埋地電力隧道溫度特性的數(shù)值模擬與試驗研究.pdf

1、由于城市美化以及安全考慮,城市輸電線路一般采用電力隧道內(nèi)敷設的形式。近年來,隨著國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平提高,電力輸送逐年遞增。電力輸送過程中,電纜發(fā)熱會造成隧道內(nèi)溫度的上升，過大的發(fā)熱有可能引起隧道內(nèi)過熱,進而損壞電纜絕緣層。因此,對一定幾何條件和電力負荷條件下電力隧道內(nèi)部溫度進行預測,對于電力隧道運行至關重要。本文采用數(shù)值分析方法,建立了二維非穩(wěn)態(tài)導熱模型以及在通風條件下的三維傳熱模型,對隧道內(nèi)部溫度分布進行數(shù)值計算分析,計算是通

2、過C++編制程序?qū)崿F(xiàn)的。其中,二維模型主要對隧道與周圍土壤間的導熱進行模擬計算,計算中考慮了氣候條件對于土壤內(nèi)部溫場的影響。三維模型則考慮隧道內(nèi)壁面與空氣間的對流換熱,得出一定熱負荷條件和通風條件下隧道內(nèi)部的溫度特性。計算結(jié)論指出,隧道溫度的上升具有早期上升快,15年后減緩的特性。在上海市的氣候條件下,采用冬季通風散熱能夠?qū)档退淼罍囟绕鸬胶芎玫男Ч?。本文還對于上述的計算進行驗證,驗證主要包括相似性試驗驗證以及現(xiàn)場測試驗證。相似性試驗采

3、用相似性理論,將幾何模型減小到實際的1/100,從而使時間尺度為實際尺度的1/10000。相似性試驗可減小實驗臺的幾何尺度,使試驗可在實驗室內(nèi)完成;同時,時間尺度上的縮小可使4天的試驗預測實際情況中100年。現(xiàn)場測試驗證是在上海市龍陽路等隧道的內(nèi)安裝測試儀器,記錄其一段時期內(nèi)的溫度特性,再與數(shù)值計算結(jié)果相對比得到的。無論是相似性試驗驗證還是現(xiàn)場測試驗證,均證明開發(fā)的數(shù)值計算模型可以準確預測隧道內(nèi)溫度的短期和長期特性。誤差在15％以內(nèi)。利

4、用驗證正確的數(shù)值計算模型,本文根據(jù)上海市現(xiàn)有隧道的電力負荷數(shù)據(jù)預測了各隧道的溫度,并對于影響隧道溫度的因素進行分析。計算表明,在當前負荷情況下,上海市現(xiàn)有隧道在50年內(nèi)均不會超過35℃的上限溫度。輸電線路帶來的熱負荷是造成隧道溫度上升的主要因素,隧道幾何條件如直徑和深度等對于隧道溫度有很大影響。在采用通風散熱時,應選擇冬季進行,同時通風風速越大,越有利于隧道內(nèi)散熱。間歇通風能夠有效降低隧道溫度,同時保護風機壽命。利用開發(fā)的通風程序和預測

5、負荷數(shù)據(jù),對于世博電力隧道溫度進行預測。計算結(jié)果表明,由于世博隧道電力負荷大,幾何條件復雜,無通風時隧道溫度會超過35℃,大負荷時溫度可達65℃。為此通過計算研究了世博隧道的通風方案,在連續(xù)通風條件下,為了將隧道溫度控制在35℃的安全溫度之內(nèi),需要將風速控制在3m/s以上,并且每年需要通風120天以上。本文還給出了一種優(yōu)化通風方案,能夠?qū)⒚磕觑L機開啟的時間控制在100天左右。最后,利用隧道長期溫度特性與平均熱負荷的關系情況,將溫度—負荷