电力隧道

随着大、中城市内电力架空线渐渐被埋在地下的电力电缆取代，并在向更高电压等级、更大传输容量发展，架空线入地已经成为世界城市电力、环境发展的趋势和潮流。国网公司也越来越来重视电缆在线监测的重要性，《电缆分布式光纤测温在线监测装置》的行业标准已经发布，同时国家电网已经开始建设《输变电设备的状态监测》，已经正式把电缆廊道在线监测纳入《输变电设备的状态监测》的范畴。与此同时，随着城市地下综合管廊建设步伐不断加快，对城市综合管廊电力舱的监控的重要性也日益增加。随着电缆廊道的加快建设，对电缆运行和廊道安全的监测也显得日益重要。 目前，国网公司已逐步开始实验性地将各独立监控装置进行简单的协调和集成。但是由于尚未形成系统化的电力隧道网络，已建电力隧道均仅根据自身的需要和特点，配置一种或多种监视或控制装置，相互间缺乏必要的联系和有效的协调，无法实现真正的信息共享。现有监控系统也多基于电类传感器，其对环境要求更高、监控不够可靠、后期维护成本也较高。现少见部分基于光纤传感类的技术被分散运用于不同的系统中，综合多方位应用光纤传感技术的电缆廊道的在线监测还没有实施。

北京市电力公司所辖10kV电缆线路共计13527路25620公里，35kV及以上电压等级电缆线路共计979路2173.312公里，其中35kV电缆线路135路171.42公里、110kV电缆线路677路1372.95公里、220kV电缆线路165路615.57公里、500kV电缆线路2路13.372公里，电力隧道共746.649公里。

为了解决复杂电缆隧道内部监测装置和设备的无线数据传输问题，文章通过分析电缆隧道复杂环境下的电磁波传输特征，结合现场实际测试，分析了电缆隧道弯道结构无线通信的难点。采用Mistmesh低功耗无线自组网传感技术，通过自适应组网等方式解决电缆隧道弯道、多层竖井等复杂环境下的无线传感难题，并通过现场实验验证了该无线自组网的可靠性，为后续电力隧道的无人巡检、在线监测、故障点定位、应急通信等研究工作提供了技术基础。

随着城市经济的快速发展，城市用地目趋紧张，架空线路下地及线路增容改造需求日甚，我国大、中型城市随之越来越多的采用电力隧道实现输电工程电缆化、地下化，发展势头迅猛。 电力隧道建设技术决定了隧道工程的可行性、安全行及可靠性。当前的常规隧道掘进技术主要可分为明挖法、顶管法、盾构法。其中，顶管法是在隧道尾部采用千斤顶提供前进顶力、隧道端部被动掘进、采用顶管管节申连构筑隧道的工法；盾构法是隧道端部主动掘进、采用盾构管片拼装构筑隧道的工法。顶管法对施工场地要求小、施工速度快、造价低，但转弯性能差；盾构法转弯性能好，但对场地要求大、造价较高，二者各有优缺点。 中心城区修建电力隧道的主要难点有地质条件复杂、地下管线复杂及地面周边环境复杂、地面空间小等问题。同时，电力工程本身的特点又决定了城市电力隧道具有埋深浅、建设环境复杂、地层变化差异大、工作井小、一次掘进段短、小曲线掘进等特点，上述常规顶管法和盾构法均无法完全满足电力隧道工程的建设需求，电力隧道工程建设遇到瓶颈。 城市电力隧道建设驱需适应狭小场地、复杂地质条件、小曲线转弯等特点的隧道掘进方法及隧道结构形式。

一、电力隧道运维存在的问题、二、轨道巡检机器人的研究历程、三、巡检机器人应用情况、四、后期研究展望

本文以郑州市**电力隧道的施工为典型，比较分析浅埋暗挖法、顶管法和盾构法施工方案的特点，参照典型施 工标段的土层勘测成果，应用FLAC3D软件对不同工法电力隧道施工进行了数值模拟，设计三种暗挖法施工穿越地层引起 的地表沉降规律，因地制宜，创新提出一种以浅埋暗挖为主、顶管和盾构为辅的综合开挖方案，克服地形复杂位于城市 中心的困难，多点同步施工，科学规划各标段方案，使工序工期比目标工期缩短了1-2个月，为今后电力专用输电隧道设 计规划提供了可借鉴的技术和经验。

近几年，国内外由于电力隧道火灾引起的大面积停电时有发生，2016年东京电缆沟起火导致18回电缆中断、58万用户受影响，2016-2018年国内发生5起隧道火灾引发大面积停电事件，恢复供电时间少则几十小时、多则上百小时。主要原因：①电缆和隧道火灾风险感知不精准、及时，②隧道消防措施孤立分散、难以形成合力打击，③电缆供电恢复时效性差。 为解决上述问题，公司提出构建基于泛在物联网的隧道智能联动消防体系。通过实施基于隧道火灾迅速处置、电缆供电快速恢复原理的电缆隧道多维安防体系创新，以及在多维状态6类16种感知和风险预判网络建设、立体化消防区段建设等方面探索和实践，有效解决隧道火灾监测和处置不精准、恢复供电效率低等问题，在电缆专业泛在物联网建设方面取得突破性成果，先后成功保障北京“一带一路”峰会、世园会、亚洲文明对话大会以及建国70周年庆典期间供电“万万无一失”，确保党中央、国务院等特级重要用户供电零闪动。 基于泛在物联网的隧道智能联动消防体系搭建电缆精益化管理平台，将设备管理、信息管理、隧道资源管理、运营监控、风险管控等功能集于一体，实现政治供电、巡视检测、隐患管理、缺陷管理、有限空间管理等运维业务管理全覆盖。同时依托平台与现场移动作业数据双向交互，实现电缆和隧道运检工作扁平化、透明化的全过程管控。建立基于电缆精益化管理平台的隧道安防多维感知网络，实现火情全面感知和风险实时预判；应用自主研发消防新技术新装备并建立隧道立体化消防区段，实现2秒内火灾感知和10秒内主动灭火100%全覆盖，5分钟内隧道温度降低至10℃，避免次生灾害，具备现场快速抢修条件；应用自主研发新一代电缆接头快速恢复技术，1.5小时完成接头制作并恢复电缆供电，相比传统工艺节约了93%时间。

4月28日10时许，在北京市丰台区的220千伏玉泉营电力隧道示范段内，一台搭载感知设备机械臂的四足巡检机器人正沿着规划好的巡检路径，对电力隧道环境及设备开展自主巡检。此次巡检在实际应用中检验了机器人功能，为进一步提升电力隧道巡检质效打下基础。

针对目前电缆隧道规模快速增长现状和高效运维面临的技术难题，采用微功率模组加供电、传感、通信一体化智慧线技术，实现电力隧道物联网通信与入侵探测，采用高可靠PLC技术实现高压强磁场环境中的多参数传感数据的集成和传输，采用数字孪生三维底座以及知识图谱快速构建L3级电缆数字孪生运维系统以及电缆隧道远程巡视子系统，支撑电缆巡视人工替代以及电缆运维精益化管理。

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