电力电缆隧道防火通风设计

电力电缆隧道防火通风设计

随着城市的快速发展和需求的增加，一些高架输电线已被改造成电缆转移到地下。同时随着大容量变压器和大截面电缆的应用,对地下电缆通道容量提出了很高的要求,而建设电力隧道是行之有效的方法。以前电缆隧道基本上用于发电厂、变电站及大型工矿企业的厂区内,其运行环境和巡视检修情况视不同企业的标准而不同。从目前国内此种类型的电缆隧道的设计来看,大部分的电缆隧道仅仅当作电缆沟用,基本上不考虑隧道的通风问题,有些隧道即使考虑了通风设计,但由于国家还没有颁布有关电缆隧道方面的专用规范,对于隧道中的通风系统也没有专门的要求,不同设计单位往往根据自己的理解和以往其他隧道工程的经验进行设计。随着城市架空线路的改造,110、220kV甚至500kV电压等级的架空线路改为电缆,这样的电缆隧道工程一般有以下特点:①电缆电压等级较高,数量较多,路径相对单一;②电缆都是大截面电缆,如果达到远景负荷,电缆本身产生的发热量较大;③由于电缆隧道的路径基本在城市的中心区域,受环境和规划的制约比较大。因此,对城市高压电力电缆隧道的防火及通风要求越来越高,有必要对电缆隧道的防火及通风设计进行专门的研究。1主控室安全分区与防火分区间距划分防火分区主要是为了在有火灾的情况下能及时疏散人员,保证人员的生命安全;其次,通过防火墙将电缆隧道划分为多个分区,就可以减少火灾时其他没有火灾分区内的电缆损失。据隧道中火灾实地观测,人在浓烟中低头掩鼻最大的通行距离为30m左右,所以有条件的话,如一些厂区的电缆隧道,可以按70m左右划为一个防火分区。这就是1994版《电力工程电缆设计规范》(以下简称《电缆规范》)对安全孔要求的由来。在2007版《电缆规范》中,安全孔75m的间距要求已经明确仅用于厂区和变电站,对于采用明挖法施工的城市电力电缆隧道工程放宽到不大于200m;对于采用非开挖式隧道,间距则适当增大,且应根据隧道的埋深和电缆敷设、通风、消防等情况综合确定。这一要求已与DL/T5221—2005《城市电力电缆线路设计技术规定》的要求统一。在1994版和2007版《电缆规范》中明确规定:除通向主控室、厂区围墙或长距离的隧道按通风区段分隔的阻火墙部位应设防火门外,其他情况,有防止窜燃措施时可不设防火门。此时,整个通风分区为一个防火分区,中间不设防火门的区段只是对电缆的防火分隔,而不是独立的防火分区。很多文章中提到,通风分区一般不能跨越防火分区。本文认为,如果防火分区两边同时加防火门,而且保证防火门正常情况下能开启通风、火灾时能关闭,则通风分区和防火分区的划分无必然关系。但是,1994版和2007版《电缆规范》中规定:长距离电缆隧道每个防火分隔长度为200m,那么防火分区(通风分区)长度就为防火分隔间距的整数倍。这对厂区电缆隧道而言,在保证安全孔间距为75m的前提下,人员安全措施可以得到充分得保证。2007版《电缆规范》放宽了城市电缆隧道安全孔间距。为保证安全,本文认为城市电力电缆隧道应取消防火分隔,应与防火分区统一,每个防火分区必须要加防火门。在正常情况下,防火门不关闭以保持通风,发生火灾时,由火灾探测器报警,联动关闭发生火灾的防火分区的防火门,使火灾控制在一个防火分区内。防火门应具有人员可以从内部手动开启的功能。对于城市电力电缆隧道,防火分区不宜过长,一般取100m或更小(部分防火区间内有安全孔,发生火灾时人员如处在无安全孔的防火区间内可以从一个防火分区转移到另一个防火分区,达到安全目的)。防火分区最长不宜超过200m。综上所述,本文建议,《电缆规范》应尽早对厂区内的电缆隧道和城市电力电缆隧道防火分区的规定区别对待。为提高城市电缆隧道安全性,防火分隔的概念应与防火分区的概念统一起来(防火分隔针对的是电缆,而防火分区针对的是人),缩小防火分区的长度,取75m或100m。2通风面积的价值和通风量的计算公式2.1通风区间的长度由于城市电力电缆隧道比较长,必须要分独立的通风区段。通风区段划分越短,预留通风口就越多,这种理想化的方案在厂区或变电所内可以实现,但在城市中因要减少对环境的影响而需要尽可能减少通风口。减少了通风口也就相应减少了土建费用。而另一方面,如果一味加大通风区间的长度,会造成风机的功率过大,风机发出的噪声会影响环境,日常运行费用也会加大,而且还需要专门设置通风机房,增加了土建费用。因此就需要合理确定通风分区长度的取值,既满足规划要求,又安全经济。结合防火分区的需求,对于明挖法电缆隧道,200m就要设置安全口,通风分区长度暂按200m考虑。2.2电缆隧道内的通风量为kj/m通风分区电缆隧道通风量理论上可按下式计算:G=LqCρ(Tp−Tj)(1)G=LqCρ(Τp-Τj)(1)式中:G为通风分区的通风量,m3/s;L为通风分区的长度,m;q为电缆隧道内每米电缆的发热量,kJ/m;Tj为通风进风温度,℃;Tp为通风排风温度,℃;C为空气比热,kJ/kg·℃;ρ为空气密度,kg/m3。式(1)所需通风量是考虑电缆产生的热量全部由风机带走,但实际上电缆隧道内热量通过与土体的热交换,也会带走部分热量,实际通风量要小于理论通风量。根据日本道路协会1986年制定《共同沟设计指南》的有关内容,共同沟通风量可通下式计算:Q=VA(2)式中:Q为共同沟内的通风量,m3/s;V为共同沟内的断面风速,m/s,其值考虑了通风出、入口空气温差,电缆发热量,共同沟长度,土壤基底温度等多种因素;A为共同沟的有效断面积,m2。3通风量的计算实例工程为南京地区某220kV明挖式电缆隧道工程,电缆为2500mm2截面的大容量电缆。远景最大负荷时电缆的发热功率为254W/m,进、排风温度按南京地区夏季30、40℃考虑,土壤基底温度按夏季南京地区的地表下5m处的温度,取25℃,设通风分区长度为200m,计算每个通风区的通风量。按式(1)计算,理论通风量为3.92m3/s,即折合14000m3/h;而按式(2)计算的通风量为2.95m3/s,即折合10500m3/h。由计算可见,这是自然通风无法满足要求,必须要采用风机通风,而通风量为10500m3/h的通风机基本上也无需设置专门的通风机房。如果电缆发热量远远小于工程实例中所提供的值,可以适当减小通风距离,采用自然通风即可,但必须满足预留远景采用机械通风的条件。而对于非开挖式电缆隧道,通风区段往往配合施工工艺和规划,不均匀分区,通风分区长度往往大于200m,而且由于电缆发热量较大,必须要设通风机房进行机械通风,甚至需要专门设置冷却降温系统。4管道内通风膜的设置1)对于城市明挖法高压电力电缆隧道,在满足城市规划要求的前提下,通风分区宜均匀划分,取200m比较合适。每个通风区间内分别设置进风井和排风井,其中进风井兼作电缆敷设口(投料口)、安全口(人员紧急逃生口),并且进风井和排风井宜设置在通风区间的两端部,以提高通风的效率。防火分区结合通风分区的划分建议取100m(即每个通风分区内做两个防火分区),两端必须设置防火门。如果因环境要求需减少通风井的数量,可以考虑在同一井内布置自然进风和机械排风,排风从侧面设置专用风道,以减少对环境的影响。此时,通风井宜布置在此段通风区间的中部,以提高通风的效率。2)对于暗挖法施工的电缆隧道(主要包括浅埋暗挖法和顶管法),需要结合施工工艺预留工作井进行通风区段的设计,不宜对通风距离限制,但一般来说不超过500m,此时防火分区长度按照100m设置,且每个防火分区两边必须设置防火门。5电缆隧道通风消防设计1)防火分区和通风分区合理的取值应综合考虑规划、电缆发热量、土建及通风设备投资、日常运行费用及噪声等多方面因素。但在今后电缆隧道建设中,应根据电缆隧道的具体结构和施工方案,确