董義昊，鞠若彬，辛若棟，李 梵，董思德

(國(guó)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(guó)網(wǎng)山東省電力公司濰坊供電公司，山東 濰坊 261061)

針對(duì)國(guó)內(nèi)電纜通道工作井蓋存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，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(jì)運(yùn)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(jì)規(guī)范》、GB/T?23858—2009《檢查井蓋》、《國(guó)家電網(wǎng)公司電力電纜通道選型與建設(shè)指導(dǎo)意見(jiàn)》(國(guó)家電網(wǎng)運(yùn)檢[2014]354號(hào))等文件要求，電纜井蓋不僅需要具備足夠的機(jī)械強(qiáng)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(kāi)啟等防護(hù)功能，以保障電力電纜線路的運(yùn)行安全和環(huán)境安全。

1 電纜井蓋運(yùn)行現(xiàn)狀及安全風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司某年度運(yùn)檢報(bào)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(hù)功能薄弱引發(fā)的故障又占主要比重。

目前，供運(yùn)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(jiǎn)稱井蓋)，主要存在以下幾種安全風(fēng)險(xiǎn)。

(1)?井蓋容易被非專業(yè)人員(與運(yùn)行維護(hù)工作無(wú)關(guān)人員，下同)任意開(kāi)啟；不法分子可以輕易通過(guò)井口進(jìn)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(guò)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(cái)產(chǎn)損失。

(5)?井蓋運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異常后，運(yùn)維人員無(wú)法及時(shí)維修，留下了事故隱患。

可見(jiàn)，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(kāi)啟、防盜竊、防位移、防漏水、防墜落、防異常狀態(tài)和報(bào)警功能設(shè)計(jì)等方面入手。

2 智能“五防”安全井蓋功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)組成

智能“五防”安全井蓋主要由井臺(tái)、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(biāo)注區(qū)，用于標(biāo)注井蓋的編碼代號(hào)、所處地理位置、所屬電纜通道名稱、管理單位名稱、報(bào)修電話號(hào)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(kāi)啟、防盜竊、防位移功能設(shè)計(jì)

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

在井臺(tái)內(nèi)壁上固定設(shè)置2個(gè)以圓心對(duì)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(kāi)閂卡所在位置，把主蓋板置入井臺(tái)內(nèi)，然后旋轉(zhuǎn)，在主蓋板帶動(dòng)下閂杠逐漸進(jìn)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(lái)越緊，直至兩者卡住主蓋板無(wú)法繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)為止。此時(shí)主蓋板和井臺(tái)緊緊結(jié)合在一起，井蓋呈現(xiàn)鎖緊關(guān)閉狀態(tài)。

開(kāi)啟井蓋時(shí)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(kāi)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(kāi)啟方式不同于目前使用的傳統(tǒng)井蓋，非專業(yè)人員無(wú)從掌握，特別是對(duì)預(yù)設(shè)的開(kāi)啟旋轉(zhuǎn)方向，非專業(yè)人員更是無(wú)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(guò)井口進(jìn)入通道盜竊、破壞電纜設(shè)施，還能阻止井蓋本身被盜?！靶o閉鎖機(jī)構(gòu)”還能防止主蓋板在車輪碾軋、行人踩踏情況下從井臺(tái)內(nèi)滑脫，避免發(fā)生位移現(xiàn)象。

2.3 防漏水功能設(shè)計(jì)

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(jì)2處把持部位作為井蓋啟閉操作的把持點(diǎn)。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(shí)作用于吊耳的爪鉤提供活動(dòng)空間。凹窩是一個(gè)由主蓋板上表面下凹形成的空間，不貫通到下表面，實(shí)現(xiàn)阻水目的。

2.3.2 ??橡膠圈與“旋緊閉鎖機(jī)構(gòu)”配合實(shí)現(xiàn)密封

在井臺(tái)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(jī)構(gòu)”的旋緊作用，壓緊橡膠圈，以充分填充井臺(tái)與主蓋板之間的縫隙，使得雨污水無(wú)法通過(guò)井臺(tái)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(tái)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(duì)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(tái)內(nèi)壁無(wú)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(guò)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(jì)使得井蓋成為一個(gè)“水密體”，雨污水無(wú)法通過(guò)井蓋滲漏到電纜通道內(nèi)部。

2.4 防墜落功能設(shè)計(jì)

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(shí)，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(jìn)一步下墜，終止人身傷亡事件的發(fā)生。

2.5 運(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送和報(bào)警功能設(shè)計(jì)

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(bào)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(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送

電纜井蓋正常運(yùn)行狀態(tài)下，主蓋板緊密扣壓在井臺(tái)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(shí)，設(shè)置在井臺(tái)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(tái)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(lái)的信號(hào)，邏輯判定井蓋狀態(tài)運(yùn)行正常，并且發(fā)出相應(yīng)信息。井蓋正常運(yùn)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(yùn)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(bào)警

當(dāng)主蓋板破裂或發(fā)生位移時(shí)，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(shí)重力傳感器和光線傳感器傳出相應(yīng)信號(hào)，中央控制器經(jīng)過(guò)邏輯處理后發(fā)出2路信息：一路送給本地的聲光報(bào)警器使其動(dòng)作報(bào)警；另一路可經(jīng)過(guò)有線或無(wú)線通道傳送給遠(yuǎn)方運(yùn)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(jìn)水狀態(tài)報(bào)警

當(dāng)井蓋密封不嚴(yán)或主蓋板破裂、發(fā)生位移，外部雨污水進(jìn)入井蓋內(nèi)部時(shí)，浸水傳感器感覺(jué)到雨污水的存在并發(fā)出相應(yīng)信號(hào)，中央控制器經(jīng)過(guò)邏輯處理后發(fā)出2路信息：一路送給本地的聲光報(bào)警器使其動(dòng)作報(bào)警；另一路可經(jīng)過(guò)有線或無(wú)線通道傳給遠(yuǎn)方運(yùn)行管理控制中心，告知值班人員井蓋已經(jīng)進(jìn)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(bào)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(dòng)力或照明線路提供。1套UPS電源設(shè)備可擔(dān)負(fù)多個(gè)井蓋的供電。

3 安全防護(hù)功能驗(yàn)證

3.1 防止非專業(yè)人員任意開(kāi)啟試驗(yàn)

試驗(yàn)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(kāi)啟井蓋。

試驗(yàn)結(jié)果：3套井蓋均不能被打開(kāi)。

3.2 防位移試驗(yàn)

試驗(yàn)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(jí)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(yàn)結(jié)果：主蓋板相對(duì)于井臺(tái)未發(fā)生位移。

3.3 密閉性能試驗(yàn)

試驗(yàn)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(lái)水并保持24?h。

試驗(yàn)結(jié)果：井蓋未滲水、漏水。

3.4 防墜落試驗(yàn)

試驗(yàn)操作：任意選取3套井蓋，在無(wú)主蓋板狀態(tài)下將75?kg的模擬人從0.5?m高處對(duì)準(zhǔn)井口自由墜落，分別連續(xù)進(jìn)行3次。

試驗(yàn)結(jié)果：子蓋板完好無(wú)損，均能托住模擬人。

3.5 主蓋板破裂或位移報(bào)警試驗(yàn)

試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果：井蓋均能準(zhǔn)確發(fā)出信息，聲光報(bào)警器均能正常動(dòng)作。

3.6 漏水報(bào)警試驗(yàn)

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

試驗(yàn)結(jié)果：井蓋均能發(fā)出漏水信息，聲光報(bào)警器均能正常動(dòng)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(shí)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(yùn)維工作量。其防護(hù)功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)精巧、使用方便、性價(jià)比高，深受運(yùn)行維護(hù)人員歡迎。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的快速推進(jìn)，城鄉(xiāng)電力電纜通道越來(lái)越多，面臨的安全防護(hù)問(wèn)題也越來(lái)越突出。智能“五防”安全電纜井蓋的應(yīng)用是一項(xiàng)有效的應(yīng)對(duì)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(hù)人身和公眾財(cái)產(chǎn)安全，極大降低運(yùn)行維護(hù)成本，具有一定的推廣前景。

參考文獻(xiàn)：

1 ?中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).GB?50217—2007電力工程電纜設(shè)??計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2007.

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

3 ?電力行業(yè)電力規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).DL/T?5221—??2016城市電力電纜線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].北京：中國(guó)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(jì)[J].科技??視界，2014，4(31):56.

李??梵(1988—)，男，工程師，主要從事電網(wǎng)運(yùn)維檢修工作。

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

2017-03-26。

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

鞠若彬(1985—)，男，工程師，主要從事電力營(yíng)銷工作。

辛若棟(1997—)，男，電網(wǎng)運(yùn)維檢修崗位實(shí)習(xí)生。