电力沟道

电力沟道（精选7篇）

电力沟道 篇1

摘要：针对电力电缆沟道监测完成了一套系统管理软件的设计。系统管理软件主要包括两部分:(1)数据传输部分,主要通过Java语言中的Socket网络通信函数与工作站上位机进行通信,取得沟道内部的实时数据。(2)上层管理部分,采用JSP Model2的设计框架,搭建一个基于Web的上层管理平台,将数据传输模块上传的数据信息进行统一的管理,给出了管理平台的总体规划、主要功能和具体的实现方法。该系统模块不仅实现了沟道管理的工控自动化,而且能及时获得沟道内部的实时数据与报警数据,改进了管理模式,提高了管理效率。

关键词：物联网,Socket,Web,管理平台

电力工业管理包括变电管理、调度管理、线路管理等诸多方面,其中,变电站管理是电力管理工作中的重要环节。其涉及内容广泛、工作量大,特别是对工作的准确性要求较高。经过长期运营实践,变电站管理工作逐步形成了一套成熟的手工管理作业体系。然而,随着国民经济的不断发展,城市对供电量的需求逐步增大,以及城市规划的复杂化,电网结构越来越复杂,需要实时传送地信息量也越来越大,这使得长期的手工管理模式在实施过程中出现了越来越多的问题:需要提供的数据量大、不能形成良好快速的数据存取方式、不能进行实时可靠地数据监测、经常出现漏记漏报的现象、没有实现工控自动化、不能灵活的读取想要的数据、同时保密性差,不利于变电站长期的运营与维护[1]。为弥补传统管理模式的不足,本文旨在研究一套以防火、防盗为主,基于B/S模式的电力电缆沟道监测系统管理软件。

1 系统管理软件

电力电缆沟道监测系统管理软件系统结构如图1所示。

在监测系统管理软件中,用户可以通过数据传输模块的配置界面对工作站上位机进行控制,及时快速地得到所需的数据。同时,以Web方式把沟道的运行状态信息、传感器信息以及超限报警数据发布呈现给授权管理人员和供电局的领导。系统设计的管理界面层次清晰,可将整个沟道的实时信息完整地呈现在浏览器上。以全自动化的管理模式取代了传统的手工管理模式。

由图1可知,实时通信模块首先将从工作站上位机处得到的沟道数据存入数据库服务器,当系统管理中心的工作人员通过浏览器请求所需页面信息时,便会请求Web服务器访问数据库服务器读取所需的信息,并将信息返回至管理中心浏览器的页面端。

2 数据传输模块设计

2.1 数据模块

数据传输模块主要功能:通过TCP/IP协议[2]与工作站中的上位机进行通信,得到不同沟道中的不同测点和传感器的实时数据,再将获得的实时数据存储至数据库服务器中,待前端系统使用。

2.2 通信实现

通信部分采用Java的Socket网络通信函数来实现。所谓Socket[3]通常也称为“套接字”,用于描述IP地址和端口,是一个通信链的句柄。Socket有两种主要的操作方式:面向连接的和无连接的。系统模块采用面向连接的TCP传输方式。

在通信过程中,系统通过启动一次线程建立一次TCP连接,由于工作站上位机在建立一次TCP连接之后会按照系统的采集时间要求不断地向服务器传送数据,直到一次数据传输完后,便会立即断开原有的连接,之后会重新进行一次TCP通信连接,再传输沟道中全新的数据。一般情况下TCP通信连接方式默认为短连接方式,即一次连接,一收一发,一次断开的通信。所以,在实际的开发过程中,系统采用基于TCP的Socket长连接的方式实现多次连接功能。这样,服务器永远不用主动断开通信,仅由工作站上位机来决定是断开还是连接。

所谓长连接,就是客户端与服务器端先建立通信连接,服务器连接建立后不断开,然后再进行报文的发送与接收。

2.3 界面设计

为体现系统设计人性化的特点,数据传输模块不再只是进行单纯的、重复性的数据接收工作,而是根据管理人员工作需要得到的数据,更大程度上提高模块的传输性能。因此,根据实际工程的需要,设计了如图2所示的传输界面。

在通信过程中,模块作为服务器,需要制定服务器端程序的端口号以及填写本端的IP地址,以保证网络通信的正常进行。采集间隔用以控制工作站上位机每隔多长时间按要求向服务器发送一次沟道数据,单位s。ID号对应着监测的所有沟道的编号,测点选择则对应着可以选择每个沟道中的不同测点。通道选择分为双通道传输、模拟通道传输以及数字通道传输。双通道传输表示可以同时传送模拟通道数据和数字通道数据。在本监测系统中,要传输的温度值、液位值、烟雾浓度值、可燃气体浓度值、有毒气体浓度值、二氧化碳浓度值,这些都属于通过模拟通道上传的数据,而入侵监测则属于通过数字通道上传的数据。

图2是运行时的传输界面。每点击一次服务器按钮,建立一次TCP连接。设置本服务器端程序的端口号为5555,本机IP地址为192.186.0.1,连接IP地址为291.245.77.243的工作站上位机,得到2号沟道的3号测点、双向传输通道的数据,并且每次数据传输的间隔为3 s。最后将接收的数据存入数据库中,以便上层管理软件的使用。当工作站上位机完成一次传输任务后便会断开与主机的连接,直到再有新的数据产生,便会自动与服务器进行连接,重新进行数据的传输工作。

3 上层管理软件设计

3.1 开发模型设计

设计一套Web前端软件,不仅需要其提供静态网页访问功能,还应具有良好的交互能力、后台数据库访问能力、提供实时更新数据的能力,以及强大的管理能力、动态网页服务功能。

系统的上层管理软件部分采用JSP Model2的设计架构[4],即JSP+JavaBean+DataBase。如图3所示。JavaBean负责对数据库的读写操作,Servlet则用于控制各种事务的分派,JSP负责最终页面的显示。

使用JSP Model2架构的交互过程为:用户首先通过浏览器向Web应用中的Servlet发送请求,Servlet收到请求后调用JavaBean对象的方法,JavaBean对象返回对数据库的操作结果,Servlet调用合适的JSP,并将从数据库中取得的数据写入JSP页面中,最后通过响应消息回送至浏览器端,最终将Web页面呈现在用户面前。其中,Servlet和JSP组成了整个Web应用。

这样,整个管理软件被分为3层,即展示层、业务逻辑层以及数据库访问层。展示层,即JSP层,主要是与用户进行智能交互,将整个管理软件系统页面展示在用户面前。业务逻辑层,即JavaBean层,主要用于对部分业务逻辑进行封装,以及对数据库读取操作的封装。数据库访问层,即DataBase层,主要用于直接对数据库进行操作,辅助JavaBean层完成对数据库的读取操作。

JSP Model2架构在Web开发中的使用,提高了系统的模块化程度,适用于大型系统的开发,使开发的软件系统更容易管理与维护。但是,随着模块化程度的提高,对开发人员技术的挑战也变得越来越大。

3.2 系统总体规划

整个电缆沟道监测系统由3部分组成:信息采集编码层、数据打包通信层和传输管理层。信息采集层由沟道中监测信息的传感器组成,主要负责采集沟道中各节点传感器的原始数据以及对数据的编码并通过ModBus协议[5]传送至数据打包通信层,采集的数据包括:温度值、液位值、是否有入侵、烟雾浓度、可燃气体浓度、有毒气体浓度和二氧化碳浓度。数据打包传输层在接收到采集层的编码数据后,会按既定的规则对编码数据进行打包,并按照TCP/IP网络通信协议传送至系统管理层的数据库服务器中,以供上层管理软件统一管理与展示。整个电缆沟道监测系统的工作流程图如图4所示。

3.3 上层管理软件主要功能

上层管理软件主要任务是:从数据库读取通过数据传输模块存入的数据,并进行实时数据显示、历史数据显示、按时间查询以及数据报表的导出、历史数据曲线的绘制、系统登录权限的管理、系统设备的统一管理。

(1)实时数据显示模块。

对沟道内部的各种数据进行实时监测,包括:温度、液位、入侵、烟雾、可燃气体、有毒气体、二氧化碳等,根据不同时间间隔的要求刷新Web页面,读取最新最准确的及时数据。同时对超限数据进行特殊标定,提醒管理人员何时、何地出现了异常,便于及时排查处理。

(2)历史数据查询模块。

显示沟道传感器上传的所有历史数据,并且提供按日期查询的功能,以便管理人员对特定日期内沟道数据的查询。

(3)历史数据曲线绘制模块。

将特定日期内某个时间段的采集数据进行曲线绘制,方便管理人员了解特定时间段内沟道内部某项指标的走势情况。

(4)系统权限管理模块。

为维护系统的安全性,只有授权注册的用户才能登录此系统,否则,其他人员一律视为非法用户,无权登录系统。

(5)系统设备管理模块。

对沟道内部的各种不同型号的、不同功能的传感器进行管理。方便管理人员对设备的统一管理与维护。

4 上层管理软件的具体实现

上层管理软件采用B/S的开发模式,客户端操作系统采用Windows XP系统,浏览器推荐使用IE8.0。Web服务器采用Apache Tomcat5.5。数据库服务器采用MySQL5.0数据库系统。

4.1 系统登录页面

该模块是为了提高系统的安全性能而设计的。提供了系统管理人员的登录功能。只有授权登录系统的用户才能进入该管理系统,查看系统信息。系统在设计、使用之初,会首先设定一个管理员,自动默认拥有该管理系统的登录权限,即自动设定用户名和密码,此时只有管理员才有权限登录系统,如图5所示。

本登录模块采用了连接池技术[6],使用数据库连接类DbUtil.java完成数据库的连接,用UserManager.java封装了关于数据库用户管理表的操作。若非法用户登录,便会显示错误信息重新定向至登录页面,若管理人员登录,则将用户登录信息存放至Session对象中,用于多页面会话状态的维持。

4.2 测点历史数据显示页面

测点历史数据显示页面显示了某一沟道中某个测点的所有传感器监测到的数据信息,所有超过设定阈值的数据都将被视为非法数据,使用红色进行报警标记。如图6所示。此外,该页面还提供了按时间查询数据的功能,管理人员可以根据需要选择查看不同时间段的数据信息。同时考虑到数据信息的可移动性,系统还提供了关于数据的Excel表格导出的功能,这样,便可将数据拷贝至任何需要的地方。

此页面主要完成对数据库中测点数据表的读取操作,将对数据库的操作代码封装在Data_infoManager.java中,将历史数据全部显示并产生分页效果的sql语句为:

Sql = “select * from data limit ”+(pageNo-1)* pageSize+“,”+pageSize

其中,data为数据库中数据表的名称;pageNo为当前显示的页码号;pageSize为每一页显示的数据个数。

4.3 测点历史数据曲线图模块

此模块主要是将某一个时间段内的监测数据按照不同的类型绘制出相应的曲线图。首先选择沟道编号,再在具体的沟道编号下选择具体的测点,在确定好具体的沟道与测点之后,便可进入如图7所示的页面。由于监测的数据信息当中,除了入侵数据是由数字通道传入的以外,其他监测数据都是由模拟通道输入的,所以,本管理软件只绘制模拟曲线,页面中曲线类型的选择不包括入侵数据的选项。

此模块主要使用jfreechart组件进行曲线图的绘制[7],完全使用JSP页面中的Java语言编写。在JSP页面通过Java语言直接访问JavaBean组件读取数据库,得到历史数据,最后绘制数据曲线。同时,需要将绘制曲线的相关jar包引入平台。本系统开发使用的包为:jfreechart-1.0.11.jar,jcommon-1.0.14.jar。

测点实时数据显示模块主要体现了此管理系统的实时性。此模块将沟道中测点的实时数据信息进行显示,系统设定每隔5 s进行一次页面的刷新,即访问一次数据库服务器,得到最新的数据信息,显示在管理页面上,使沟道管理人员能够随时得到准确的沟道信息,把沟道的安全隐患消灭在萌芽期。如图8所示。此页面中,若测得数据在安全阈值范围之内,则数据显示绿色表示指标正常,若显示红色则表示出现异常,需要进一步的排查处理。

为了符合系统监测实时性能的要求,需要对数据库中新增的测点数据进行同步的显示,即展示Web页面的动态功能。为此,本模块采用jQuery框架来完成[8]。JSP页面通过jQuery框架辅助的js文件按照特定的时间间隔访问读取数据库的servlet,进行JSP页面显示数据的更新,形成动态的页面效果。

同时,为体现系统实时性这一特点,需要协调好数据传输层接收数据的时间间隔与js文件访问servlet的时间间隔,以便使最新更新的数据及时显示在页面中。

4.4 系统权限管理模块

此模块主要是用于统一管理拥有此系统登录权限的人员。所有需要登录进入此系统的人员都需要在此注册信息,才能拥有登录权限。如图9所示。此页面为已经注册的用户显示页面。可以通过页面中的添加、删除以及修改按钮对注册人员的信息进行必要的修改,保证整个管理系统的安全性。

4.5 设备管理模块

此模块主要是对沟道中所有测点的传感器进行统一的管理。包括传感器的设备编号、设备型号、所属的测点编码、功能名称、传感器所在位置的IP编号、传感器的输出端口、备注说明以及采集间隔。如图10所示。

5 结束语

本软件系统采用Java技术及JSP技术实现了基于Web的电力电缆沟道监测系统的管理模块。该系统模块不仅实现了沟道管理的工控自动化,而且能更快、更及时得到沟道内部的实时数据与报警数据,改进了传统的管理模式,提高了管理效率。

参考文献

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[4]贾素玲,王强,张龙.JSP应用开发技术[M].北京:清华大学出版社,2007.

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[6]王晓路,卢建军,马莉.基于JAVA的连接池优化Web数据库连接[J].西安电子科技大学学报,2005,32(2):228-231.

[7]朱贺新,穆荣,卢建军.JFreeChart的应用开发与改进[J].西安电子科技大学学报,2008,35(4):789-792.

[8]比伯奥特,卡茨.jQuery实战[M].陈宁,译.北京:人民邮电出版社,2009.

倒掺杂沟道MOSFETs的研究 篇2

随着集成电路的迅速发展, MOSFETs的尺寸不断减小。在MOS器件结构尺寸等比缩小的同时, 器件工作电压未能随之等比减小[1,2,3]。进入深亚微米, 传统的平面器件遇到了各种小尺寸效应和可靠性问题, 一些影响器件特性的效应, 如短沟道效应 (short channel effect, 简称SCE) 、漏致势垒降低效应 (drain induced barrier lowering, 简称DIBL) 、热载流子效应 (hot carrier effect, 简称HCE) 等问题更加明显, 很难仅仅通过缩小尺寸进一步发展。于是我们采用倒掺杂沟道MOSFETs的设计[4,5,6], 即沟道表面掺杂浓度低, 体内掺杂浓度高, 通过改变沟道区的掺杂浓度, 从而更好地改善小尺寸效应, 并获得合适的阈值电压[7]。较低的表面掺杂浓度还会因为库伦散射的减小而增加有效迁移率。

目前, 已经有很多研究倒掺杂沟道MOSFETs特性的文章[4,5,6]。文献[4]建立了阶梯沟道掺杂的MOSFETs的模型, 文献[5,6]则采用线性变掺杂的沟道掺杂。本文通过分析求解Possion方程, 得出器件表面电势以及漏极电流的表达式, 研究了垂直于沟道方向上倒掺杂的陡峭程度对漏极电流、饱和驱动电流以及表面电势的影响, 计算结果与二维仿真软件MEDICI模拟结果相符。

1 模型

三维MOSFET基本结构如图1所示。其中栅长为L, 宽为W, 氧化层厚度为tox。我们假设反型层厚度极小, 并且漏极电流是由漂移和扩散引起的。在假设是稳态并且迁移率恒定的情况下, 漏极电流IDS的表达式为:

图1三维MOSFETs结构示意图 (参见右栏)

式中 、 和 、 分别是源、漏端的表面电势以及每单位面积的反型电荷, 为电子迁移率, 为热电压, 。反型电荷

式中Cox为栅Si O2层的单位面积电容 , , 为栅Si O2的介电常数。VGB为栅压, VFB为平带电压, 为表面电势, 为衬偏系数, , 为Si的介电常数。

把式 (2) 代入式 (1) , 解方程得

体内的总电荷

忽略耗尽区内的多数载流子, 那么

在此模型中, 我们研究n型沟道MOSFET, p型衬底, 但是p型沟道MOSFET, n型衬底也同样适用。根据n沟道MOSFET体内的Possion方程, 得

我们取沟道表面掺杂浓度NS=0。一般情况下, NS不为零, 但是分析方法与以下的分析方法相同。衬底掺杂浓度为NB, 那么。

利用迁移率和扩散系数的爱因斯坦关系式, 体内电子的电流方程为:, 因为x方向上没有电流, 所以J=0, 即 。。

2 结果和分析

栅长L=10μm, 栅氧化层厚度tox=3nm, 体内掺杂浓度NB=1018cm-3。迁移率恒定并忽略速度饱和。

图3 (a) 给出了分别在0、10、20和30nm情况下, 漏极电流IDS与栅偏压VGS之间的关系。当=0时, 阈值电压最小;当=30时, 阈值电压最大。用二维器件仿真软件MEDICI[8]所模拟的结果由虚线表示, 仿真结果参照方程 (3) , 与计算结果之间的误差小于1.5%, 说明本文所提出的模型是可行的。

图3 (b) 给出了对数坐标下IDS与VGS之间的关系。当 =0时, 亚阈值斜率最大, 随着 的增大, 亚阈值斜率减小, 当 =20时, 亚阈值斜率达到最小, 继续增大 到30nm时, 亚阈值斜率又有所增大。图3 (c) 给出了 =0、10、20、30nm时, 漏极电流IDS与表面势 之间的关系。

与均匀掺杂的情况相比, 在该模型中唯一用到的新的参数只有倒掺杂深度 , 很明显 是反映垂直于沟道掺杂的陡峭程度的参数, 越小, 则掺杂斜率K越大, 陡峭程度越大。从图中可以看出, 掺杂的陡峭程度对该模型的阈值电压有影响, 掺杂斜率K越小, 陡峭程度越小, 即倒掺杂深度 越大, 则阈值电压越大。同时随着 从0nm增大到20nm, 掺杂的陡峭程度减小, 亚阈值斜率也逐渐减小, 说明器件导通和截止之间的转换越容易, 亚阈值特性越好。当倒掺杂深度 增大到20nm时, 亚阈值斜率达到最小值。但是, 超过20nm之后, 陡峭程度继续减小, 亚阈值的斜率却开始逐渐增大, 说明 =20nm为最优值, 此时亚阈值斜率最小, 器件的亚阈值特性最好。

图4中同样分别使倒掺杂深度 =0、10、20、30nm, 研究IDS随VGS的变化关系。随着 的增大, 由于阈值电压的增大, 饱和驱动电流减小。但是, 大于20nm以后, 饱和驱动电流减小变得不明显。说明增大沟道倒掺杂的陡峭程度可以有效提高饱和驱动电流。

3 结论

本文建立了倒掺杂沟道MOSFETs的模型。通过分析求解Possion方程, 得出器件表面电势以及漏极电流的表达式, 研究了垂直于沟道方向上倒掺杂的陡峭程度对漏极电流、饱和驱动电流以及表面电势的影响, 通过与二维仿真软件MEDICI的仿真结果的比较, 得出当 =20nm时, 器件的亚阈值特性最好, 同时也对提高饱和驱动电流有一定的作用, 此时为最优值。所以改变垂直于沟道方向上倒掺杂的陡峭程度, 能够有效地改善器件的亚阈值特性, 提高饱和驱动电流。

参考文献

[1]陈开宇, 刘佩林.尺寸缩小对沟槽MOSFET性能的影响[J].半导体技术, 2008, 33 (8) :680-682.

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[6]Venkatesan S, Lutze J W, Lage C, et al.Device drive current degradation observed with retrograde channel profiles[C]//.IEDM Tech.Dig., 1995:419-422.

[7]Aoki M, Ishii T, Yoshimura T, et al.IEEE Electron Dev Lett2000, 21 (13) :50

辽宁省侵蚀沟道现状调查研究 篇3

1 调查内容

东北黑土区的侵蚀沟道是指因水土流失 (尤其是沟蚀) 而形成的沟道。此次普查中涉及到的侵蚀沟道长度应不小于100 m、不大于5 000 m;若侵蚀沟道跨越50 km2的小流域时, 不视作侵蚀沟道, 可不进行调查。此次东北黑土区侵蚀沟道普查在辽宁省境内的范围涵盖13个市49个县区, 该省侵蚀沟道普查对象为49个县区内所有耕地及与耕地临界的侵蚀沟[4]。

2 研究方法

侵蚀沟道普查以国务院水利普查办公室下发的2.5 m分辨率遥感影像和1∶50 000数字线划图 (DLG) 为主要信息源。利用GIS软件, 采用人机交互方式在计算机上解译提取侵蚀沟道的长度、面积、类型和纵比及其地理空间位置, 从而统计分析侵蚀沟道数量、特征及其分布情况。从工作流程上可分为5个阶段:基础资料准备、沟道遥感解译、县级野外核查、普查表填写并汇总。

2.1 基础资料准备

从辽宁省水利普查办公室领取侵蚀沟道普查相关基础资料, 包括:国务院水利普查办公室下发的2.5 m分辨率遥感影像、基于1∶50 000比例尺地形图制作的地面高程模型 (DEM, 25 m×25 m分辨率) 和1∶50 000数字线划图 (DLG) 。

2.2 沟道遥感解译

以2.5 m分辨率遥感影像和1∶50 000数字线划图 (DLG) 为信息源, 在完成沟道辨识的基础上严格按照解译提取要求进行沟道面积、沟道长度、沟道纵比和沟道类型等指标的提取工作, 生成辽宁省侵蚀沟道解译矢量图, 同时对每条侵蚀沟道赋属性数据值, 建立侵蚀沟道GIS空间信息数据库。

2.3 县级野外核查

将打印好的带有侵蚀沟道解译矢量信息的影像图, 交给县级普查机构进行实地现场验证。根据实际情况, 县级普查机构将对侵蚀沟道的真实性、长度或起讫经纬度、沟道类型等指标进行实地验证。

2.4 填写普查表并汇总

侵蚀沟道提取结果经由县级普查机构野外核查验证合格后, 省级普查机构严格按照侵蚀沟道普查表填表要求填写普查表。填写完成无误后, 将普查成果上报给松辽流域普查办公室。上报的成果包括:辽宁省侵蚀沟道普查工作报告、辽宁省侵蚀沟道解译矢量图和辽宁省侵蚀沟道普查汇总表。

3 结果与分析

3.1 全省侵蚀沟道成果

全省49个县区共有侵蚀沟道47 193条, 侵蚀沟道的总长度为2.1万km, 沟道平均长度为439.4 m;沟道的总面积为1.99万hm2, 沟道平均面积为0.42 hm2;主沟道的平均纵比降为8.81。全省侵蚀沟道的类型分为发展沟和稳定沟2种, 其中发展沟39 094条, 占沟道总数的82.84%;稳定沟8 099条, 占沟道总数的17.16%。

3.2 侵蚀沟道分县区成果

全省49个县区侵蚀沟道数目分布情况如表1所示。可以看出, 侵蚀沟道主要分布在辽宁省的辽西北地区以及辽东地区。其中, 西丰县侵蚀沟道数量最多为5 968条, 普兰店市侵蚀沟道数量次之, 为4 386条, 义县侵蚀沟道数量位列第3为3 184条。侵蚀沟道数量最少的地区分布在辽中县、台安县、大洼县和盘山县, 侵蚀沟道数目均为0。从侵蚀沟道的空间分布上分析, 该省侵蚀沟道数量的多少主要受到地形因素以及耕地数目多少的影响, 辽西北地区以及辽东地区受地形起伏较大的影响, 所以侵蚀沟道数量分布较多。而辽北地区受耕地分布较多的影响侵蚀沟道数目分布也较多。

全省49个县区侵蚀沟道长度的最大值为4 997.6 m, 分布在阜新蒙古族自治县, 沟道编号为21092100998;侵蚀沟道长度的最小值为100 m, 共有7条, 分别分布在调兵山市、新宾满族自治县、大连市辖区、西丰县、西丰县、桓仁满族自治县、清源满族自治县, 沟道编号分别为21128100213、21042200467、21020100879、21122300572、21122304772、21052200606、21042301061。

(条)

全省49个县区侵蚀沟道面积的最大值为7.09 hm2, 分布在阜新蒙古族自治县, 沟道编号为21092100998;侵蚀沟道面积的最小值为0.03 hm2, 分布在沈阳市辖区, 沟道编号为21010100033。

全省49个县区侵蚀沟道主沟道的纵比降最大值为86.35, 分布在桓仁满族自治县, 沟道编号为21052200365;主沟道的纵比降最小值为0, 共有102条, 主要分布在地势相对平坦地区, 其中有41条分布在康平县。

辽宁省的侵蚀沟道类型以发展沟为主, 将所有的发展沟按照沟道长度的大小划分成100～200、200～500、500～1 000、1 000～2 500、2 500～5 000 m 5个区间。汇总分析可知, 发展沟主要集中分布在沟道长度200～500 m这个区间内, 分布在100～200、200～500 m这2个区间的次之, 分布在1 000～2 500、2 500～5 000 m这2个区间的发展沟最少。

4 结论与讨论

在开展侵蚀沟道提取的过程中, 碰到了一些难题, 但在采取一系列措施后, 取得了良好的效果:一是部分侵蚀沟道界限图勾画困难。培训教材中规定:沟宽低于2个象元时, 不勾画沟缘线。在实际沟道提取中发现, 辽宁中东部大部分县区沟道都比较窄, 通常只有1～4个象元, 加之遥感影像不是特别清楚, 放大后很难准确识别沟缘线。解决方法为:取每个县区外业核查的10条侵蚀沟的平均宽度作为整个县的平均侵蚀宽度进行缓冲, 面积数值利用Arcgis的calculate geometry工具自动生成沟道面积, 这样处理后同样取得了较好的效果。二是发展沟和稳定沟难以确定。稳定沟是指沟谷不再下切加深, 沟头、沟边不再发展, 植被盖度常大于30%的侵蚀沟道, 除此之外的沟道为发展沟。目前, 通过遥感影像判断侵蚀沟类型有些困难[5]。处理方法为:咨询水保专家, 对辽宁省发展沟与稳定沟的形成、形态特征、分布等特点进行细致的学习, 而后利用发展沟与稳定的特点在遥感影像上进行判定。

参考文献

[1]国务院第一次全国水利普查领导小组办公室.水土保持情况普查[M].北京:中国水利水电出版社, 2010.

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[4]李世泉, 王岩松.东北黑土区水土保持监测技术[M].北京:中国水利水电出版社, 2008.

控制沟道排水的半自动闸门设计 篇4

关键词：半自动闸门,控制排水,根系长度,排水孔,孔径

控制排水是对传统自由排水方式的改良,其主要是通过田间排水工程的实施和管理来实现[1,2]。控制排水不仅可以保证作物良好的生长环境、减少地表土壤水分损失、降低农田地下水损失、缓解灌溉压力,而且还可以增加田间墒情、减少受旱概率、减少农田养分的流失及水环境的污染[3,4,5]。可以看出,控制排水对于作物生长具有和灌溉同等重要的作用[6],对降低农田面源污染改善周边水环境意义重大。

目前,农田中一般采用的控制排水设施主要包括普通闸门、翻板闸门等。对于普通闸门控制沟道排水仅仅是一关了之,不能根据旱作物各生育阶段的降渍要求进行控制排水,即不能做到控制旱作物各生育阶段地下水不同埋深;若要控制不同阶段的沟道水位仅靠人工操作虽可实现,但难度大、工作强度也大,而且当种植面积较大时,人工操作起来也较繁琐;翻板闸门利用的是水压力的工作原理,虽然减少了手工操作,但只能实现对沟道一个水位的控制,且易受杂物缠绞而影响闸门翻转,最关键的是水旱轮作时,水田排水沟水位无法控制。因此,本文设计了一种控制沟道排水的半自动闸门,水旱作物种植时均适用,可以实现沟道多水位控制,既减少了人工频繁操作,又灵活、方便,安全可靠,同时经济适用。这种半自动闸门不仅保留了原有系统的排水能力,也更加适应目前的管理水平,使农民更容易接受[7]。

1 排水沟道控制水位的确定

传统排水是根据作物全生育期同一降渍标准进行排水沟深度设计与排水,而本文根据旱作物不同生育期的根系长度来控制排水,以此确定排水沟道在作物不同生育阶段的控制水位。土壤计划湿润层深度是对旱作物进行灌溉的关键,它随着旱作物各生育阶段的生长和根系发育,计划湿润层深度逐渐增加,下面给出了冬小麦、棉花不同生育期阶段的土壤计划湿润层深度,如表1所示[8]。而对于农田排水,控制旱作物各生育阶段的地下水位对防止作物渍害尤为重要。土壤计划湿润层深度是作物根系活动的最佳深度,排水沟控制水位可根据旱作物各生育阶段土壤计划湿润层深度分析确定,一般排水沟控制水位应低于旱作物各生育阶段根系生长所需水位,这里取相近值。由于旱作物生育阶段较多,理论上可以实现每个生育阶段设置一个沟道控制水位,但沟道控制水位设置过多也没多大意义,为避免操作太频繁,可将旱作物全生育期主要分成3个阶段来确定排水沟道控制水位,如表2所示。

cm

注:控制水位指农田地面到排水沟水面的垂直距离。这里确定的沟道控制水位较适用于非盐碱地地区,对于盐碱地地区还需进行调整。

2 半自动闸门控制排水的实现

根据已确定的旱作物各生育期排水沟道控制水位,在沟道闸门上设置3个不同高度的圆形排水孔,如图1所示。用橡胶制成圆形孔塞,将孔塞用链条连接固定在闸墩墙上,既方便堵孔,又防止孔塞丢失。同时,为了满足水旱轮作,在闸门与排水沟之间留出一定高度 Δh,以便在种植水生作物时,孔全部堵上,防田间灌溉水通过沟道漏失,雨期田间多余水可以从闸门上溢流,实现中小雨期间水田自动排水,遇大暴雨时,可以根据需要打开孔塞或提起闸门排水,使水田排水也方便自如。

对农田区域进行规划布置时,在农沟或斗沟末端安装控制排水的半自动闸门,如图2所示。既可利用斗、农沟蓄积雨水补充田间土壤水量与地下水,减少灌溉用水和提高雨水的利用率。实际应用时,根据旱作物各生育阶段控制水位需要,对半自动闸门橡胶塞进行人工调控,从而实现半自动闸门控制排水。旱作物生育期只需要进行3次关、拔孔塞操作。水田时塞上全部孔,仅在大暴雨时人工操作拔塞或开闸即可。

3 半自动闸门的设计

3.1 半自动闸门排水孔口直径的确定

旱作不控制排水时,通常沟道是无水或少量水,因此,半自动闸门排水孔的流水形态以孔口自由出流来确定排水孔的直径,如图3所示,通过孔口的流量公式为[9]:

式中:μ为孔口自由出流的流量系数,μ=εφ,小孔口的ε=0.63~0.64,φ=0.97~0.98,μ=0.6~0.62,以下计算取μ=0.6;A为孔口面积,m2;H为孔口全水头,m。

由于旱作物各生育阶段排水沟中,沟水位随降雨产流历时及排水量不断变化,而各生育阶段排水孔口数是一定的,所以这里假定旱作物各生育阶段排水沟稳定水面保持恒定不变,以下推导均采用平均排除法计算排水流量及进行排水孔径计算,以保证排水在规定的时间内排出。

(1)排水孔1直径d1的计算。旱作物处于第一生育阶段时,排水孔1 开启,排水孔2、3 关闭。此阶段的水量平衡方程为:

此阶段分两种情况:(1)当h1≥Z1时,W产,1≤W蓄,1、W排,1=0,孔1无排水;(2)当h1<Z1时,W产,1>W蓄,1,孔1排水,此情况下确定排水孔1 直径d1。 将公式、W排,1=Q1t带入公式(2),推求出排水孔1的直径为:

注:d1、d2、d3为孔口直径;H1、H2、H3为旱作物各生育阶段排水沟中水平面到孔口1、2、3的垂直距离;1、2、3为排水孔编号;Zmax为排水沟最大水位,即水面到闸门顶部。

(2)排水孔2直径的计算。旱作物处于第二生育阶段时,排水孔1、2 同时开启,排水孔3 关闭。此阶段的水量平衡方程为:

此阶段分3种情况:(1)当h2≥Z2时,W产,2≤W蓄,2、W排,2=0,孔1、2无排水;(2)当Z1≤h2<Z2时,W排,1=0,仅孔2排水,此情况下确定排水孔2直径d2。将公式W排,2=Q2t、、W排,1=0带入公式(4),推求出排水孔2的直径见式(5);(3)当h2<Z1时,孔1、2同时排水,此时

,已知d1,利用公式(4),推求出排水孔2的直径见式(6)。

(3)排水孔口3直径d3的计算。旱作物处于第三生育阶段时,排水孔1、2、3全部开启。此阶段的水量平衡方程为:

此阶段分4种情况:(1)当h3≥Z3时,W产,3≤W蓄,3,孔1、2、3无排水;(2)当Z2≤h3<Z3时,W排,1=0、W排,2=0,仅孔3排水,此情况下确定排水孔3直径d3,将公式W排,3=Q3t、带入公式(7)中,推求出排水孔3的直径见式(8);(3)当Z1≤h3<Z2时,W排,1=0,孔2、3同时排水。此情况下确定排水孔3直径d3,将带入公式(7)中,推求出排水孔3的直径见式(9);(4)当h3<Z1时,孔1、2、3同时排水,此时

,利用公式(7)推求出排水孔3的直径见式(10)。

式中:W排,1、W排,2、W排,3分别为排水孔1、2、3 的排水量,m3;W产,1、W产,2、W产,3分别为旱作物第一、二、三生育阶段的产流量,m3;W蓄,1、W蓄,2、W蓄,3分别为旱作物第一、二、三生育阶段排水沟控制水位下排水沟蓄水量,m3;h1、h2、h3分别为旱作物第一、二、三生育阶段排水沟水位,即农田地面至排水沟水面的垂直距离,m;Z1、Z2、Z3为旱作物第一、二、三生育阶段排水沟控制水位,即农田地面至排水孔1、2、3 的垂直距离,m;Δh1、Δh2、Δh3分别为1/2 H1、1/2 H2、1/2 H3,m;d1、d2、d3为排水孔1、2、3的直径,m;t为排水时间,s。

3.2 工程实例分析

以江苏省盐城市沿海旱作物棉花的生长特点为例来设计半自动闸门。实验区规划布置的农沟长度为400 m,间距100m,即排水沟控制面积为F=0.04km2。沟道深度由最大降渍标准决定,沟道断面要能通过排涝流量。排水农沟尺寸为上口宽2.2m,下口宽0.2m,沟深1m,边坡系数1.0。

根据江苏省盐城市1923-2005年的降雨资料,选出多年棉花三大生育阶段最大24h降雨量,经水文频率计算,得出棉花各生育阶段最大24h降雨量均值及Cv,i值。江苏省农田排涝标准为10年一遇最大日雨量,雨后一日排出。取P=10%,根据,得出棉花各生育阶段最大24h设计暴雨量,推出P=10%棉花各生育阶段最大1d设计暴雨量Xi1d,10%=Xi24h,10%/1.1 (i=1,2,3),计算结果如表3所示。

mm

棉花处于幼苗期时,排水孔1打开,排水孔2、3关闭,根据公式(3)计算排水孔1的直径。棉花处于现蕾期时,排水孔1、2打开,排水孔3关闭,根据公式(6)计算排水孔2的直径。棉花处于开花及吐絮时,排水孔1、2、3全部打开,根据公式(10)计算排水孔3的直径,棉花各生育阶段的产流量根据以上算出的棉花各生育阶段最大1d设计暴雨量推算W产=αX1d,10%F;根据排水沟的尺寸来确定W蓄,i(i=1,2,3);最不利排出时间为2d(雨后1日);计算结果如表4所示。

由此可知,以上计算出的排水孔直径介于4~11cm之间,实际应用中3个孔口都取10cm相同直径或取大一些均可,因为孔口直径取大一些同样可以满足旱作物各生育期根系生长需水要求,同时也可以在排水时间内很快降低到作物耐渍深度以下。半自动闸门排水孔口直径的确定要具体情况具体分析,因为影响排水孔口直径的因素有很多,如:研究地区的不同、重现期的不同、排水沟控制面积的大小等。

4 结语

在农田灌溉中我国水资源的利用存在诸多问题,为了提高水资源的利用率、减少灌溉水量、增加田间墒情、有效的控制农田地下水位,通过在农田斗农沟末端安装控制排水设施(半自动闸门)来实现。本文就控制沟道排水的半自动闸门进行设计,根据旱作物不同生育期根系长度,确定了排水沟道的控制水位。阐述了利用半自动闸门控制排水的实现,依据旱作物各生育阶段排水量的要求,推算出了半自动闸门的孔口直径公式,并以工程实例加以分析计算出排水孔直径分别为10.09、7.43、4.66cm,为方便施工与实际应用,孔口尺寸取10cm左右为宜,北方地区可适当小些,南方地区可适当加大。半自动闸门在农田控制排水中的应用具有设计建造简单、操作方便灵活、适应性强、经济实用等优点,不但是对农田雨水的充分利用,也是对现有管理水平的提高。

参考文献

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[2]谢升申,俞双恩,丁继辉,等.田间控制排水系统布局模式与相关技术的研究[J].中国农村水利水电,2012,(12):32-35.

[3]张瑜芳,张蔚榛,沈荣开,等.排水农田中氮素转化运移和流失[M].武汉:中国地质大学出版社,1997.

[4]陈晓东,寇传和.水田控制排水技术的环境效益初探[J].节水灌溉,2006,(4):32-33.

[5]尹娟,费良军,勉韶平.宁夏银南灌区稻田控制排水条件下氮素淋失的研究[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2006,34(1):108-112.

[6]瞿思尧,黄介生,杨琳,等.旱地控制排水条件下氮素运移试验研究[J].中国农村水利水电,2009,(1):48-51.

[7]罗纨,贾忠华,方树星,等.灌区稻田控制排水对排水量及盐分影响的试验研究[J].水利学报,2006,37(5):608-612.

[8]郭元裕.农田水利学[M].3版.北京:中国水利水电出版社,2007.

电力沟道 篇5

关键词：发电厂,电缆沟,火灾事故

1 前言

由于电力系统使用电缆的场所存在覆盖面大、数量多、敷设密集、动力电缆在运行状态下处于发热状态等特点, 且电缆沟内电缆的特殊结构和相对集中, 当l条电缆发生故障后, 往往会使周围其他电缆产生重大火灾事故。而电缆沟道内的电缆由于在地面以下, 当电缆发生故障而引起火灾时, 较难被工作人员发现, 这就使得电缆沟火灾事故一旦发生将会造成严重的后果。不但会使设备受到不同程度的损坏, 甚至还可能造成人员伤亡, 给人民生命财产造成巨大损失。

2 渗漏水原因分析

该工程为某发电厂地下电缆沟道, 全长900余米。电缆沟道底标高最深处为-5.40m, 电缆沟道区域内由于受工业水排放及其它水源影响, 地下长年水位为-2.5~-3.5m, 电缆沟道大部分在地下水位以下。混凝土设计等级为C25, 抗渗标号为P6。变形缝处设橡胶止水带。沟道底板一侧设250mm×250mm排水沟和12个600mm×600mm积水井, 井内设150ram水泵。

该工程随地面工程分段施工, 2006年10月全部完工。2008年雨季发现渗漏水, 渗漏面广, 水量较大。经分析得知, 其渗漏水原因主要有以下几点。

(1) 变形缝处止水带处理不当, 安放位置不准确。造成止水带侧混凝土厚度不一致, 再加上止水带下部混凝土振捣不密实, 两侧产生不均匀沉降, 导致变形缝处四周均存在漏水现象, 且水量较大。 (2) 底板与侧壁施工缝 (水平缝) 处虽设有300mm高的钢板止水板, 但由于混凝土浇筑高度控制不严, 第一次浇灌混凝土应浇灌至止水板中间, 即150ram处。实际施工误差很大, 致使止水板未发挥止水作用。再加上二次浇灌混凝土间隔时间较长, 接槎处杂物清理不干净。造成混凝土结合不良, 导致渗漏水。这些部位渗漏水较多。且比较严重。 (3) 在沟道内两侧壁均预埋有安装电缆支架用的钢板埋件, 埋件钢筋端部至外墙面仅有100mm, 且这些部位钢筋较密, 混凝土振捣不密实, 墙壁外侧的水沿锚固筋渗入电缆沟道内, 出现这种渗漏部位较多, 且比较严重。 (4) 有部分沟道电缆较多, 电缆支架没有焊接在侧壁上, 而是在底板直接插埋120ram槽钢, 槽钢上焊接角钢横托架, 电缆放在托架上。由于电缆重量较大, 加上架设电缆过程中各种意外因素影响, 使槽钢立架与混凝土底板间形成微小缝隙, 地下水顺槽钢渗至沟道底板表面。经观察, 凡是槽钢支架放置电缆多的部位均存在不同程度的渗漏。

3 综合防水堵漏处理工艺

3.1 准备工作

首先。选一段渗漏最严重的区段 (约90m长) 进行试点。在排除积水, 拆割电缆架, 清点基层之后查漏点, 分析渗透水的原因, 根据渗漏水形成及渗水量等具体情况制定封堵方案。其次, 封堵时尽量切断水源。使封堵作业在无水状态下进行。如果切断水源困难, 须在带水作业状态下进行封堵时。应尽量减小渗水面积和降低水压, 设法作好引水工作。引水的原则是把大漏变小漏, 线漏变点漏, 片漏变孔漏, 制造集中通路。以便于施工。第三, 对漏水水源、地下水位变化规律和地表水及生产、生活用水的影响等因素进行综合分析, 为制定封堵和防水方案以及如何切断水源提供依据。根据工程的结构变形特点以及施工质量等原因造成的渗漏情况, 确定具体封堵方案。根据止水与防水相结合的原则, 采取堵漏止水和永久防水的综合治理方案。

3.2 堵漏止水

正确选用封堵材料是做好堵漏止水工作的基础。我们采用水玻璃速凝剂。该材料凝结速度快, 早期强度高, 粘结力强, 抗冻性能好。选用425号以上新鲜水泥, 以加快封堵材料的凝结速度和提高强度。

根据渗漏水的部位、形式、水量、水压等情况。采用相应的封堵方法。对漏点不大的情况。采用直接快速堵塞法, 简易可行。在水压较高而漏水孔洞不大时, 辅以木楔堵塞法较为有效。对水量大且漏水面积较大的漏水点。采用引水堵漏法较为有利。

4 QBZ-B1型防水剂的应用

4.1 QBZ-B1型防水剂的特点和性能

QBZ-B1型高效防水、防腐剂是在I型基础上的改性和提高。掺人适量的 (一般掺人量为水泥重的3%~5%) QBZ-B1型防水剂所拌制的防水砂浆, 抗渗标号可达P15。掺人QBZ-B1型防水剂所拌制的砂浆 (混凝土) 促使氯硅钙与氯铝酸钙的生成, 急剧增加水泥反应数量。加快水泥的水化速度, 从而提高强度。掺人QBZ-B1型防水剂的砂浆较未掺加的砂浆抗压强度可提高15%~25%。

4.2 施工工艺要求

防水砂浆堵漏施工前应做好基层清理工作, 并严格按施工工艺要求施工。基层清理:将混凝土表面的石子、浮灰铲掉, 打成粗糙的毛面, 用钢丝刷和水刷洗干净, 避免粘染油污。抹结合层:抹刮水泥素浆一道, 厚度2-3mm, 重量比为水泥:水:防水剂=l:0.3-0.35:O.03-0.05, 使素灰浆填满基层孑L隙, 与基层结合牢固。水泥素浆要随拌随用, 放置时间不得超过lh。待灰浆初凝后再抹防水砂浆。抹防水砂浆:采用底层与面层两遍做法。底层砂浆配合比为水泥:砂:水:防水剂=l:2:0.5:0.04, 厚度8-10mm。底层凝结后, 再抹结合层一道。面层配合比采用水泥:砂:防水剂=l:2.5:0.5:0.04, 厚度6-8mm。面层施工不宜踉得太紧, 以防开裂。揉搓:抹完每层防水砂浆, 待砂浆初凝后, 用木抹子均匀揉搓一遍, 使水泥浆与砂子颗粒结合均匀, 砂浆表面应形成麻面, 以利与抹面结合。赶压:在面层防水砂浆抹完接近终凝时, 用铁抹子赶压收浆。注意掌握时间, 不要过早或过迟。养护:防水砂浆抹完后12h, 用喷雾器少量喷水养护。地面用湿草袋覆盖, 24h后洒水养护, 养护期在l4天以上。

5 电缆沟火灾的主要特点

5.1 起火迅速, 火势猛烈, 不易控制

电缆是将l根或数根绝缘的导电芯线绞合, 裹以相应的绝缘层, 外加金属或非金属 (铝、铅或塑料) 防护层而成。绝缘层主要有油浸绝缘层、橡胶绝缘层、塑料绝缘层和无机绝缘层4种, 由纸、布、棉纱、塑料、橡胶等可燃材料组成。一般情况下, 电缆是以爆燃形式起火燃烧的。电缆着火后, 火势顺着电缆线呈线形燃烧, 像点燃后的蚊香, 烟大火小速度慢。如果电缆沟内有多层电缆或电缆交叉叠放, 就会形成立体燃烧, 火势更快。一旦电缆沟内的电缆发生爆燃, 即使断电, 火势也很难控制, 主要是因为电缆燃烧后首先是裹在电芯外部的橡胶绝缘层着火, 火势顺着电缆向上下重叠的电缆蔓延燃烧。由于该电缆沟内空间狭小, 电缆起火后电缆沟内无排烟系统, 温度急剧上升, 烟火交叉混合, 加速了火势的蔓延。

5.2 高温有毒烟雾积聚, 严重威胁人员生命安全

由于电缆沟内的电缆沿着隧道纵横交错, 隧道纵深距离长、路面窄、照明条件差, 发生火灾时, 烟雾会迅速充满沟道空间, 能见度低, 起火后虽然能利用排烟机排烟, 但也难以及时排出有毒烟雾。同时, 沟道在大火猛烈燃烧时温度可达600-800℃, 会造成电缆钢支架烧熔, 电缆线蕊烧成珠状。由于沟道内通道窄, 电缆烟气不仅会破坏电气设备, 还会导致相关电气设备的短路, 直接威胁灭火人员的生命安全, 极易造成灭火人员发生中毒伤亡事故[1]。

5.3 抢救灭火十分困难

由于国内10k V电压等级以下的PVC塑料电缆被广泛应用, 其缺陷是除易于老化外, 还易燃烧, 并且在燃烧时会释放出大量含氯化氢、一氧化碳等有毒气体, 烟雾浓重, 因此, 一旦电缆着火, 抢救灭火十分困难。同时, 火灾燃烧时释放含氯化氢的有害气体, 通过各个缝隙渗透到空间, 弥漫在各种电气设备装置内或室内, 遇潮气形成稀盐酸会附着在电气设备、动力盘、控制和保护屏等各装置上形成有腐蚀性的1层导电膜, 严重降低了设备和接线回路的绝缘性, 威胁和影响电气设备的安全运行。这便是电缆火灾的“二次损害”。要清除“二次损害”很不容易, 也常被人们所忽视。

5.4 损失严重

电缆着火, 常酿成火灾, 不仅直接烧损大量价值昂贵的电缆及其他电气设备装置, 而且恢复运行时间长、难度大。在很多工业企业, 生产连续性强, 一旦停电, 会造成大面积停产, 间接损失极为严重, 如引起其他装置燃烧爆炸, 后果更加严重, 损失和影响不堪设想[2]。

6 电缆沟火灾事故原因分析

引起电缆沟火灾事故的原因有2个:一是电缆本身故障引发着火;二是外界因素引发电缆沟火灾事故。

由于电缆自身原因着火的有以下几种情况: (1) 电缆发生接地和短路事故时, 继电保护未动作, 开关切断事故电缆引起电缆过电流致使电缆过热而自燃。 (2) 电缆接头盒的中间接头因制作工艺不良, 或压接不紧, 或焊接不牢, 或连接不好, 或接头材料选择不当, 或受到损伤, 造成运行中接头氧化、脱焊、局部发热或炸裂导致着火。地下电缆的接头盒密封不好, 或灌注的绝缘剂不符合要求, 使盒内留有气孔, 漏人潮气后, 也能造成绝缘损坏或绝缘性能降低而击穿, 形成短路, 引起爆炸[2]。 (3) 电缆多次经长时间短路电流冲击, 导致绝缘水平下降而引发短路失火。 (4) 在敷设地下电缆时, 电缆的保护铅皮受到机械伤害, 或运行中绝缘体损伤, 均会导致电缆相间或相与铅皮间的绝缘击穿而产生电弧, 使电缆内的绝缘材料和电缆外的麻包发生燃烧。 (5) 电缆长期过负荷运行或保护 (开关) 装置不能及时切除负载短路电流, 致使绝缘过热损坏, 造成电缆短路起火。 (6) 电缆本身质量不过关 (如绝缘强度达不到要求, 内部绝缘制造缺陷等) 引起电缆着火。 (7) 电缆隧道内防火措施不当, 电力电缆受水浸渍, 使电缆绝缘电阻下降造成电缆接地或短路事故引起火灾。 (8) 电缆长期工作温度为70-90℃, 温度范围较低, 易引起火灾。 (9) 一般电缆的绝缘是会老化的, 有一定的使用寿命, 据有关资料介绍为15-20年。绝缘的老化使电缆的过载能力差, 自燃温度点降低较多, 容易造成电缆自燃。

引起电缆沟火灾的外部因素有如下几种情况: (1) 施工时, 由于电、气焊接火花飞溅而引起电缆着火。 (2) 电缆在施工中受到机械性损伤, 造成气隙, 投入运行后常引起局部放电, 电弧使电缆发生树纹状裂纹, 导致接地短路, 引起火灾。 (3) 在电缆隧道与油开关室连接处未封堵好, 由于油开关漏油引起电缆隧道内存油而造成火灾。 (4) 设计中, 开关选择不当, 或开关质量低劣, 开关爆炸等发生母线短路而引起电缆起火。 (5) 电缆隧道未用耐火材料封堵, 造成外部火灾侵入, 引起电缆延燃, 扩大火灾事故。 (6) 电缆沟内未按电压等级分层敷设, 或通风不畅, 也易引起火灾。 (7) 鼠害也是引起电缆沟火灾的原因之一。 (8) 电气设备故障起火或其他杂物起火导致电缆着火。 (9) 由于相间距离或相对距离不足, 在过电压作用下产生弧光使电缆着火。

7 防止电缆沟火灾事故的对策措施

为防止电缆沟火灾事故的发生, 必须树立预防为主、防消结合的方针, 只有将电缆防火工作与企业生产现场整体防火工作相结合, 与企业的安全文明生产相结合, 使电缆经常处于良好的外部环境下运行, 才能从根本上制止电缆沟火灾事故的发生。

7.1 预防措施

(1) 根据负载合理选择电缆, 在工程造价允许的情况下, 电缆容量尽可能留有余地。 (2) 为电缆创造良好的运行环境, 避免因运行环境恶劣加速电缆绝缘老化和损伤。电缆沟要有良好的排水设施, 如设置排水浅沟、集水井, 并能有效排水, 必要时设置自启停抽水装置, 防止积水, 保持内部干燥;防止水、腐蚀性气体液体及可燃性液体气体进入电缆沟;要有完善的防鼠蛇窜人的设施, 防止小动物破坏电缆绝缘引发事故等等。 (3) 加强电缆的预防性试验。电缆预防性试验不能只看试验数据是否合格, 还应该对数据进行比较和分析, 既可以和相同电缆的试验数据进行比较, 也可以和本电缆历史试验数据进行比较, 以探求试验数据的规律。例如, 做直流耐压试验时, 如果发现所测得的泄漏电流值随试验电压值的升高或加压时间的增加而上升较快, 或与相同电缆比较数值增大得较多, 或者和本电缆以前所测数据比较呈明显的上升趋势, 或者三者之间的泄漏电流不平衡系数较大等现象, 都应该认真分析。如果不是试验方法不当所引起的, 可以适当提高试验电压或延长试验时间, 判断电缆是否符合继续运行的条件要求。 (4) 加强对电缆头制作质量的管理和运行监测。严格控制电缆头制作材料和工艺质量, 所制作电缆头的使用寿命不低于电缆的使用寿命, 接头的额定电压等级及其绝缘水平不得低于所连接电缆的额定电压等级及其绝缘水平;绝缘头两侧绝缘垫间的耐压值不得低于电缆护层绝缘水平的2倍;接头形式应与所设置环境条件相适应, 且不致影响电缆的流通能力, 电缆头两侧各2-3m的范围内应采用防火包带作阻火延烧处理。但是, 由于电缆头通常是在现场手工制作的, 受现场工作条件限制及手工制作分散性的影响, 一般来说电缆头是电缆绝缘的薄弱环节。 (5) 完善电缆终端头、中间接头的阻隔措施。对于电缆终端头、中间接头还应该有防火阻隔措施, 以保证万一电缆头着火不会引燃相邻的电缆。 (6) 定期对电缆所连接的开关及保护装置进行校验, 确保其动作的正确性。 (7) 将电缆按不同类型分层布置, 并做到摆放有序。

7.2 阻燃措施

采用封、堵、涂、隔、包、水喷雾等措施防止电缆延燃。电缆进入电缆沟的管口要严格进行防火封堵, 防止单根电缆或少量电缆着火而引燃大量电缆;要保证防火封堵的严密性和厚度, 特别是电缆集中的地方, 最好用软堵料以保证封堵严实, 维护检查中应及时将破坏的封堵还原;要保证防火堵料有足够的机械强度, 以防止电缆着火特别是发生电气短路时引起空气的迅猛膨胀而产生的冲力, 破坏机械强度低的防火封堵层, 使防火封堵失去作用[5]。

7.3 优化外界环境条件

(1) 定期巡视电缆线路, 严防外力破坏损伤电缆, 如在电缆路径上开挖、取土等。 (2) 提高各级人员电缆防火意识, 尽可能避免在电缆周围进行焊接、切割等带有明火性质的作业, 如必须进行作业的, 则应按规定办理动火工作票, 采取可靠措施并在专人监护下实施作业。 (3) 加大技术改造力度, 对电缆头相间距离不足的先天性缺陷, 应尽可能地进行改造处理或采取有效隔离措施, 避免因过电压作用引起相间短路, 造成电缆着火。 (4) 加大对电缆头周围白色垃圾危害性的宣传及清理力度, 避免因白色垃圾 (如锡箔纸等) 飘落于电缆头接线处造成相间短路引发电缆着火的事故。 (5) 加强电缆沟的通风措施, 这也是提高电缆安全运行、避免火灾发生的一个重要措施。电缆沟道应有通风设施, 以降低沟道内的温度, 保证沟道内的温度在夏季不超过室外空气温度10℃。大部分电缆沟都设置在厂房内和变电所等部位, 由于周围环境等因素, 使电缆沟的热量不能及时散发出去, 增加了电缆的运行温度, 为火灾的发生留下了隐患。所以, 在厂房内电缆密集的电缆沟和母线室电缆夹层安装通风机, 在户外电缆沟盖板上加装通风孔, 以确保电缆沟内的空气流通, 改善电缆的运行环境。

7.4 提高电气设备健康水平, 防止火灾事故

(1) 电缆的火灾事故大部分是由于外部设备起火而引燃的。因此, 修好、用好、维护好现场的其他设备, 按期进行电气设备的预防性试验, 特别是在高温和易燃易爆场所, 更要对设备严格管理, 保证设备始终处于健康完好状态。 (2) 防止其他设备着火引燃电缆。可采取的措施有:电缆隧道盖板密封, 防止设备故障失火时油流到电缆隧道里引燃电缆;输煤、制粉系统附近电缆上的积粉要定期清扫, 防止煤粉自燃引燃电缆;制粉系统的防爆门对着的电缆要有防火槽盒包装, 防止防火门动作喷火引燃电缆;汽机机头下的电缆用防火槽盒包装等等。

7.5 加强事故预防及演练

制定切实可行的灭火应急预案并加强演练, 提高各级人员、特别是运行值班人员处理突发火险事故的应对能力, 是防止火灾蔓延的重要保证。

7.6 加强灭火装置及设施的配置

(1) 安装火灾报警装置是防止电缆火灾事故的重要手段。要做到这点单靠生产人员现场巡视是不够的, 必须运用现代化监控手段, 采用火灾报警系统进行监视。通过多次事故分析发现, 电缆沟内火灾的发生主要是由于动力电缆中间接头制作质量不良造成的, 而从电缆头过热到事故的发生, 其发展速度比较缓慢, 时间较长, 通过电缆在线监测系统完全可以防止、杜绝此类事故的发生。 (2) 安装防火门和防火阻燃段是避免电缆火灾事故发生和漫延的重要措施。在通向控制室、母线室等处的电缆沟除严密封堵外, 还应在适当位置加装防火门和防火阻燃段, 在电缆直沟间隔50m加装1道防火门, 并在防火门两侧安装阻燃段, 阻燃段两端用防火胶泥封堵, 每端封堵长度不小于150nun。防火门和防火阻燃段的安装, 有效地将电缆之间隔开。安装防火门不仅能阻隔火情, 使燃烧的电缆缺氧窒息, 还能阻止烟气扩散弥漫。

8 结束语

电缆沟防火是一个较新而又重要的课题, 在现阶段, 由于多种原因不可能将全部电缆都更换为阻燃耐火电缆。因此, 只有严格按照设计要求、工艺标准施工, 采用经有关部门鉴定合格的防火材料和阻燃电缆, 才能大大地减少电缆沟火灾事故, 减少人民生命财产损失, 保证电网设备安全稳定运行。

参考文献

[1]张霄, 刘凯.浅析地下电缆隧道火灾的扑救.广西民族大学学报 (自然科学版) , 2006 (9) 增刊:l9-21.

[2]王学军, 张永武, 马明.地下电缆火灾的事故分析及扑救对策.山东消防, 2000 (10) :54.

[3]金吉芬.电缆隧道火灾成因及其防治.山西建筑, 2OO4, 30 (17) :116一l17.

[4]许泽峰, 张称心.变电站电缆火灾事故的原因分析及应对措施.内蒙古电力技术, 2OO6, 24 (3) :51-53.

轴承沟道形状误差的最小二乘评定 篇6

轴承主要用于确定旋转件与固定件相对运动,是起支承或导向作用的典型零部件,在机器及各类机械中占有重要地位。因此,研究轴承沟道形状误差评定对提高轴承的精度及整个机器或机械的性能有重要的意义。目前多使用圆度、线轮廓度来评价轴承沟道形状误差,即用一条线轮廓和底圆形成的几何要素的误差对轴承沟道的形状误差进行评定,而对轴承沟道整体形状误差的评定国内外很少报道。本文依据最小二乘形状误差的定义,提出了轴承沟道形状误差的最小二乘评定。

1 最小二乘算法过程及步骤

1.1 提取测量点坐标

将工件水平放置在工作台上,利用三坐标测量机对轴承沟道的每条线轮廓进行采样取点,从中取得的测量点为Pij(xij,yij,zij)(i表示测量线轮廓数,i=1,2,…,M;j表示每条线轮廓上的测量点数,j=1,2,…,N)。

1.2 求空间每条线轮廓的中心点

通过三坐标测量机对轴承沟道每条线轮廓进行测量并得到采样点,用最小二乘法对每条线轮廓求其半径及圆心的位置,但轴承沟道轮廓是非整圆,不能直接用整圆的最小二乘法公式,需要坐标变换求空间每条线轮廓的中心点。

1.2.1 坐标变换

在空间坐标系中,直接用最小二乘法求每条线轮廓的中心点比较复杂,为了便于计算,将空间内的线轮廓绕z轴转θi角度至yoz平面。其中:

undefined。

空间线轮廓上各点坐标通过坐标(xij,yij,zij)变换至yoz平面上的新坐标为:undefined。

1.2.2 求所有平面线轮廓的圆心

设平面线轮廓的最小二乘拟合方程为:

(y-a′i)2+(z-b′i)2=rundefined。 (1)

其圆心为(a′i,b′i),半径为ri,平面线轮廓最小二乘拟合方程见图1。对式(1)展开并整理得:

y2+z2-2ai′y-2bi′z+(ai′2+bi′2-rundefined)=0 。 (2)

令c=ai′2+bi′2-rundefined,由式(2)得:

y2+z2-2ai′y-2bi′z+c=0 。 (3)

以每条线轮廓上测点坐标(y′ij,z′ij)代入式(3),方程式明显不等于零,而为:

Δij=y′2ij+z′ij2-2a′iy′ij-2b′iz′ij+c 。 (4)

其中:Δij为实际线轮廓上各点与理论线轮廓上对应点的函数偏差值。设:

当偏差值为最小值时,理论线轮廓逼近实际线轮廓效果最佳。令:

依据求最小值的方法,对系数a′i、b′i、c求偏导数后得出:

其中:undefined。

再由式(3)得出:undefined,在求出待定系数a′i,b′i,c和ri后,可以得出平面线轮廓上所有中心点O′i(a′i,b′i)。

1.2.3 坐标变换

将上一步得到的平面线轮廓的中心点代入下式可以得到空间线轮廓上的中心点Oi(ai,bi,ci):

1.3 最小二乘法拟合空间圆

将每条线轮廓的中心点用最小二乘法拟合一个空间圆,但空间圆没有特定的方程, 只能由空间圆和空间平面的方程联立来表示。距差与z轴的关系如图2所示,由于拟合的空间圆不在一个平面内,其圆心(中心点)为z向的一系列点,r′1,r′2,r′0分别为被测轮廓的测点到中心点的距离,通过式r′21 -r′20 =Δz2,证明空间坐标系中被测轮廓的测点与中心点的距离r′相对于z轴的距差(Δz)大得多,故Δz对r′的影响可以忽略不计。因此可得出中心点在空间平面上,而空间圆也在空间平面上且平行于xoy平面。

设空间圆的方程为:

(x-a0)2+(y-b0)2+(z-c0)2=R2。

其中:圆心为(a0,b0,c0),半径为R。展开并整理得:

x2+y2+z2-2a0x-2b0y-2c0z+aundefined+bundefined+cundefined=R2 。 (10)

设A=-2a0,B=-2b0,C=-2c0,D=aundefined+bundefined+c20-R2。由式(6)得:

x2+y2+z2+Ax+By+Cz+D=0 。 (11)

将最小二乘法拟合每条线轮廓得到的中心点坐标Oi(ai,bi,ci)代入式(11),方程式明显不等于零,而为:

δi=aundefined+bundefined+cundefined+Aai+Bbi+Cci+D 。 (12)

其中:δi为空间圆上各点的函数偏差值,则:

当undefined为最小值时,空间圆拟合的效果最佳。令:

undefined。 (14)

依据求最小值的方法,对系数A、B、C和D求偏导数后得出关于方程的系数A、B、C和D的线性方程如下:

解得A、B、C、D后,代入计算得:

undefined。

即可得到圆心坐标(a0,b0,c0)和圆半径R。

1.4 求解空间圆与每条线轮廓平面的交点坐标

空间圆与线轮廓平面的方程为:

如式(17)所示,每条线轮廓所在平面与z轴平行且共面,那么该平面的方向数C等于零;最小二乘拟合的空间圆与xoy平面平行且共面,所以每条线轮廓所在平面与空间圆相交,可以得到所有的交点坐标值Li(xi,yi,zi)。而交点坐标值Li(xi,yi,zi)既在平面内又在空间圆内,并且交点与所对应线轮廓的测点在一个象限内。

1.5 轴承沟道形状误差

轴承沟道形状误差模型见图3。

由图3可知,每条线轮廓上的测量点Pij(xij,yij,zij)至所对应的每个交点Li(xi,yi,zi)的距离为:

由轴承沟道形状误差的定义可以知道,每条线轮廓上各测量点至所对应交点的距离中,存在最大值、最小值和极差(最大值与最小值的差值)。因而可以得到M个最大值max(dij)、最小值min(dij)和极差Δdijcha。

以最大值、最小值所在的线轮廓绕z轴转360°形成圆环区域,比较所有的极差值,其中最大值为max(Δdijcha),即得到包容整个轴承沟道的最小二乘形状误差值TLSM为:

TLSM=max{Δdijcha} 。 (19)

2 结论

采用最小二乘算法进行轴承沟道形状误差评定,计算简单,完全满足最小二乘法的评定标准。另外,评定方法不仅可以给出轴承沟道形状误差,还能适用于现代机械的精密设计和精密测量。这种评定方法简单正确,收敛速度快,易于计算机程序实现,具有较好的推广应用价值。

参考文献

[1]王伦.轴承基本知识[M].北京:机械工业出版社,2002.

[2]《数学手册》编写组.数学手册[M].北京:高等教育出版社,2004.

[3]沈世德,徐辛伯.最小二乘圆弧法在图像分析中的应用[J].机械设计与制造,1999,10(5):46-47.

电力沟道 篇7

1.工装卡具不好

油石安装是通过用顶丝锁紧油石卡固定在摆架上的。分析发现油石卡与油石的配合过紧过松都不好, 过紧可能在安装过程中通过硬塞将油石安装到油石卡中, 因为油石多为硬脆属性容易出现断裂裂纹, 当加工时受到其他力的作用而彻底断裂;而过于松动时则仅靠锁紧螺丝顶死其侧段并无依靠端面, 在加工中也容易因受力断裂。因此应当选用正规厂家生产的油石, 其尺寸相对稳定, 加工与其相配的油石卡时也容易掌握公差, 以达到良好的互换性, 使油石在加工过程中各面能够与油石卡面接触以便均衡受力, 从而提高油石的使用寿命。

2.摆架下压抬起不灵活

3MK329C超精机摆架部分为两套铸铁轴套结构, 两套铸铁轴固定在底座上, 而两套铸铁套则固定在油石臂座上, 通过气缸带动油石臂座上的铸铁套与铸铁轴的滑动, 实现摆架的下压与抬起动作。两套铸铁轴套安装完毕后, 要求有较高的同轴度, 同轴度不好时会出现卡死或运动不灵活现象。生产中常因为振动或磨损导致铸铁轴套之间滑动滞涩, 而原动作设定抬起后延迟1s摆架箱退, 此时摆架会因为铸铁轴套抬起延迟, 而使摆架箱直接将油石拉断。此故障可以调整铸铁轴或更换铸铁轴套, 使其抬起落下动作流畅。一般去掉气管后, 手能推动摆架完成抬起落下动作为宜, 如果生产允许, 可在电器方面适当调整摆架箱退回延迟时间, 以保证不出现故障。

3.气阀及气缸原因导致气压不够或延迟

当压缩空气中有水或其他杂物时, 会导致电磁换向阀阀芯中的O形圈胀大, 从而使换向动作不灵活或延滞导致摆架抬起缓慢。当气缸漏气导致气压压力不够时, 也会导致摆架抬起缓慢或不抬, 此时摆架箱根据程序延迟1s退出, 而此时油石并未如设定即时抬起, 油石因与工件沟道受力将油石拉断。处理此种故障需要将过滤压缩空气的三联件清理干净, 确保过滤效果并更换电磁换向阀和摆架气缸, 确保摆架抬起落下动作灵活可靠。

4.机床调整不好

在调整机床时, 要确保油石的圆弧与工件圆弧匹配, 油石厚度中线要与工件厚度中线重叠, 这样可保证加工中圆弧充分接触。不仅超精质量高, 更可以最大限度地分散油石受力, 如果调整不好则油石受力过分集中, 油石容易在加工过程中断裂。

5.其他原因