苏鲁超高压带

苏鲁超高压带（精选四篇）

苏鲁超高压带 篇1

随着电力系统的不断发展,输电线路电压等级的不断提高,高压输电线路已成为电力传输系统的重要组成部分,其安全稳定运行直接关系到整个系统的可靠性。运行经验表明,高压线路故障中,70%以上是单相接地短路故障,而单相故障中又有80%为瞬时性故障,因此,为了保证系统稳定和供电的连续性,高压输电线路中广泛采用了单相自适应重合闸技术,但若重合于永久故障,会使电力系统再一次遭受短路电流的冲击,并损害电气设备。所以,单相自适应重合闸技术对与高压输电线路乃至整个电力系统至关重要。目前已有很多国内外学者对此做了大量的研究工作[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]。

现在越来越多的高压线路装设有并联电抗器,以限制工频过电压,补偿线路容性无功,抑制潜供电流。同时,并联电抗器的存在也使得发生瞬时性故障时,断开相恢复电压中包含有储能元件初始储能引起的自由分量,从而使得断开相恢复电压呈拍频性质,但对于永久性故障,断开相恢复电压仅含有工频分量[10]。根据这一差别,文献[10]提出了电压拍频判据,该判据原理清晰,判断结果无交叉模糊区,但判断时间较长,约为半个拍频周期;文献[11]提出了基于自由分量幅值计算的判据,判断时间短,但受电力系统频率和自由分量频率的影响较大;文献[12]提出的判据原理简单易行,但最长判断时间约为一个振荡周期(100 ms);文献[13]提出的基于正弦函数正交性的判据,判断时间快且灵敏度高,但当自由分量频率为工频的一半时,判据将出现极点,文中也没有交代整定值中自由分量的电流幅值如何得到。本文提出了新的基于恢复电压拍频特性的故障性质判别方法,并对其性能做了详细的分析。

1 断开相恢复电压的特性

健全相与断开相之间存在的电磁和电容耦合使得断开相上感应出恢复电压。电容耦合电压$\dot{U}{}_y$和电磁耦合电压$\dot{U}{}_{xL}$的相量表达式分别为:

$\begin{array}{l}\dot{U}{}_y=(\dot{U}{}_{\text{B}}+\dot{U}{}_{\text{C}})\frac{X{}_0}{X{}_{\text{Μ}}+2X{}_0}(1)\\ \dot{U}{}_{xL}=(\dot{{\rm I}}{}_{\text{B}}+\dot{{\rm I}}{}_{\text{C}}){\rm Z}{}_{\text{Μ}}L(2)\end{array}$

式中:UB,UC,IB,IC分别为两健全相的电压和电流;X0,XM分别为相对地的阻抗和相间阻抗;ZM为线路单位长度互感;L为线路全长。

当带并联电抗器的线路发生永久性故障时,由于故障点一直存在,线路中分布电容及储能元件对地迅速放电,其断开相恢复电压仅含由式(2)表示的电磁耦合电压UxL。

当带有并联电抗器的线路发生瞬时性故障时,在故障初期将有持续的潜供电流流经故障点,其二次电弧的变化规律是一个熄灭、重燃的反复过程。当电弧的长度足够长、故障点对地电压的大小不足以使电弧重燃时,故障点才真正熄弧[15]。熄弧后的恢复电压除了包含由式(1)和式(2)表示的工频分量之外,还存在由线路电感和电容元件初始储能引起的自由振荡分量。其中,工频分量可以根据T形等效电路表示为[1,2]:

$\dot{U}{}_1=\dot{U}{}_y+\frac{\dot{U}{}_{xL}}{2}(3)$

而自由振荡分量可由相应的拉普拉斯频域等效电路精确推导求出,其计算方法已相当成熟[10,13,14],本文由于篇幅限制,不再重复推导,只是将其表示为:

$\dot{U}{}_0=U{}_{0\text{m}}\sin (\omega {}_{0}t+\phi {}_0)(4)$

式中:ω0和U0m分别为自由分量的角频率和幅值。

因此,瞬时性故障熄弧后,断开相恢复电压$\dot{U}{}_{\text{t}}$是工频分量和自由分量的矢量和:

$\dot{U}{}_{\text{t}}=\dot{U}{}_1+\dot{U}{}_0(5)$

ω0可以根据文献[10,13,14]中的方法进行估算。另外,由于潜供电流是容性电流,故在熄弧瞬间近似认为电弧电流接近于0,且断开相的对地电压达到最大值,若假设熄弧瞬间能量存储于线路电容中,则自由分量电压幅值近似等于由式(3)决定的工频分量的幅值[10],即U0m可以根据线路参数由式(1)～式(3)近似计算得出。大量的现场试验也说明,自由分量的幅值一般接近于工频分量的幅值。

2 新的单相自适应重合闸拍频判据

对于瞬时性故障,断开相恢复电压是工频分量和自由分量的叠加;而对于永久性故障,由于故障点一直存在,线路中电感和电容的初始储能对地放电并迅速下降至0,因而其断开相恢复电压中没有自由分量,只含有工频分量。据此,本文提出一种简单且灵敏度高的新拍频判据,其原理是根据工频分量和自由分量周期的不同,在一个工频周期内对断开相恢复电压进行积分或推迟一段时间积分,消除工频分量,保留自由分量,从而区分不同的故障性质。

2.1 永久性故障下断开相端电压积分

对于永久性故障,断开相恢复电压仅包含工频分量,其瞬时表达式可以表示为:

$u{}_{\text{p}}=U{}_{1\text{m}}\sin (\omega {}_{1}t+\phi {}_1)(6)$

式中:U1m,ω1,φ1分别为工频分量电压的幅值、角频率、初始相位。

对式(6)在一个工频周期内积分:

$S{}_{\text{p}}(x)=\left|{\displaystyle {\int }_x^{x+{\rm T}{}_1}u}{}_{\text{p}}\text{d}t\right|=0(7)$

式中:x为积分起始时刻;T1为工频周期。

从中可以看出,其积分结果恒为0,不受积分起始时刻的影响。

2.2 瞬时性故障下断开相端电压积分

对于瞬时性故障,断开相恢复电压除了包含工频分量之外,还含有自由分量,其瞬时表达式可以表示为:

ut=U1msin(ω1t+φ1)+U0msin(ω0t+φ0) (8)

对式(8)在一个工频周期内积分:

$\begin{array}{l}S{}_{\text{t}1}(x)=\left|{\displaystyle {\int }_x^{x+{\rm T}{}_1}U}{}_{0\text{m}}\sin (\omega {}_{0}t+\phi {}_0)\text{d}t\right|=\\ \frac{2U{}_{0\text{m}}}{\omega {}_0}\sin \frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}\left|\sin \left(\omega {}_{0}x+\phi {}_0+\frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}\right)\right|(9)\end{array}$

$\{\begin{array}{c}S{}_{\text{t}1}(x)\ne 0\omega {}_{0}x+\phi {}_0+\frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}\ne k\text{π}\\ S{}_{\text{t}1}(x)=0\omega {}_{0}x+\phi {}_0+\frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}=k\text{π}\end{array}$

式中:k=0,1,2…。

由式(9)可以看出,瞬时性故障时,断开相恢复电压在一个工频周期内的积分结果是积分起始时刻x的函数。

若第1次的积分结果St1=0或者很小,为了区别于永久性故障,可以将积分区间向后推移一段时间T′,进行第2次积分,则通过选取适当的时间T′,使得第2次积分结果得到一个较大的值,即

$S{}_{\text{t}2}(x)=\left|{\displaystyle {\int }_{x+{{\rm T}}^{\prime }}^{x+{\rm T}{}_1+{{\rm T}}^{\prime }}U}{}_{0\text{m}}\sin (\omega {}_{0}t+\phi {}_0)\text{d}t\right|=\frac{2U{}_{0\text{m}}}{\omega {}_0}$·

$\sin \frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}\left|\sin \left(\omega {}_{0}x+\omega {}_0{{\rm T}}^{\prime }+\phi {}_0+\frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}\right)\right|(10)$

为了与永久性故障时的积分值Sp有较大的差别,使判据有更高的灵敏度,要求St2越大越好,由式(10)可知:当ω0x+ω0T′+φ0+ω0T/2=kπ+π/2时,St2(x)取最大值。由于第1次积分的结果为0时,ω0x+φ0+ω0T/2=kπ,联立二者:

$\{\begin{array}{l}\omega {}_{0}x+\phi {}_0+\frac{\omega {}_0{\rm T}}{2}=k\text{π}\\ \omega {}_{0}x+\omega {}_0{{\rm T}}^{\prime }+\phi {}_0+\frac{\omega {}_0{\rm T}}{2}=k\text{π}+\frac{\text{π}}{2}\end{array}(11)$

可求得:T′=T0/4,T0为自由分量的周期。即当第1次的积分值为0时,推迟T0/4后进行第2次积分的值会达到最大,所以第2次的积分结果为:

$S{}_{\text{t}2}(x)=\frac{2U{}_{0\text{m}}}{\omega {}_0}\sin \frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}\left|\cos \left(\omega {}_{0}x+\phi {}_0+\frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}\right)\right|(12)$

若第1次积分的结果St1很大,则不用进行第2次积分就可以明显区别于永久性故障。

综合以上分析,令

$S(x)=\max \{S{}_1(x),S{}_2(x)\}(13)$

式中:S1(x)是第1次积分的值;S2(x)是推迟T0/4时间后第2次积分的值。

对于永久性故障,由式(7)得:

$S{}_{\text{p}}(x)=\max \{S{}_{\text{p}1}(x),S{}_{\text{p}2}(x)\}=0(14)$

对于瞬时性故障,由式(9)和式(10)得:

$\begin{array}{l}S{}_{\text{t}}(x)=\max \{S{}_{\text{t}1}(x),S{}_{\text{t}2}(x)\}=\frac{2U{}_{0\text{m}}}{\omega {}_0}\cdot \\ \sin \frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}\max \{\left|\sin \left(\omega {}_{0}x+\phi {}_0+\frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}\right)\right|,\\ \left|\cos \left(\omega {}_{0}x+\phi {}_0+\frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}\right)\right|\}\ge \\ \frac{1.4142U{}_{0\text{m}}}{\omega {}_0}\sin \frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}(15)\end{array}$

由以上分析可知,若利用式(13)的算法对断开相恢复电压进行2次积分计算,永久性故障时的值近似为0,而瞬时性故障时的值则大于一个常数。该算法最快可在一个工频周期内判断故障性质,且可在整个电压恢复阶段持续给出正确判断结果。

2.3 自由分量频率估算对判据性能的影响

自由分量的频率需要进行估算,将估算后的频率值表示为ω0′=kω0,则估算后的周期值为T0′=T0/k。因此,对于瞬时性故障时,断开相恢复电压推迟T0/4时间后,第2次积分的计算值为:

$\begin{array}{l}S{}_{\text{t}2}(x)=\left|{\displaystyle {\int }_{x+\frac{1}{4}{\rm T}{}_{0^{\prime }}}^{x+{\rm T}{}_1+\frac{1}{4}{\rm T}{}_{0^{\prime }}}U}{}_{0\text{m}}\sin (\omega {}_{0}t+\phi {}_0)\text{d}t\right|=\\ \frac{2U{}_{0\text{m}}}{\omega {}_0}\sin \frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}|\sin (\omega {}_{0}x+\frac{\omega {}_0{\rm T}{}_{0^{\prime }}}{4}+\\ \phi {}_0+\frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2})|=\frac{2U{}_{0\text{m}}}{\omega {}_0}\sin \frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}\cdot \\ \left|\sin (\frac{\text{π}}{2k}+\omega {}_{0}x+\phi {}_0+\frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2})\right|(16)\end{array}$

取2次积分中的较大值:

$\begin{array}{l}S{}_{\text{t}}(x)=\max \{S{}_{\text{t}1}(x),S{}_{\text{t}2}(x)\}=\\ \frac{2U{}_{0\text{m}}}{\omega {}_0}\sin \frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}\max \{|\sin (\omega {}_{0}x+\phi {}_0+\\ \frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2})|,|\sin (\frac{\text{π}}{2k}+\omega {}_{0}x+\phi {}_0+\\ \frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2})|\}\ge \frac{2U{}_{0\text{m}}}{\omega {}_0}\sin \frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}\cdot \\ \min \left\{\left|\cos \frac{\text{π}}{4k}\right|,\left|\sin \frac{\text{π}}{4k}\right|\right\}=k^{\prime }U{}_{0\text{m}}(17)\end{array}$

式中:

$k^{\prime }=\frac{2}{\omega {}_0}\sin \frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}\min \left\{\left|\cos \frac{\text{π}}{4k}\right|,\left|\sin \frac{\text{π}}{4k}\right|\right\}(18)$

由以上表达式可知,当自由分量频率精准计算,即k=1时,有

$k^{\prime }=\frac{1.4142}{\omega {}_0}\sin \frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}(19)$

这与前面分析得到的结果一样。

当自由分量频率计算误差为+15%,即k=1.15时,有

$k{}_{{+}^{\prime }}=\frac{2}{\omega {}_0}\sin \frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}\sin \frac{\text{π}}{4.6}=\frac{1.2622}{\omega {}_0}\sin \frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}(20)$

当自由分量频率计算误差为-15%,即k=0.85时,有

$k{}_{{-}^{\prime }}=\frac{2}{\omega {}_0}\sin \frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}\cos \frac{\text{π}}{3.4}=\frac{1.2053}{\omega {}_0}\sin \frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}(21)$

若自由分量频率在25 Hz～49 Hz之间变化,k+′和k-′的变化曲线如图1所示。由图可得,当自由分量频率为49 Hz时,k′将得到最小值,分别为:

$\begin{array}{l}k{}_{+‚\min }´=2.5742\times 10{}^{-4}\\ k{}_{-‚\min }´=2.4582\times 10{}^{-4}\end{array}$

因此,对于瞬时性故障,自由分量频率估算误差在±15%时,有

$\begin{array}{l}S{}_{\text{t}}(x)=\max \{S{}_{\text{t}1}(x),S{}_{\text{t}2}(x)\}\ge k{}_{{-}^{\prime }}U{}_{0\text{m}}=\\ \frac{2}{\omega {}_0}\sin \frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}\cos \frac{\text{π}}{3.4}=\\ \frac{1.2053}{\omega {}_0}\sin \frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}U{}_{0\text{m}}(22)\end{array}$

而对于永久性故障,由于其只含有工频分量,自由分量频率的估算偏差并不影响其积分的结果:

$S{}_{\text{p}}(x)=\max \{S{}_{\text{p}1}(x),S{}_{\text{p}2}(x)\}=0(23)$

2.4 系统频率波动对判据性能的影响

在实际运行过程中,系统频率不可避免地会产生波动。根据电能质量的标准,电力系统正常频率偏差最多不超过0.5 Hz,对于高压大容量线路,频率偏差的允许值为0.2 Hz。现在,系统频率的在线计算技术已经比较成熟[16,17],系统工频分量的频率可由健全相电量的频率在线准确计算。由于永久性故障时,始终是对断开相恢复电压在一个工频周期内积分,所以系统频率的波动并不影响其最后的积分结果;而对于瞬时性故障,由式(10)可知,系统频率的波动导致工频周期T1的变化,从而影响其积分的结果。

由图1可知,最为严重的情况出现在自由分量频率的估算误差为-15%,系统频率偏差至49.5 Hz,此时k-′随自由分量频率的变化曲线与图1类似,可用同样的方法求得,当自由分量频率为49 Hz时:

$k{}_{-,\min }˝=1.3249\times 10{}^{-4}$

即

St(x)=max{St1(x),St2(x)}≥1.324 9×10-4U0m (24)

由上式可知,系统频率的波动对判据性能的影响并不大。

2.5 判据的提出

由上面的分析并考虑到自由分量的衰减和各种计算误差的影响,可选取式(22)与式(23)的平均值作为判据的整定值,即

$U{}_{\text{D}\text{Ζ}}=\frac{k{}_{-}{}^{´}U{}_{0\text{m}}}{2}=\frac{1.2053}{2\omega {}_0}\sin \frac{\omega {}_0{\rm T}{}_1}{2}U{}_{0\text{m}}(25)$

若在二次电弧熄灭后的某一时刻起连续2次大于整定值则认为是瞬时性故障。式(25)中,ω0是计算的自由分量角频率,其允许偏离误差在±15%内;U0m可以根据前面介绍的方法,通过求取式(3)工频分量幅值进行近似计算。后文的仿真表明,这种近似计算并不影响判据的正确判断。

判据在实际系统中应用时必须在二次电弧熄灭后,如果要进一步提高判据的可靠性,可以连续多次与整定值比较,如果全部大于整定值则认为是瞬时性故障,重合闸动作。另外,判据的积分计算转化为采样求和,还会受到采样频率和各种计算误差的影响。为保证判据的正确判断,最小采样率应选取为:

$f{}_{\text{s}\cdot \min }=\left(\frac{1}{f{}_1-\text{Δ}f}-\frac{1}{f{}_1}\right){}^{-1}=\frac{f{}_1^2}{\text{Δ}f}-f{}_1(26)$

式中:f1为工频;Δf为工频与自由分量频率的差。

由式(26)可知,当自由分量频率与工频相差2 Hz以上时,1.2 kHz的采样率即可保证判据正确判断;当自由分量频率与工频相差1 Hz时,需将采样率提高到2.45 kHz才可保证判据正确判断。采样率越高,判据性能越好。

根据以上分析,可以用图2所示的判定流程进行判断。

图2中:u(k)为断开相恢复电压采样序列;Ts为采样周期;N=T1fs,为每工频周期采样点数;N1=(T0/4)fs,为推迟的采样点数。

该判据原理简单、易行且精度较高,只需采样端电压值求和计算即可。由于自由分量的频率一般为30 Hz～45 Hz,与工频相差较大, 因而瞬时性故障时断开相恢复电压的积分结果要比永久性故障时大得多,可以很容易区别故障性质。

3 EMTP仿真及对判据的验证

图3所示为青海省拉西瓦至西宁以单回线方式运行的750 kV输电系统。图中系统和线路参数如下。m侧系统:Xm1=103.2 Ω,Xm0=93 Ω;n侧系统:Xn1=37.4 Ω,Xn0=37.4 Ω;线路参数:r1=0.012 2 Ω/km,r0=0.272 9 Ω/km,l1=0.853 1 mH/km,l0=2.673 8 mH/km,c1=0.013 67 μF/km,c0=0.009 3 μF/km;并联电抗器补偿程度:K=88.75%;等值系统阻抗角:φ=88°。

根据图3的线路参数可以计算得到其自由振荡频率为f0=46.91 Hz。

对图3所示的系统进行EMPT仿真,仿真时采样频率为1.2 kHz,即每基频周期采样24个点(N=24)。表1给出了线路在不同的故障情况下,系统频率受到扰动且自由振荡频率估算误差为-15%时断开相恢复电压的积分结果。

由表1仿真结果可知,此判据的灵敏度较高,并对不同的负荷电流、短路位置和故障过渡电阻都有良好的判定效果,频率的变动对积分后的结果影响非常小,可在整定时直接选取工频周期为20 ms。由表1还可看出,在很低的采样率(1.2 kHz)情况下,瞬时性故障时的结果也明显区别于永久性故障。若将采样率提高到12 kHz,则两者积分结果的区别将更大,灵敏度更高,限于篇幅,仿真结果不再列出。同时,该判据判断速度快,一般不超过30 ms即可准确判断出故障性质,最快时可在一个工频周期内得出正确结果,这将更有利于捕捉最佳重合时刻[18]。特殊情况下,自由分量频率与工频相等时,该判据无法判断故障性质,此时可用基于工频量的判据[12]快速判断,但为了避免谐振过电压,这种特殊情况在电力系统实际运行中是很难出现的。

4 结语

在带并联电抗器的超高压输电线路中,发生瞬时性故障时断开相恢复电压中含有自由分量,而永久性故障没有,本文根据自由分量与工频分量频率的不同,提出在一个工频周期内对断开相恢复电压进行积分和延迟积分,消除工频分量,提取自由分量的新拍频判据。该判据原理简单,判断速度快,并通过EMPT仿真验证了该判据判断结果准确可靠,有较高的灵敏度。其性能不受负荷电路、接地电阻、积分起始时刻、自由分量相位及整次谐波的影响。在实际应用中操作简单、方便,只需采样端电压值求和计算即可,在超高压输电线上有广阔的应用前景。

摘要：带有并联电抗器的超高压输电线路发生单相故障两端跳闸后,断开相恢复电压的组成成分在瞬时性故障时比永久性故障时多了一项自由分量,因此通过对断开相恢复电压在一个工频周期内进行积分就可以区分两种不同性质的故障。该判据原理简单,灵敏度高,实际操作方便,判断时间快,有效地解决了现有判据判断时间长的问题。大量的仿真实验验证了所得结论的正确性。

苏鲁超高压带 篇2

苏鲁超高压变质带北部地球物理调查(Ⅱ)-非地震方法

在北苏鲁超高压变质带(UHPM)上开展了深反射地震的同时,进行了大地电磁、地磁、放射性测量和重磁编图.本文介绍用这些方法取得的结果.两条区域性的`地球物理剖面总长126km,经过二维反演取得了电阻率和磁性体剖面.结果表明:(1)大地电磁等综合地球物理资料与深反射地震剖面的推断结果基本一致,同样反映了UHPM岩块的俯冲折返与后期的隆升.(2)非地震地球物理资料不仅为地震解释提供约束,还可以提供地热流上涌、断裂和磁性体分布等更多的信息.(3)新发现莒南-海州北北西向断裂,对研究本区构造演化有重要意义.(4)根据地热流上涌、侵入体多和高波速体埋藏较深等特征,认为在本区进行科学钻探不够理想.

作 者：杨文采 方慧 程振炎 徐宝利 白金  作者单位：杨文采,程振炎,白金(中国地质科学院地质研究所,北京,100037)

方慧,徐宝利(地质矿产部地球物理与地球化学勘查研究所,廊坊,065000)

刊 名：地球物理学报  ISTIC SCI PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF GEOPHYSICS 年，卷(期)： 42(4) 分类号：P316 关键词：超高压变质带   中国苏鲁北部   地球物理调查   非地震方法   区域构造  

高压输水系统带水检查的探讨 篇3

1 高压水道的设计理念

对于岩石条件好、埋藏深的压力管道, 为降低工程造价, 通常采用钢筋混凝土衬砌。天荒坪等工程压力隧洞的实测资料显示, 当隧洞内水压力大于120m～150m时, 隧洞混凝土衬砌将完全开裂成为透水衬砌, 内水压力直接以体力的方式传递到围岩上, 使围岩成为隧洞内水压力的承载结构。因此, 对于高水头的混凝土衬砌的高压隧洞 (大于100m水头) , 围岩将是内水压力的主要承担者, 因此充分利用围岩承担内水压力是压力隧洞的主要设计理论。衬砌的作用主要是保护围岩表面、避免水流长期冲刷使围岩表层应力状态发生恶化掉块;减少过流糙率、降低水头损失。根据以挪威为代表的国外不衬砌压力隧洞设计经验, 归纳总结出如下四个常用的不衬砌或混凝土透水衬砌隧洞围岩承载设计准则。

1.1 挪威准则

根据挪威多条不衬砌有压隧洞的设计经验以及Byrte、Askora电站不衬砌有压隧洞失事的经验总结出经验性不衬砌或混凝土衬砌隧洞围岩承载经验准则-挪威准则。挪威准则按下式计算:

式中:CRM为岩体最小覆盖厚度 (m) (不包括全、强风化厚度) , ;hs为计算点洞内静水压力水头 (m) ;α为河谷岸边边坡倾角, α>60°时取α=60°;γw、γR为水容重、岩体容重 (N/m3) ;F为安全因数, 一般取1.3～1.5。《水工隧洞设计规范》 (DL/T-5195-2004) 就是应用该准则确定岩体最小覆盖厚度。

在应用挪威准则计算时, 不考虑风化岩体的承载作用, 将洞线上所需覆盖厚度从较为完好的岩石面算起;若隧洞处于山脊之下, 两侧有较深的冲沟时, 应去除局部突出地形, 将地形等高线适当修正, 不考虑其对地应力的影响。挪威准则已经得到很多实际工程的验证, 在初步设计阶段可以用该准则初步确定有压隧洞的位置。

1.2 雪山准则

对于比较陡峭的地形, 特别是山坡坡角大于60°, 且隧洞高程的水平向存在临空面的地形, 水平侧向覆盖厚度常常起着控制作用, 这时需要采用雪山准则作为补充判断。雪山准则来自于澳大利亚雪山工程建议的准则, 该准则规定混凝土衬砌高压隧洞的水平向 (侧向) 岩体覆盖厚度要满足铅直上覆岩体厚度的2倍以上, 即CRH=2CRV。

1.3 最小地应力准则

最小地应力准则的原理是要求不衬砌有压隧洞沿线上任一点的内水压力H, 不应大于该点围岩中的最小主应力σ3, 并有1.2～1.3倍的安全系数, 防止发生围岩水力劈裂破坏。

1.4 岩渗透准则

由于岩体内存在节理裂隙, 而裂隙中又往往有夹泥或碎屑物充填, 当隧洞衬砌开裂, 在一定压力的渗透水长期作用下, 岩体有可能会产生渗透变形冲蚀破坏, 因此围岩渗透稳定是要求检验岩体及裂隙的渗透性能, 是否能够满足长期渗透稳定要求, 即内水外渗量不随时间持续增加或突然增加。根据以往工程经验, Ⅱ～Ⅲ类硬质围岩长期稳定渗透水力梯度一般控制不大于10～15。

2 带水检查方法概述

采用水下机器人 (也称为水下自主ROV) 进行输水道检查, 主要是将ROV利用吊机从通气孔进入高压输水道, 然后利用程序控制水下ROV沿着水道的混凝土衬砌的内壁进行螺旋形运动 (如是竖井则为圆周运动, 斜井为螺旋形运动) , 采用声纳和激光尺对水道的混凝土内壁进行扫描, 标出裂缝的开度和位置, 标出输水道的变形情况。并可以用水下摄像机对内壁进行摄像, 在控制终端能够显示实时影像及该影像所在的位置。

3 关键技术的攻关

3.1 研究适合于高压输水道检测的紧凑型水下机器人系统结构

根据输水道的具体情况, 设计耐高压 (一般为最大静水头1.5倍) 紧凑型水下机器人载体, 进行该机器人载体的水动力学仿真研究, 完成优化的框架式、模块化载体结构设计, 完成四自由度最优运动控制的软、硬件设计;

3.2 水下机器人螺旋式扫描运动推进控制和自导航技术

研究沿输水道圆形管壁平稳扫描运动的控制方法, 保持机器人艏向始终垂直对准管壁的导航技术, 以保持管壁观测和管内变形测量数据的准确性和完整性;

完成为此目的的控制和导航及状态显示软件包的研制;

3.3 斜井变形高精度测量声纳

研究测量斜井管内变形的声纳系统, 完成四分量测量声基阵设计和加工;电子部件及DSP设计、调试;完成声纳数据收集及管内三维形状图像显示、合成和拼接软件, 以及根据合成图像的管内变形定量判读软件;

3.4 声、光信息融合及图像合成技术

研究光、声数据融合技术, 用视频叠加技术, 在视频图像上叠加声测数据, 以实时观测输水道管壁的变形状况并获取破损状态数据。

完成信息实时融合处理软件包以及视频和叠加数据实时录取硬件。

3.5 激光尺度测量技术及设备

研制激光尺寸测量系统, 实时测量视频系统观测输水道管壁破损的尺度;

研究和集成可视激光信号发生器及水密装置, 并标定其在不同距离下的测量精度。

3.6 机器人系统水下载体和水上终端间的高速信息传输技术

研制高速、高可靠性光电变换、光纤编码信息传输系统。

3.7 高可靠性、高安全性高压供电、传输及变换系统

研制供水下机器人使用的高可靠性、高安全性、高效供电系统。

4 带水检查的优点

4.1输水道一般属于规则形状, ROV沿水道壁循环运动, 每圈间距恒定, 不会有检查死角。

4.2带水时水道处于高压状态, 混凝土裂缝在高压下基本张开, 能够较好的检查出缝宽, 并准确的标注位置。特别是对于衬砌内壁变形和掉快的情况, 效果更好。

4.3降低了人工检查的安全风险, 运行期与施工期不同, 输水道内没有施工的轨道和工作平台。人工检查的难度大, 危险性高。国内某电站就安排放空后登山队员进入水道检查, 差点发生事故的情况。

4.4检查时间短, 效率高。运用此种方式检查, 对电站运行影响时间较短, 电站机组全停即可。如果采用人工检查, 单单放空水道就要花费很长时间, 然后还要采取安全措施, 检查完后还要回充水。整个人工检查过程需20天左右, 对电站运行影响较大。

5 应用前景

苏鲁超高压带 篇4

苏鲁地体南部南岗-高公岛韧性剪切带的变形记录、组分迁移和体积亏损

南岗-高公岛韧性剪切带是一条自南东向北西斜向逆冲的岩片边界性构造带,糜棱岩化作用强烈.韧性变形过程中,岩石中的主要矿物长石、黑云母等发生了不同程度的分解或蚀变并导致组分迁移.其中,活动组分的迁移是流体渗滤作用引起的,不活动组分的`变异是体积亏损造成的.通过对韧性剪切带内不同变形程度岩石主要地球化学组分的对比分析,确立等比线斜率,计算出初糜棱岩的体积亏损率约为17%,糜棱岩的体积亏损率约为27%;质量平衡计算结果及等比线图表明韧性剪切作用导致SiO2流失量最大,其次为Al2O3,FeO、CaO、Na2O等都有不同程度的丢失,表明它们具有较强的活动性,MgO位于等比线上方,属于带入组分.糜棱岩中的石英或长英质条带和团块是长石的钠黝帘石化、绢云母化和黑云母的绿泥石化等导致SiO2、Al2O3、Na2O、CaO、FeO等活动组分从岩石中析出迁移形成的.这种岩石体积亏损和组分迁移是部分难溶组分富集的重要机制,对研究韧性剪切带中长英质条带和部分贵金属矿床的形成机制具有重要的指导作用.

作 者：戚学祥 许志琴 齐金忠 QI Xuexiang XU Zhiqin QI Jinzhong  作者单位：戚学祥,许志琴,QI Xuexiang,XU Zhiqin(中国地质科学院地质研究所大陆动力学实验室,北京,100037)

齐金忠,QI Jinzhong(武警黄金研究所,河北廊坊,065000)

刊 名：地质学报  ISTIC PKU英文刊名：ACTA GEOLOGICA SINICA 年，卷(期)：2006 80(12) 分类号：P5 关键词：苏鲁地体   韧性剪切带   成分变异   体积亏损