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原文传递电力电缆隧道防火阻燃与火源定位方法

论文题名：	电力电缆隧道防火阻燃与火源定位方法
关键词：	电力电缆隧道;防火阻燃;火源定位;温度预测
摘要：	电力系统发展水平的提高，使得电力电缆隧道在电力系统中得到了广泛使用。电缆隧道给电缆的防护和电力系统的运维提供了便利，但也带来了诸多问题，比如由于各类因素引起电力电缆绝缘的缺陷而造成频发的电缆火灾事故。故电缆隧道防火与预警技术在电力系统中扮演着越来越重要的角色。然而电缆隧道深埋于地下，封闭性较强，一旦发生火灾，隧道防火措施性能欠缺，加之现有预警技术判断火情延迟，无法准确判断着火的位置和温升幅度，往往会造成较大的损失。为解决上述短板，本文从电缆隧道火灾蔓延特性入手，探究电缆隧道火灾纵向温度分布规律和竖直方向温度分布规律;确定各种防火性能较强的敷设条件及环境条件;提出电缆接头舱的防火方法，为电缆隧道防火预警技术提供新思路;根据隧道顶部温升规律，提出了基于双指数函数的电缆隧道内火源定位及最大温度预测方法。本文建立1∶1全尺寸电缆隧道火灾实验平台，复原了常见的地下电力电缆隧道环境条件。对不同敷设条件下的电缆隧道火灾进行了实验分析，通过系列实验结果和数据分析验证，得到的结论如下: 　　(1)通过架构1∶1全尺寸电缆隧道火灾实验平台复原了常见的电缆隧道环境并研究电缆隧道火灾蔓延特性，火灾蔓延特性主要以纵向温度分布和竖直方向温度分布为主体，探究电缆隧道火灾纵向温度分布结果表明:纵向温度分布呈现明显的阶梯式变化，隧道顶棚温度随着与火源点距离的增加而减小。相同长度区间内，越靠近火源点的长度区间温升幅度差异越明显。在竖直方向温度分布方面存在着明显的温度分层现象:即竖直方向温度分布也呈现明显的阶梯式变化，在隧道内温度随着竖直高度的增加而增加。　　(2)探究电缆隧道内不同敷设条件及电缆接头舱的防火阻燃效果并结合电力电缆隧道火灾实验中温度场变化和有毒气体浓度变化系列数据，其结果表明:为抑制电缆火灾的蔓延，在设置隧道电缆层间距方面应选择电缆敷设层间距为0.35m至0.40m;在设置隧道通风速度方面应尽量避免将通风速度设置在驼峰风速工况下;在研究防火隔板的铺设方式对防火阻燃效果影响时，可得到总体的防火效果为防火隔板位于电缆上方优于防火隔板位于电缆下方优于无防火隔板的结论;在探究电缆排布方式对防火阻燃效果影响时，“一”字形平行排布方式的防火效果明显优于“品”字形三角排布方式。同时针对近年来频发的电缆隧道火灾事故，在传统电缆隧道基础上，设计了电缆接头舱，对电缆隧道内电缆接头区域进行防火优化。对比得出:电缆接头舱采用硅酸钙材料做防火隔板、长宽比为3∶1的参数配置为各方案中抑制火灾蔓延、降低灾后隧道温升、降低灾后有毒气体浓度的最优方案。　　(3)提出了电缆隧道火源位置与内部温度极值的双指数函数预测方法，以电缆隧道系列火灾实验数据为基础，拟合出多组反映隧道顶棚温升和火源点纵向距离关系的双指数函数，基于拟合函数有效辨识了火源点在沿电缆沟道纵向方向上的位置同时准确的预测了电缆隧道的温度极值。计算结果表明:电缆隧道内火源定位方法能够较好的反映出火源点的位置，采用该方法使得火源位置计算结果与实际结果距离最大偏差为0.071m,平均距离偏差在0.058m以内，准确度平均值为98.13％及以上。电缆隧道内火源定位方法能对火源位置进行了准确的辨识。提出了电缆隧道内温度极值预测方法，方法能够较好的预测出电缆隧道内的最大温度，采用方法后使得电缆隧道内的温度极值的计算结果与实际结果温度极值偏差为6.9℃,平均温度偏差为5.7℃,最小温度偏差为4.5℃。准确度平均值为99.17％。该方法对掌握电缆隧道内的火灾温度极值具有重要意义。　　本文相关成果对电缆隧道内防火阻燃、准确预警、火源点位置的确定以及具有重要的支撑意义，可有效提高运维人员对隧道内火灾信息的有效掌握并提升电缆隧道内预警装置对火灾的反映灵敏性，为电缆隧道乃至电力系统的稳定安全运行提供科学指导。
作者：	杨洪敏
专业：	电气工程
导师：	邹亮
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2023