机电（机械）技术创新创业实务 降低电缆隧道内电缆接头密集处温度 KC017A063降低电缆隧道内电缆接头密集处温度（物场分析）.pptx

国家级创新创业教育教学资源库机电（机械）技术创新创业实务包头轻工职业技术学院主讲人：刘艳春国家级创新创业教育教学资源库案例降低电缆隧道内电缆接头密集处温度一、项目选取项目来源：包钢集团供电厂研究人员：刘艳春 卢尚工 刘艳芬依托单位：包头轻工职业技术学院研究时间：2015年9月——2016年9月二、问题背景和描述1 问题的背景 由于地上空间有限，包钢新建变电站全部采用电缆出线隧道敷设，包括220kV变电站至110kV变电站及车间级变电站和终端用户。由于电力电缆隧道内布设有大量高等级、大负载的输电电缆，在长期的使用中，输电电缆发热、老化、过载、短路等引起的火灾事故仍可能发生，尤其电缆接头和电缆终端头更是电缆故障发生率比较高的地点。电缆隧道路由图如有图所示二、问题背景和描述1 问题的背景 110kV及以上电压等级交联电缆中间接头按照功能分为绝缘接头和直通接头，国内使用的中间接头经历了绕包型、包带模塑型、挤塑模塑型后，目前主要型式为预制型电缆附件。110kV电缆中间接头剖面图二、问题背景和描述2 问题的描述（1）现有技术系统的功能问题所在技术系统为：电缆隧道系统电缆隧道是高电压等级、大截面电缆首选敷设方式，电缆接头实现电缆连接功能，通过电缆实现对用户的供电。该技术系统的功能为：降低电缆接头密集处温度，不超过室温，提高电缆接头及电缆本体运行的安全性。实现该功能的约束有：隧道支架防火墙电缆 隧道内电缆布置截面图 二、问题背景和描述2 问题的描述（2）现有技术系统的工作原理 电缆隧道全长2000多米，高度3.9米，宽度6.3米，中间砌筑一堵0.3米厚的防火墙将隧道一分为二。来自220kV变电站的4回110kV电缆线路分别布置在电缆隧道防火墙的两侧，避免隧道内发生火灾事故时，全部故障停电。 电缆隧道内设置电缆支架。根据电压等级的不同，电缆敷设具体为：110kV电缆每隔1.5米设一处电缆支架，每层支架只敷设一回110kV电缆，三根单芯电缆采用水平平行敷设；每层支架间距亦与电压等级有关，110kV电缆支架间距为300mm，净距不小于两倍电缆外径加50mm。二、问题背景和描述2 问题的描述（2）现有技术系统的工作原理 电缆隧道为钢筋混凝土结构，地下一层，地上通风亭和出风亭均为砖混合结构。 电缆隧道每隔75米为一个防火及通风分区，分区两端设置通风亭兼作出入口。居中设置排风通风亭。排风通风亭采用机械排风方式, 排风量根据工艺提供的散热量确定。电缆隧道内，110kV电缆沿电缆全长敷设光纤感温电缆，对电缆温度进行监控。为全面监视电缆隧道内的具体情况，并能实现网络化远端传输，设置全数字化工业电视系统一套，视频信号分别传至就近变电所内的控制室。 隧道通风图条件二、问题背景和描述2 问题的描述（3）当前技术系统存在的问题及出现的条件 受安装及运输条件的限制，每轴电缆的长度有限，而且随着电缆截面的增大，每轴电缆的长度会相应的减少，因此电缆敷设中不可避免会出现接头。 220kV变电站出线电缆较多，且电缆截面大部分相同，导致隧道内同一地点的电缆接头密集，通风不畅以及电缆接头自身发热造成局部温度过高。问题 电缆隧道正常排风量根据工艺提供的散热量确定。但由于电缆接头在同一地点密集，造成排风不畅，出现局部温度高的问题。二、问题背景和描述2 问题的描述（4）现有解决方案及其缺点 将电缆接头错位布置，避免电缆接头密集造成隧道局部空间狭小，温度升高，使电缆绝缘老化加快，降低电缆及电缆接头寿命，易引发电缆故障。 方案缺点 浪费电缆，且不方便管理，同时电缆隧道需要全线加宽，增加占地面积，增加投资。二、问题背景和描述2 问题的描述（5）对新系统的要求 降低隧道内电缆接头密集处温度，提高电缆接头及电缆本体运行的安全性。 建立已有系统的功能模型空气期望（标准）作用元件推动冷却不足作用电缆支撑排风机制品连接承载加热电缆支架过度作用负载冷却支撑承载加热超系统电缆隧道支撑有害作用容纳 电缆接头三、问题分析1、应用功能分析方法确定问题产生的原因：S1S2物质：场的作用：期望（标准）作用不足作用有害作用四、问题求解工具：物质-场分析及76个标准解① 建立问题的物质-场模型；FS2S1S1：电缆接头S2：空气 F：热场FMeFS2S1四、问题求解工具:物质-场分析及76个标准解根据所建问题的物质-场模型，应用标准解解决流程，从第1或第2类标准解中找到2.1.1（No.14）：串联物质场模型。把单一的模型变换成一串联的模型。两个模型的串联顺序独立可控。 方案1：依据No.14（串联物质场模型）标准解，得到问题的解如下: 由于隧道内电缆接头密集处长期温度高，会导致电缆接头绝缘寿命降低，进而发生故障，因此发明一种带有强迫风冷的电缆接头保护盒，安装在每个电缆接头的外部，直接对隧道内每个电缆接头进行降温。S