GIL管廊通风温度场研究

GIL管廊通风温度场研究

1杨刚   2贾瑞贞

（1成都市市政工程设计研究院有限公司      四川 成都 610000）

（2 四川大学华西第二医院       四川 成都 610000）

摘要：气体绝缘金属封闭输电线路(gas-insulated metal-enclosed transmission line，GIL)技术是输电技术发展的重要方向。GIL在传输能力、设备可靠性、运行安全性等诸多性能方面优于架空输电线路和电力电缆，其独特优势不仅为输电线路大跨度过江问题提供了一种全新的解决方案，在破解特殊地理环境、中心城市地下电网输电难题方面也同样具有广阔的应用前景。

关键词：GIL；管廊；通风温度场；

引言

GIL是一种高压、高电流电力传输设备,采用气体绝缘、壳体和导体的同轴布置。与传统的架空线路或电力传输电缆相比,它们不受恶劣气候和特殊地形等环境因素的影响,有效利用空间资源,降低电磁影响,增加负载流量,故障率低,维护方便。高压电缆一般分布在隧道中,但对GIL的应用还很少,但随着高压电网建设的不断完善,城市电缆布线速度和城市电网负荷特性不断提高,电力系统承受无功电压的能力还不够,因此GIL在隧道隧道中的应用将越来越广泛。管道隧道施工一般采用目前广泛使用的盾构施工方法。在盾构施工过程中,走廊隧道截面为圆形,分为两层,上层为GIL总线,下层为服务层。但是,由于电压和电流极高,GIL在运行时会发出大量的热量,导致走廊温度升高,导致GIL使用寿命缩短,影响维修和引起火灾,必须对走廊隧道采取通风措施,这对GIL的可靠稳定运行和改善工作环境具有重要意义。

1GIL具有的特点

1)输送容量大，传输能力强根据目前技术测算，GIL的单回传输容量可达4GVA，应用区间通常在2～4GVA范围。输送容量大，有助于简化系统的接线，减少输电回路数和电气设备用量，提高整个系统的供电可靠性。2)电能损耗小由于GIL导体和外壳的截面大、电阻小，约为架空线的1/5，电缆的1/4。相比架空线路和电缆，GIL的电能损耗最低，选择不同的壁厚和直径，可满足不同的技术和经济指标的要求。3)可靠性高，使用寿命长GIL是一种金属封闭的刚性结构，其内部气体绝缘特性好，无老化问题，外壳采用封闭管道，受大气和环境影响很小，气象因素和环境腐蚀带来的威胁不大，整体可靠性高。因此，GIL的使用寿命可达50a，与电缆(使用寿命约30a)相比有大幅提升。4)占地少、节省空间根据测算，用二回500kV架空线路传输2.5GVA时，所需的线路走廊宽度约为36m。若用500kV的GIL，则单芯式GIL占地宽3.2m，远远小于架空线路的走廊宽度。5)运行维护简便GIL采用标准化生产、标准件运输、模块化组装。年漏气率低至0.01％左右，基本免维护。6)安全环保，不影响江河航道功能GIL外部的电磁场几乎可以忽略不计，周围的磁通密度远低于同电压等级的架空线路和电力电缆。在跨江应用时，选择江底隧道敷设或者随桥梁架设的方式，不会对堤防安全、河势稳定、行洪畅通产生明显危害，航运功能基本不受影响。

2GIL管廊数学模型建立

2.1 基本假设

走廊周围的实际温度场比较复杂,它与土壤类型、含水量、深度、GIL布置、表面温度变化、GIL散热、通道直径等因素有关,便于解决,忽略次要影响因素较少,在建立模型时作如下假设:1)在GIL走廊的空气中,忽略浮力和重力的影响。(2)稳定的假设。当GIL的热量和热量达到平衡时,GIL的温度场分布不会随着时间的推移而变化,因此不考虑过渡条件,并且在控制方程中没有时间。3)进入走廊冰箱的风向垂直于通风走廊的空气入口表面,并沿GIL轴从空气出口表面流出。4)每一种GIL复合材料都是等距均匀介质,有些物理参数是恒定的。

2.2 温度空间

走廊的空气温度与进入的空气温度高度相关。在进气通风温度(30.9°C)下,通道内的总体温度低于37°C,由于沿GIL管道散热,通道内的空气温度在Z轴负方向(沿通道长度方向)逐渐升高,达到排气孔附近的最高温度。当空气移动到前后段的走廊尺寸变化时,局部阻力损失很大,导致空气流速降低,换热能力降低,局部温度升高的现象。底部的GIL管道表面温度较低,顶部的GIL管道表面温度较高,这与GIL管道的加热和周围空气的加热有关,空气密度下降和上升,与低温壁换热后温度下降和下降。

2.3通风节点的设计

综合舱采用自然进风、机械排风的通风方式，燃气舱采用机械进风、机械排风的通风方式。为防止出现通风短路的情况，同一防火墙两侧的风口功能相同（同为进风口或同为出风口），进风口与排风口在管廊沿线间隔布置。通风口节点兼具人员逃生功能。投料口结合进风节点设计，按照两个防火分区一处投料口考虑设计，布置间距不大于400m。

2.4风口设置

出风口风速根据不同的通风方案分别定义。GB50838—2015《城市综合管廊工程技术规范》规定，综合管廊电缆舱室应该采用自然进风与机械排风相结合的通风方式，管廊的通风口处出风风速不宜大于5m/s。为了得出临界风速，需要在规定范围内设置多个风速值，利用PyroSim软件依次模拟后，从中选取若干具有代表性的风速值作为本文模拟工况风速。

2.5温度场计算结果

GIL轮胎在走廊中从入口到出口的温度升高先升高后降低,这与入口温度较低和入口温度较软有关,风速均匀。当空气在转弯中间流动时,一定会阻塞流量,速度下降,导致换热能力下降,并且从入口到转弯的温度逐渐升高。出口管道的长段没有弯曲,出口处安装了风扇,因此温升降低了。但是,总体而言,出口温度的升高略高于入口温度。

2.6共享走廊

设计单位需与政府部门加强沟通，明确沿线管道布置，综合考虑GIL管廊的走向及方案，在与其他管廊交叉或并行时，满足安全距离要求。同时需与污水处理厂等单位沟通，摸清会对GIL管廊产生影响的老旧管道布置，若附近有污水管道等需要增加防腐措施。还需从各管道管理部门取得协议，以便于工程的设计与施工。当GIL管廊附近有公路、铁路、地铁等震源设施时，需要对防振方案进行专题研究，确保不会因发生共振对管道产生影响。

3建议

（1）在夏季通风温度条件下,虽然符合标准要求,但存在过度的能耗,可加装自动温度控制系统,在室外低温时关闭风机,降低风速以降低能耗。(2)增加气孔的数量,增加气孔,有利于充分换热通道内的空气,使热量及时排出,提高通风效率,达到最佳的气流组织效果,同时达到更经济的节能目标。(3)在极端的夏季气候条件下,简单的制冷设备可用于通风,如在走廊两端安装冷却风扇或增加感应通风系统以降低走廊内的温度,否则走廊内的温度会明显升高,不会达到热交换的效果。(4)走廊两端均设有冷却风机,工作与非工作输送机之间的风速较高,输送机与走廊壁之间的风速较低,存在平均对称分布趋势。

结束语

随着GIL管道散热,走廊内的空气温度沿着走廊长度逐渐升高,在排气孔附近达到最高温度。当空气移动到前后段的走廊尺寸变化时,局部阻力损失很大,导致空气流速降低,换热能力降低,局部温度升高的现象。空气流速对通风和散热有积极的影响,合理的空气流速设计可以改善热交换。

参考文献

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