:不少管廊建設單位、運營企業及市政監管部門近期都在咨詢兩類核心問題:一是城市地下綜合管廊多線纜同艙布設的復雜場景下,如何筑牢電纜安全運維的防線,降低非必要運維成本;二是管廊內電磁環境復雜,怎么保障電纜抗干擾性能達標,避免電纜故障定位受干擾出現誤差,影響應急處置效率。
不少運維團隊都有過類似的經歷:監測平臺突然彈出電纜絕緣異常報*,運維人員帶著設備趕了十多公里到管廊現場,反復檢測后發現根本沒有故障,只是周邊高壓線纜啟停帶來的電磁干擾觸發了誤報,來回折騰大半天,人工、車輛成本花了不少,還耽誤了其他運維工作的進度。而對于市政監管部門來說,電纜故障引發的斷電、火災等事故,不僅會影響市民的正常生產生活,還會帶來相應的監管責任,因此對管廊內電纜運行的穩定性、合規性要求也在不斷提升。
從國內已投運的近千公里城市地下綜合管廊運營數據來看,電纜安全運維的壓力正在逐年上升。一方面,為了提升管廊的空間利用率,多數城市地下綜合管廊都采用了電力、通信、甚至燃氣線纜同艙布設的方案,艙內的電磁環境遠比常規直埋或者架空線纜的環境復雜,10kV及以上高壓線纜的啟停、大功率通風排水設備的運行,都會產生不規則的電磁脈沖,對周邊的弱電線纜、電纜在線監測設備造成干擾。另一方面,不少建設單位在前期招標階段,更關注電纜的載流量、耐火等級、采購成本等顯性參數,對電磁兼容性、抗干擾性能這類隱性參數的要求較低,甚至沒有納入招標考核范圍,給后續的電纜安全運維埋下了隱患。
部分投運時間較早的城市地下綜合管廊,因為前期沒有做電磁兼容性相關設計,現在已經出現了多起干擾導致的問題:比如有的管廊段通信線纜信號失真,導致環境監測數據無法正常回傳;有的管廊段電纜絕緣監測誤報率超過30%,運維團隊疲于奔命應對無效報*,反而忽略了真正的安全隱患。
電磁兼容性指的是設備或系統在其電磁環境中能正常工作,且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力【1】,對于城市地下綜合管廊的電纜系統來說,電磁兼容性達標意味著兩個層面的要求:一是電纜自身的屏蔽能力足夠,不會受到周邊其他線纜、設備的電磁干擾出現傳輸信號失真、絕緣檢測數據不準的問題;二是電纜運行過程中產生的電磁輻射不會超出閾值,影響周邊其他線纜、監測設備的正常運行。
對于G端的監管部門來說,電磁兼容性已經納入了多項*及行業標準的強制要求,GB 50838-2015《城市綜合管廊工程技術規范》明確要求,同艙布設的不同電壓等級、不同功能的線纜,必須通過電磁兼容性檢測,由第三方機構出具合格報告后方可進行竣工驗收【2】,部分省級監管部門還將電磁兼容性達標情況納入了城市地下綜合管廊示范項目評選的核心考核指標,未通過檢測的項目不得申請相關財政補貼。
對于B端的建設及運營企業來說,忽略電磁兼容性要求帶來的損失十分直觀。據國內某頭部管廊運營企業的內部統計數據,電磁干擾導致的電纜監測誤報、通信掉線等問題,占其所有電纜安全運維事件的62%,每年因誤報產生的額外運維成本超過300萬元,部分干擾嚴重的管廊段甚至出現過多次電纜故障漏報的情況,差點引發安全事故。如果在建設階段*做好電磁兼容性設計,相關投入僅占總建設成本的1.2%左右,遠低于后期整改的成本。
抗干擾性能是電磁兼容性要求在電纜運行層面的具體體現,要提升城市地下綜合管廊內電纜的抗干擾性能,需要從建設、運維兩個階段同步發力,不能只依賴后期的運維補救。
在建設階段的選型環節,要優先選擇帶雙層銅帶鎧裝屏蔽層的電力電纜,屏蔽層的縱向導通率要達到95%以上,兩端的接地電阻要控制在4Ω以內,弱電線纜要選擇帶鋁箔+編織網雙層屏蔽的型號,從根源上提升線纜自身的抗干擾性能。在線纜布設環節,要嚴格遵循高壓電力纜在下、弱電線纜在上的分層布設原則,兩類線纜之間要加裝厚度不小于2mm的冷軋鋼屏蔽隔板,每間隔20米做一次接地處理,減少不同類型線纜之間的電磁串擾。同時,電纜在線監測設備的前端要加裝專用的電磁濾波模塊,過濾掉艙內的高頻電磁雜波,提升監測數據的準確性。
在運維階段,要每季度對管廊艙內的電磁環境做一次全面檢測,重點排查高壓線纜接駁口、大功率設備周邊的電磁輻射強度,一旦發現超出閾值的情況,及時調整線纜布設或者加裝額外的屏蔽裝置。每半年要對電纜在線監測系統的抗干擾性能做一次校準,避免因設備老化導致抗干擾能力下降,影響電纜安全運維的效果。有條件的運營企業,可以在管廊內布設固定的電磁環境監測點,實時采集艙內的電磁輻射數據,出現異常時及時預*。
電磁干擾帶來的另一個突出問題,*是傳統電纜故障定位技術的準確率大幅下降。常規的時域反射法電纜故障定位技術,是通過向電纜注入脈沖信號,采集故障點的反射波信號計算故障位置,但在城市地下綜合管廊的復雜電磁環境下,雜波會覆蓋故障反射波的特征,導致定位誤差甚至超過500米,運維人員需要在幾公里的管廊段內反復排查,故障處置效率極低。
針對這一痛點,目前行業內已經推出了優化后的抗干擾型電纜故障定位技術,通過引入小波去噪算法,先將采集到的信號中的電磁雜波過濾掉,再提取故障反射波的特征進行計算,定位誤差可以控制在5米以內【3】。同時,部分廠商還推出了搭載抗干擾模塊的便攜式電纜故障定位設備,即便在電磁環境復雜的管廊艙內,也能快速準確地識別故障點位置。
從實際應用效果來看,某華東地區省會城市的管廊運營企業,在替換了抗干擾型電纜故障定位設備之后,電纜故障的平均排查時間從原來的72小時縮短到了4小時,故障處置的人力、物料成本下降了65%,完全滿足當地監管部門要求的2小時內響應、4小時內定位的電纜安全運維要求。該企業的運維負責人表示,之前遇到電纜故障,往往需要安排三四個運維人員沿著管廊分段排查,現在只需要兩個人帶著設備到定位的大致位置,十幾分鐘*能找到故障點,效率提升非常明顯。
對于B端的建設及運營企業來說,在項目前期*要將電磁兼容性、抗干擾性能納入電纜及監測系統的招標技術要求,明確對應的檢測標準,避免后期整改產生額外成本;在運維階段,要建立定期的電磁環境檢測、抗干擾性能校準機制,將相關數據納入電纜安全運維的考核指標,提升運維團隊對電磁干擾問題的重視程度。同時,要定期組織運維人員參加電纜故障定位抗干擾技術的相關培訓,提升一線人員的實操能力。
對于G端的監管部門來說,要進一步完善地方層面的城市地下綜合管廊電纜安全運維規范,明確電磁兼容性檢測的頻次、標準,將抗干擾性能、電纜故障定位準確率納入日常監管的考核范圍,定期組織運維單位開展相關技術培訓,提升整個行業的規范化運營水平。同時,可以將電磁兼容性達標、抗干擾性能優異的管廊項目列為示范項目,給予相應的政策或資金支持,引導行業提升對相關技術的重視程度。
參考文獻
【1】 城市地下綜合管廊電纜系統電磁兼容性設計導則
【2】 城市地下綜合管廊運行維護及安全技術標準
【3】 電力電纜故障定位抗干擾技術應用規范