電纜通道智能“五防”安全井蓋的研發(fā)與應(yīng)用

董義昊，鞠若彬，辛若棟，李 梵，董思德

(國網(wǎng)山東省電力公司濰坊供電公司，山東 濰坊 261061)

電纜通道智能“五防”安全井蓋的研發(fā)與應(yīng)用

董義昊，鞠若彬，辛若棟，李 梵，董思德

(國網(wǎng)山東省電力公司濰坊供電公司，山東 濰坊 261061)

針對國內(nèi)電纜通道工作井蓋存在的安全風(fēng)險，研究出智能“五防”安全井蓋，并將其應(yīng)用在不同類型供電區(qū)域電纜通道上，以提升防止外力破壞的技術(shù)水平，保障電力電纜線路安全經(jīng)濟運行。

電纜通道；智能“五防”；安全井蓋；研發(fā)應(yīng)用

0 引言

根據(jù)GB?50217—2007《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》、GB/T?23858—2009《檢查井蓋》、《國家電網(wǎng)公司電力電纜通道選型與建設(shè)指導(dǎo)意見》(國家電網(wǎng)運檢[2014]354號)等文件要求，電纜井蓋不僅需要具備足夠的機械強度，而且還要具備防盜竊、防位移、防漏水、防墜落和防止非專業(yè)人員任意開啟等防護功能，以保障電力電纜線路的運行安全和環(huán)境安全。

1 電纜井蓋運行現(xiàn)狀及安全風(fēng)險分析

根據(jù)國家電網(wǎng)公司某年度運檢報告，6—500?kV電纜線路故障總數(shù)1?164回次，其中因外力破壞635回次，占54.6?%；而外力破壞故障中因電纜通道工作井蓋防護功能薄弱引發(fā)的故障又占主要比重。

目前，供運維人員出入電纜隧道、電纜管道、電纜溝等通道的工作井口所使用的電纜井蓋(以下簡稱井蓋)，主要存在以下幾種安全風(fēng)險。

(1)?井蓋容易被非專業(yè)人員(與運行維護工作無關(guān)人員，下同)任意開啟；不法分子可以輕易通過井口進入電纜通道盜竊和破壞電纜設(shè)施，還易導(dǎo)致井蓋本體失盜。

(2)?井蓋在車輛碾軋、人員踩踏的情況下，極易從井口處滑脫，發(fā)生位移現(xiàn)象。

(3)?外部的雨污水可以通過井蓋流入電纜通道內(nèi)部，破壞電氣絕緣，腐蝕電器設(shè)備，引發(fā)停電事故。

(4)?井蓋在發(fā)生位移、破裂等情況下，行人一旦誤入井口則直接墜入電纜通道深處，造成人身傷害和財產(chǎn)損失。

(5)?井蓋運行狀態(tài)出現(xiàn)異常后，運維人員無法及時維修，留下了事故隱患。

可見，為預(yù)防井蓋衍生事故的發(fā)生應(yīng)從防止非專業(yè)人員任意開啟、防盜竊、防位移、防漏水、防墜落、防異常狀態(tài)和報警功能設(shè)計等方面入手。

2 智能“五防”安全井蓋功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)組成

智能“五防”安全井蓋主要由井臺、主蓋板、子蓋板、閂杠、閂卡、密封橡膠圈、重力傳感器、光線傳感器、水浸傳感器、中央控制器、防水警燈、防水警笛、UPS不間斷電源等部件組成。

主蓋板表面顯著部位設(shè)置管理信息標注區(qū)，用于標注井蓋的編碼代號、所處地理位置、所屬電纜通道名稱、管理單位名稱、報修電話號碼等屬性信息。主蓋板結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 防止任意開啟、防盜竊、防位移功能設(shè)計

該部分功能由閂杠、閂卡同井臺、主蓋板相互配合組成的“旋緊閉鎖機構(gòu)”實現(xiàn)。

在井臺內(nèi)壁上固定設(shè)置2個以圓心對稱的閂卡，閂卡兩端部高低不等，呈現(xiàn)相同方向和大小的傾斜度，在主蓋板底部平行于板面固定設(shè)置1根閂杠。將閂杠避開閂卡所在位置，把主蓋板置入井臺內(nèi)，然后旋轉(zhuǎn)，在主蓋板帶動下閂杠逐漸進入閂卡底部。由于閂杠位置比閂卡高端部低、比閂卡低端部高，隨著旋轉(zhuǎn)的繼續(xù)，閂杠與閂卡逐漸接觸，接著咬合越來越緊，直至兩者卡住主蓋板無法繼續(xù)轉(zhuǎn)動為止。此時主蓋板和井臺緊緊結(jié)合在一起，井蓋呈現(xiàn)鎖緊關(guān)閉狀態(tài)。

開啟井蓋時則需反方向旋轉(zhuǎn)主蓋板，使得閂杠從閂卡下部脫出，從而提起主蓋板打開井蓋。閂杠、閂卡設(shè)置在井蓋內(nèi)部，僅憑外觀不易發(fā)現(xiàn)；這種旋轉(zhuǎn)開啟方式不同于目前使用的傳統(tǒng)井蓋，非專業(yè)人員無從掌握，特別是對預(yù)設(shè)的開啟旋轉(zhuǎn)方向，非專業(yè)人員更是無法得知，從而發(fā)揮“密鑰”作用。該“密鑰”既能有效防止不法人員通過井口進入通道盜竊、破壞電纜設(shè)施，還能阻止井蓋本身被盜。“旋緊閉鎖機構(gòu)”還能防止主蓋板在車輪碾軋、行人踩踏情況下從井臺內(nèi)滑脫，避免發(fā)生位移現(xiàn)象。

2.3 防漏水功能設(shè)計

2.3.1 ??井蓋啟閉把持部位采用非貫通性結(jié)構(gòu)

主蓋板上設(shè)計2處把持部位作為井蓋啟閉操作的把持點。把持部位由凹窩和置于其內(nèi)的吊耳組成。凹窩的作用是容納吊耳和給啟閉井蓋時作用于吊耳的爪鉤提供活動空間。凹窩是一個由主蓋板上表面下凹形成的空間，不貫通到下表面，實現(xiàn)阻水目的。

2.3.2 ??橡膠圈與“旋緊閉鎖機構(gòu)”配合實現(xiàn)密封

在井臺與主蓋板的接觸面上設(shè)置“燕尾槽”，槽內(nèi)置入柔性橡膠圈。利用“旋緊閉鎖機構(gòu)”的旋緊作用，壓緊橡膠圈，以充分填充井臺與主蓋板之間的縫隙，使得雨污水無法通過井臺與主蓋板的結(jié)合部位流入電纜通道。

2.3.3 ??子蓋板的阻水結(jié)構(gòu)

子蓋板設(shè)置在主蓋板下方，擱置在井臺內(nèi)壁底部的支撐托架之上，作為阻水的第2道防線。

子蓋板采用折疊式結(jié)構(gòu)，由2塊對稱的半月板組成，便于安裝和拆除。環(huán)繞子蓋板邊沿設(shè)置柔性橡膠帶，使其與井臺內(nèi)壁無縫接觸；子蓋板中間折疊部位設(shè)置柔性橡膠密封帶，形成隔水結(jié)構(gòu)，2者可有效阻止雨污水通過子蓋板流到井下。子蓋板結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 子蓋板結(jié)構(gòu)

以上3種阻水結(jié)構(gòu)設(shè)計使得井蓋成為一個“水密體”，雨污水無法通過井蓋滲漏到電纜通道內(nèi)部。

2.4 防墜落功能設(shè)計

子蓋板還兼具防止行人等外物墜入電纜通道內(nèi)部的作用。當(dāng)主蓋板破裂或位移致使井口裸露時，行人即使意外誤入井口，處于主蓋板下方的子蓋板也能將人體托舉在井口位置，阻止其進一步下墜，終止人身傷亡事件的發(fā)生。

2.5 運行狀態(tài)信息發(fā)送和報警功能設(shè)計

該部分功能由重力傳感器、光線傳感器、水浸傳感器、中央控制器、聲光報警器(防水警燈、防水警笛)、UPS不間斷電源等部件。

2.5.1 ??電纜井蓋正常運行狀態(tài)信息發(fā)送

電纜井蓋正常運行狀態(tài)下，主蓋板緊密扣壓在井臺上。主蓋板與子蓋板之間的空間內(nèi)不存在雨污水，并且空間是黑暗的。此時，設(shè)置在井臺與主蓋板接觸面上的重力感應(yīng)器，承受到主蓋板的壓力；設(shè)置在井臺內(nèi)壁上，處于主蓋板與子蓋板之間黑暗空間內(nèi)的光線感應(yīng)器，感受不到明亮光線；處于主蓋板與子蓋板之間封閉空間內(nèi)的水浸感應(yīng)器感受不到雨污水的存在。

該狀態(tài)下中央控制器綜合處理重力傳感器、光線傳感器和水浸傳感器送來的信號，邏輯判定井蓋狀態(tài)運行正常，并且發(fā)出相應(yīng)信息。井蓋正常運行狀態(tài)信息發(fā)送的電氣原理如圖3所示。

圖3 電纜井蓋正常運行狀態(tài)信息發(fā)送的電氣原理

2.5.2 ??主蓋板破裂或位移狀態(tài)報警

當(dāng)主蓋板破裂或發(fā)生位移時，重力感應(yīng)器受力很小或不受力，而光線感應(yīng)器則感受到明亮光線的存在。

此時重力傳感器和光線傳感器傳出相應(yīng)信號，中央控制器經(jīng)過邏輯處理后發(fā)出2路信息：一路送給本地的聲光報警器使其動作報警；另一路可經(jīng)過有線或無線通道傳送給遠方運行管理控制中心，告知值班人員井蓋已經(jīng)破裂或已經(jīng)發(fā)生位移。

2.5.3 ??井蓋進水狀態(tài)報警

當(dāng)井蓋密封不嚴或主蓋板破裂、發(fā)生位移，外部雨污水進入井蓋內(nèi)部時，浸水傳感器感覺到雨污水的存在并發(fā)出相應(yīng)信號，中央控制器經(jīng)過邏輯處理后發(fā)出2路信息：一路送給本地的聲光報警器使其動作報警；另一路可經(jīng)過有線或無線通道傳給遠方運行管理控制中心，告知值班人員井蓋已經(jīng)進水。

2.5.4 ??UPS不間斷電源供電

井蓋的各種傳感電路、中央控制器和聲光報警器等模塊的供電由UPS不間斷電源保障。UPS使用的交流電由電纜通道內(nèi)的動力或照明線路提供。1套UPS電源設(shè)備可擔(dān)負多個井蓋的供電。

3 安全防護功能驗證

3.1 防止非專業(yè)人員任意開啟試驗

試驗操作：任意選取3套處于關(guān)閉狀態(tài)的井蓋，由6名非專業(yè)人員分為3組，每組限定15?min，使用必要的工具分別開啟井蓋。

試驗結(jié)果：3套井蓋均不能被打開。

3.2 防位移試驗

試驗操作：任意選取3套處于關(guān)閉狀態(tài)的井蓋，根據(jù)井蓋承載能力等級不同，選擇相應(yīng)噸位的載重汽車以60?km/h的速度連續(xù)碾軋井蓋3次。

試驗結(jié)果：主蓋板相對于井臺未發(fā)生位移。

3.3 密閉性能試驗

試驗操作：任意選取3套處于關(guān)閉狀態(tài)的井蓋，井蓋頂面覆蓋30?mm深度的自來水并保持24?h。

試驗結(jié)果：井蓋未滲水、漏水。

3.4 防墜落試驗

試驗操作：任意選取3套井蓋，在無主蓋板狀態(tài)下將75?kg的模擬人從0.5?m高處對準井口自由墜落，分別連續(xù)進行3次。

試驗結(jié)果：子蓋板完好無損，均能托住模擬人。

3.5 主蓋板破裂或位移報警試驗

試驗操作：任意選取3套井蓋，每套井蓋分別模擬主蓋板破裂或位移狀態(tài)3次。

試驗結(jié)果：井蓋均能準確發(fā)出信息，聲光報警器均能正常動作。

3.6 漏水報警試驗

試驗操作：任意選取3套處于關(guān)閉狀態(tài)的井蓋，打開主蓋板分別在井口內(nèi)注滿自來水3次。

試驗結(jié)果：井蓋均能發(fā)出漏水信息，聲光報警器均能正常動作。

4 在不同環(huán)境下電纜通道上的應(yīng)用

智能“五防”安全井蓋研發(fā)成功后，已應(yīng)用在繁華市區(qū)、居民區(qū)、鄉(xiāng)村田野等不同供電區(qū)域的電纜通道上。

實踐證明，該井蓋能有效阻止電纜設(shè)施被破壞和人員意外墜落傷亡等事故，顯著減輕電纜通道運維工作量。其防護功能強大、結(jié)構(gòu)精巧、使用方便、性價比高，深受運行維護人員歡迎。

5 結(jié)束語

隨著堅強智能電網(wǎng)建設(shè)的快速推進，城鄉(xiāng)電力電纜通道越來越多，面臨的安全防護問題也越來越突出。智能“五防”安全電纜井蓋的應(yīng)用是一項有效的應(yīng)對措施，它利于智能化管理，可以有效遏制電纜通道外力破壞事件的發(fā)生，保護人身和公眾財產(chǎn)安全，極大降低運行維護成本，具有一定的推廣前景。

參考文獻：

1 ?中國電力企業(yè)聯(lián)合會.GB?50217—2007電力工程電纜設(shè)??計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2007.

2 ?住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部給水排水產(chǎn)品標準化技術(shù)委員會.GB/T??23858—2009檢查井蓋[S].北京：中國標準出版社，2009.

3 ?電力行業(yè)電力規(guī)劃設(shè)計標準化技術(shù)委員會.DL/T?5221—??2016城市電力電纜線路設(shè)計技術(shù)規(guī)定[S].北京：中國電??力出版社，2016.

4 ?梅麗青，王艷敏，朱聞櫻.安全窖井蓋再設(shè)計[J].科技??視界，2014，4(31):56.

李??梵(1988—)，男，工程師，主要從事電網(wǎng)運維檢修工作。

董思德(1963—)，男，高級技師，主要從事電網(wǎng)工程勘察設(shè)計工作。

2017-03-26。

董義昊(1989—)，男，工程師，主要從事電網(wǎng)運維檢修工作，email：13626469173@163.com。

鞠若彬(1985—)，男，工程師，主要從事電力營銷工作。

辛若棟(1997—)，男，電網(wǎng)運維檢修崗位實習(xí)生。