xiàng)目及數(shù)量
遠(yuǎn)距離自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)信號(hào)可信度高、測(cè)試過程快速方便、信號(hào)發(fā)生器能量可采用太陽(yáng)能提供,一套設(shè)備可同時(shí)監(jiān)測(cè)幾百個(gè)測(cè)點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有傳感器的自動(dòng)采集、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程無(wú)線控制。
3 結(jié)語(yǔ)
本鐵路低路堤試驗(yàn)完成了靜荷載作用下混凝土板的荷載分布試驗(yàn)分析、復(fù)合地基沉降試驗(yàn)研究、灌注樁復(fù)合地基和復(fù)合樁基沉降特性和沉降計(jì)算方法研究、試驗(yàn)工點(diǎn)代表的地基類型的低路基樁板結(jié)構(gòu)合理的樁間距、樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究,從中獲得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。本文介紹的試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和相關(guān)研究?jī)?nèi)容可供同類試驗(yàn)研究參考。
參考文獻(xiàn):
[1] 中華人民共和國(guó)鐵道部. TB10621―2009.高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)鐵道出版社.2009
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