电缆通道智能“五防”安全井盖的研发与应用
2017-09-01董义昊鞠若彬辛若栋董思德
董义昊，鞠若彬，辛若栋，李 梵，董思德
(国网山东省电力公司潍坊供电公司，山东 潍坊 261061)
电缆通道智能“五防”安全井盖的研发与应用
董义昊，鞠若彬，辛若栋，李 梵，董思德
(国网山东省电力公司潍坊供电公司，山东 潍坊 261061)
针对国内电缆通道工作井盖存在的安全风险，研究出智能“五防”安全井盖，并将其应用在不同类型供电区域电缆通道上，以提升防止外力破坏的技术水平，保障电力电缆线路安全经济运行。
电缆通道；智能“五防”；安全井盖；研发应用
0 引言
根据GB 50217—2007《电力工程电缆设计规范》、GB/T 23858—2009《检查井盖》、《国家电网公司电力电缆通道选型与建设指导意见》(国家电网运检[2014]354号)等文件要求，电缆井盖不仅需要具备足够的机械强度，而且还要具备防盗窃、防位移、防漏水、防坠落和防止非专业人员任意开启等防护功能，以保障电力电缆线路的运行安全和环境安全。
1 电缆井盖运行现状及安全风险分析
根据国家电网公司某年度运检报告，6—500 kV电缆线路故障总数1 164回次，其中因外力破坏635回次，占54.6 %；而外力破坏故障中因电缆通道工作井盖防护功能薄弱引发的故障又占主要比重。
目前，供运维人员出入电缆隧道、电缆管道、电缆沟等通道的工作井口所使用的电缆井盖(以下简称井盖)，主要存在以下几种安全风险。
(1) 井盖容易被非专业人员(与运行维护工作无关人员，下同)任意开启；不法分子可以轻易通过井口进入电缆通道盗窃和破坏电缆设施，还易导致井盖本体失盗。
(2) 井盖在车辆碾轧、人员踩踏的情况下，极易从井口处滑脱，发生位移现象。
(3) 外部的雨污水可以通过井盖流入电缆通道内部，破坏电气绝缘，腐蚀电器设备，引发停电事故。
(4) 井盖在发生位移、破裂等情况下，行人一旦误入井口则直接坠入电缆通道深处，造成人身伤害和财产损失。
(5) 井盖运行状态出现异常后，运维人员无法及时维修，留下了事故隐患。
可见，为预防井盖衍生事故的发生应从防止非专业人员任意开启、防盗窃、防位移、防漏水、防坠落、防异常状态和报警功能设计等方面入手。
2 智能“五防”安全井盖功能结构设计
2.1 结构组成
智能“五防”安全井盖主要由井台、主盖板、子盖板、闩杠、闩卡、密封橡胶圈、重力传感器、光线传感器、水浸传感器、中央控制器、防水警灯、防水警笛、UPS不间断电源等部件组成。
主盖板表面显著部位设置管理信息标注区，用于标注井盖的编码代号、所处地理位置、所属电缆通道名称、管理单位名称、报修电话号码等属性信息。主盖板结构如图1所示。
2.2 防止任意开启、防盗窃、防位移功能设计
该部分功能由闩杠、闩卡同井台、主盖板相互配合组成的“旋紧闭锁机构”实现。
在井台内壁上固定设置2个以圆心对称的闩卡，闩卡两端部高低不等，呈现相同方向和大小的倾斜度，在主盖板底部平行于板面固定设置1根闩杠。将闩杠避开闩卡所在位置，把主盖板置入井台内，然后旋转，在主盖板带动下闩杠逐渐进入闩卡底部。由于闩杠位置比闩卡高端部低、比闩卡低端部高，随着旋转的继续，闩杠与闩卡逐渐接触，接着咬合越来越紧，直至两者卡住主盖板无法继续转动为止。此时主盖板和井台紧紧结合在一起，井盖呈现锁紧关闭状态。
开启井盖时则需反方向旋转主盖板，使得闩杠从闩卡下部脱出，从而提起主盖板打开井盖。闩杠、闩卡设置在井盖内部，仅凭外观不易发现；这种旋转开启方式不同于目前使用的传统井盖，非专业人员无从掌握，特别是对预设的开启旋转方向，非专业人员更是无法得知，从而发挥“密钥”作用。该“密钥”既能有效防止不法人员通过井口进入通道盗窃、破坏电缆设施，还能阻止井盖本身被盗。“旋紧闭锁机构”还能防止主盖板在车轮碾轧、行人踩踏情况下从井台内滑脱，避免发生位移现象。
2.3 防漏水功能设计
2.3.1 井盖启闭把持部位采用非贯通性结构
主盖板上设计2处把持部位作为井盖启闭操作的把持点。把持部位由凹窝和置于其内的吊耳组成。凹窝的作用是容纳吊耳和给启闭井盖时作用于吊耳的爪钩提供活动空间。凹窝是一个由主盖板上表面下凹形成的空间，不贯通到下表面，实现阻水目的。
2.3.2 橡胶圈与“旋紧闭锁机构”配合实现密封
在井台与主盖板的接触面上设置“燕尾槽”，槽内置入柔性橡胶圈。利用“旋紧闭锁机构”的旋紧作用，压紧橡胶圈，以充分填充井台与主盖板之间的缝隙，使得雨污水无法通过井台与主盖板的结合部位流入电缆通道。
2.3.3 子盖板的阻水结构
子盖板设置在主盖板下方，搁置在井台内壁底部的支撑托架之上，作为阻水的第2道防线。
子盖板采用折叠式结构，由2块对称的半月板组成，便于安装和拆除。环绕子盖板边沿设置柔性橡胶带，使其与井台内壁无缝接触；子盖板中间折叠部位设置柔性橡胶密封带，形成隔水结构，2者可有效阻止雨污水通过子盖板流到井下。子盖板结构如图2所示。
图2 子盖板结构
以上3种阻水结构设计使得井盖成为一个“水密体”，雨污水无法通过井盖渗漏到电缆通道内部。
2.4 防坠落功能设计
子盖板还兼具防止行人等外物坠入电缆通道内部的作用。当主盖板破裂或位移致使井口裸露时，行人即使意外误入井口，处于主盖板下方的子盖板也能将人体托举在井口位置，阻止其进一步下坠，终止人身伤亡事件的发生。
2.5 运行状态信息发送和报警功能设计
该部分功能由重力传感器、光线传感器、水浸传感器、中央控制器、声光报警器(防水警灯、防水警笛)、UPS不间断电源等部件。
2.5.1 电缆井盖正常运行状态信息发送
电缆井盖正常运行状态下，主盖板紧密扣压在井台上。主盖板与子盖板之间的空间内不存在雨污水，并且空间是黑暗的。此时，设置在井台与主盖板接触面上的重力感应器，承受到主盖板的压力；设置在井台内壁上，处于主盖板与子盖板之间黑暗空间内的光线感应器，感受不到明亮光线；处于主盖板与子盖板之间封闭空间内的水浸感应器感受不到雨污水的存在。
该状态下中央控制器综合处理重力传感器、光线传感器和水浸传感器送来的信号，逻辑判定井盖状态运行正常，并且发出相应信息。井盖正常运行状态信息发送的电气原理如图3所示。
图3 电缆井盖正常运行状态信息发送的电气原理
2.5.2 主盖板破裂或位移状态报警
当主盖板破裂或发生位移时，重力感应器受力很小或不受力，而光线感应器则感受到明亮光线的存在。
此时重力传感器和光线传感器传出相应信号，中央控制器经过逻辑处理后发出2路信息：一路送给本地的声光报警器使其动作报警；另一路可经过有线或无线通道传送给远方运行管理控制中心，告知值班人员井盖已经破裂或已经发生位移。
2.5.3 井盖进水状态报警
当井盖密封不严或主盖板破裂、发生位移，外部雨污水进入井盖内部时，浸水传感器感觉到雨污水的存在并发出相应信号，中央控制器经过逻辑处理后发出2路信息：一路送给本地的声光报警器使其动作报警；另一路可经过有线或无线通道传给远方运行管理控制中心，告知值班人员井盖已经进水。
2.5.4 UPS不间断电源供电
井盖的各种传感电路、中央控制器和声光报警器等模块的供电由UPS不间断电源保障。UPS使用的交流电由电缆通道内的动力或照明线路提供。1套UPS电源设备可担负多个井盖的供电。
3 安全防护功能验证
3.1 防止非专业人员任意开启试验
试验操作：任意选取3套处于关闭状态的井盖，由6名非专业人员分为3组，每组限定15 min，使用必要的工具分别开启井盖。
试验结果：3套井盖均不能被打开。
3.2 防位移试验
试验操作：任意选取3套处于关闭状态的井盖，根据井盖承载能力等级不同，选择相应吨位的载重汽车以60 km/h的速度连续碾轧井盖3次。
试验结果：主盖板相对于井台未发生位移。
3.3 密闭性能试验
试验操作：任意选取3套处于关闭状态的井盖，井盖顶面覆盖30 mm深度的自来水并保持24 h。
试验结果：井盖未渗水、漏水。
3.4 防坠落试验
试验操作：任意选取3套井盖，在无主盖板状态下将75 kg的模拟人从0.5 m高处对准井口自由坠落，分别连续进行3次。
试验结果：子盖板完好无损，均能托住模拟人。
3.5 主盖板破裂或位移报警试验
试验操作：任意选取3套井盖，每套井盖分别模拟主盖板破裂或位移状态3次。
试验结果：井盖均能准确发出信息，声光报警器均能正常动作。
3.6 漏水报警试验
试验操作：任意选取3套处于关闭状态的井盖，打开主盖板分别在井口内注满自来水3次。
试验结果：井盖均能发出漏水信息，声光报警器均能正常动作。
4 在不同环境下电缆通道上的应用
智能“五防”安全井盖研发成功后，已应用在繁华市区、居民区、乡村田野等不同供电区域的电缆通道上。
实践证明，该井盖能有效阻止电缆设施被破坏和人员意外坠落伤亡等事故，显著减轻电缆通道运维工作量。其防护功能强大、结构精巧、使用方便、性价比高，深受运行维护人员欢迎。
5 结束语
随着坚强智能电网建设的快速推进，城乡电力电缆通道越来越多，面临的安全防护问题也越来越突出。智能“五防”安全电缆井盖的应用是一项有效的应对措施，它利于智能化管理，可以有效遏制电缆通道外力破坏事件的发生，保护人身和公众财产安全，极大降低运行维护成本，具有一定的推广前景。
参考文献：
1 中国电力企业联合会.GB 50217—2007电力工程电缆设 计规范[S].北京：中国计划出版社，2007.
2 住房和城乡建设部给水排水产品标准化技术委员会.GB/T 23858—2009检查井盖[S].北京：中国标准出版社，2009.
3 电力行业电力规划设计标准化技术委员会.DL/T 5221— 2016城市电力电缆线路设计技术规定[S].北京：中国电 力出版社，2016.
4 梅丽青，王艳敏，朱闻樱.安全窖井盖再设计[J].科技 视界，2014，4(31):56.
李 梵(1988—)，男，工程师，主要从事电网运维检修工作。
董思德(1963—)，男，高级技师，主要从事电网工程勘察设计工作。
2017-03-26。
董义昊(1989—)，男，工程师，主要从事电网运维检修工作，email：13626469173@163.com。
鞠若彬(1985—)，男，工程师，主要从事电力营销工作。
辛若栋(1997—)，男，电网运维检修岗位实习生。
