利用高壓VCO設(shè)計高性能鎖相環(huán)(全面版)資料

1、利用高壓VCO設(shè)計高性能鎖相環(huán)（全面版）資料利用高壓 VCO 設(shè)計高性能鎖相環(huán)作者:Austin Harney簡介鎖相環(huán)” (PLL是現(xiàn)代通信系統(tǒng)的基本構(gòu)建模塊。PLL通常用在無線電接收機(jī) 或發(fā)射機(jī)中，主要提供 本振”(LC功能;也可用于時鐘信號分配和降噪，而且越來越多 地用作高采樣速率模數(shù) (A/D 轉(zhuǎn)換的時鐘源。隨著集成電路加工中功能器件的尺寸縮小 ,器件電源電壓也呈下降趨勢 ,包括PLL 和其它混合信號功能所用的電源。然而 ,PLL 的關(guān)鍵元件 “壓控振蕩 器”(VCO勺實(shí)用技術(shù)要求并未隨之大幅降低。許多高性能VCO設(shè)計仍然采用分立電路來實(shí)施,可能要求高達(dá) 30 V 的電源電壓。這就給當(dāng)

2、今的 PLL 或 RF 系統(tǒng)設(shè)計師 提出了挑戰(zhàn) :低壓 PLL IC 如何與高壓 VCO 實(shí)現(xiàn)接口。電平轉(zhuǎn)換接口通常利用有源 濾波電路來實(shí)施 ,這將在下文討論。本文將分析說明 PLL 的基本原理 ,考察采用高壓 VCO 的 PLL 設(shè)計的當(dāng)前技術(shù) 水平,討論典型架構(gòu)的利弊 ,并介紹高壓 VCO 的一些替代方案。PLL 基本原理鎖相環(huán)(圖 1是一個反饋系統(tǒng) ,其中相位比較器或鑒相器驅(qū)動反饋環(huán)路中的VCO,使振蕩器頻率 (或相位精確跟蹤所施加的參考頻率。通常需要用濾波電路,對正/負(fù)誤差信號求積分并使之平坦 ,以及提高環(huán)路穩(wěn)定性。反饋路徑中常包含分頻器,使輸出頻率(VCO的范圍內(nèi)為參考頻率的倍數(shù)。分

3、頻器的頻率倍數(shù)N可以是整數(shù)，也可以是小數(shù),PLL相應(yīng)地稱為 整數(shù)N分頻PLL'或小數(shù)N分頻PLL'。圖 1. 基本鎖相環(huán)PLL 是負(fù)反饋控制環(huán)路 ,因此達(dá)到均衡時 ,頻率誤差信號必須為零 ,以便在 VCO輸出端產(chǎn)生精確且穩(wěn)定的頻率 N XF REF。PLL 有多種實(shí)施方法 ,根據(jù)所需頻率范圍、噪聲和雜散性能以及物理尺寸 ,可以 采用全數(shù)字式、全模擬式或混合電路。目前 ,高頻 (或 RFPLL 的常用架構(gòu)既含有全 數(shù)字式模塊 ,如反饋分頻器和鑒相器等 ,也含有高精度模擬電路 ,如電荷泵和 VCO 等。混合信號 PLL 的主要特點(diǎn)包括 :參考頻率1. :穩(wěn)定、精確的基準(zhǔn)頻率 ,RF

4、 輸出將鎖相于該頻率 ;通常源于晶振或溫度控制晶體振蕩器 (TCXO。鑒頻鑒相器2. (PFD:從參考信號和反饋信號中產(chǎn)生相位誤差信號。電荷泵3. :將誤差信號轉(zhuǎn)換為與相位誤差成比例的正 /負(fù)電流脈沖串。環(huán)路濾波器4. :對來自電荷泵的電流脈沖求積分 ,向 VCO調(diào)諧端口提供干凈的電壓。VCO5. :根據(jù)調(diào)諧端口上的電壓(V tune,輸出一個頻率。VCO具有增益K V,用MHz/V表示。VCO輸出頻率與輸入控制電壓的基本關(guān)系表達(dá)式為f o = f c + K v (V tune,其中f c為VCO偏移頻率。N 分頻器6. :將輸出頻率倍除為 PFD 或參考頻率?？梢院唵蔚夭捎谜麛?shù)倍除 ,也可

5、以采用小數(shù)倍除 （小數(shù) N 分頻器,采用后者的越來越 多。小數(shù)分頻器的實(shí)施很簡單 ,只需切換整數(shù)分頻器的除數(shù)便可獲得小數(shù)平均值 （例 如,要獲得平均值 4.25,可以計數(shù)到 4 三次并計數(shù)到 5 一次;這樣就計數(shù)了 17 個脈沖,并生成了 4 個脈沖,因此頻率比為 17/4 = 4.25。實(shí)踐中 , 借助高分辨率噪聲整形轉(zhuǎn)換器所用的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更好的效果。因此,小數(shù)方法通常采用另結(jié)構(gòu)實(shí)施,它具有雜散頻率少的優(yōu)勢。圖 2 顯示了當(dāng)前器件的高度集成電路示例 ,這是集成 VCO 的小數(shù) N 分頻 PLLIC ADF4350寬帶頻率合成器的框圖，其輸出頻率范圍為137.5 MHz至4400 MHz。

6、（集成 VCO 的寬帶寬 PLL 部分簡要描述了其功能。限制 PLL 性能的主要特性有相位噪聲、雜散頻率和鎖定時間。相位噪聲 :相當(dāng)于時域中的抖動 ,相位噪聲是振蕩器或 PLL 噪聲在頻域中的表 現(xiàn)。它是 PLL 中各器件所貢獻(xiàn)噪聲的均方根和?；陔姾杀玫?PLL 可以抑制環(huán)路 濾波器帶寬內(nèi)的 VCO 噪聲。在環(huán)路帶寬之外 ,VCO 噪聲占主導(dǎo)地位。雜散:雜散頻率由電荷泵定期更新 VCO 調(diào)諧電壓而引起 ,并以與載波相差 PFD 頻率的偏移頻率出現(xiàn)。在小數(shù) N分頻PLL中，小數(shù)分頻器操作也會引起雜散。鎖定時間 :從一個頻率變?yōu)榱硪粋€頻率或響應(yīng)瞬時偏移時 , PLL 的相位或頻率返 回鎖定范圍所

7、需的時間。它以頻率或相位建立性能來確定 ,其作為特性的重要程度 視應(yīng)用而定。為什么 VCO 仍然用高壓 ?高性能 VCO 是最后幾種不為硅集成潮流所動的電子器件之一。僅幾年前 ,手機(jī) 所用的 VCO 才完全集成到手機(jī)無線電芯片組中。但是 ,在蜂窩基站、微波點(diǎn)對點(diǎn)系統(tǒng)、軍用和航空航天產(chǎn)品以及其它高性能應(yīng)用中，基于硅的VCO則能力有限,仍然 需要采用分立方式來實(shí)施VCO。原因如下：大多數(shù)商用分立VCO采用容值可變的變?nèi)荻O管，作為LC振蕩電路的可調(diào)諧FN XF REF變?nèi)荻O管的任何電壓噪聲都會被 VCO增益K V （用MHz/V表示放大,并轉(zhuǎn)換 為相位噪聲。要使VCO相位噪聲保持最小，KV必須盡

8、可能小,但為了實(shí)現(xiàn)合理的 寬調(diào)諧范圍,K V必須較大。因此，對于要求低相位噪聲和寬調(diào)諧范圍的應(yīng)用,VCO 制造商通常會設(shè)計低增益、輸入電壓范圍較大的振蕩器，以滿足這些相互矛盾的要 求。窄帶VCO的典型電壓調(diào)諧范圍為0.5 V至4.5 V，寬帶VCO通常為1 V至14 V ,某些情況下可以寬達(dá)1 V至28 V。同軸諧振器振蕩器（CRO是另一種特殊類型VCO，利用極低增益和寬輸入調(diào)諧 電壓來實(shí)現(xiàn)超低相位噪聲，通常用于窄帶專用移動無線電和陸地移動無線電應(yīng)用。與高壓VCO接口大多數(shù)商用PLL頻率合成器IC提供電荷泵輸出，其上限約為5.5 V ;當(dāng)環(huán)路濾 波器僅使用無源器件時,VCO要求較高的調(diào)諧電壓，

9、該輸出不足以直接驅(qū)動 VCO。 為了達(dá)到較高的調(diào)諧電壓，必須利用運(yùn)算放大器電路實(shí)施有源環(huán)路濾波器拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)。實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)的最簡單方法是在無源環(huán)路濾波器之后添加一個增益級。雖然易 于設(shè)計，但這種方法有幾個缺點(diǎn)：反相運(yùn)算放大器配置具有低輸入阻抗，會使無源環(huán)路 濾波器承受負(fù)載，從而改變環(huán)路動態(tài)特性；同相配置具有足夠高的輸入阻抗，不會使濾 波器承受負(fù)載，但有源濾波器增益會放大運(yùn)算放大器的任何噪聲，從而無法受益于前 置無源環(huán)路濾波器的濾波功能。更好的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是將增益級與濾波器集成于單一有 源濾波器模塊中。建議采用前置濾波，避免來自電荷泵的極短電流脈沖過驅(qū)放大器， 否則這可能會限制輸入電壓額定值。圖3顯示

10、建議有源濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的兩個示例，其中前置濾波分別使用反相和 同相增益。請注意，這些放大器電路是真時間積分器，可強(qiáng)迫PLL環(huán)路在輸入端保持 零誤差。環(huán)路之外，所示拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能會漂移至供電軌$b.同相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 圖3.采用前置濾波的有源濾波器反相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)勢是可以將電荷泵輸出偏置在固定電壓，通常為電荷泵電壓的一半（V P /2,此時對雜散性能最有利。注意應(yīng)提供干凈的偏置電壓 ，最好是來源于ADP150等專用低噪聲線性穩(wěn)壓器，并在盡可能靠近運(yùn)算放大器輸入引腳處充分去耦。分壓器網(wǎng)絡(luò)所用的電阻值應(yīng)盡可能小，以便降低噪聲。使用反相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時，必須確保PLL IC允許PFD極性反轉(zhuǎn);如有必要,應(yīng)抵消運(yùn)算放

11、大器的反轉(zhuǎn)，以正確的極 性驅(qū)動VCO 。 ADF4xxx系列就具有這種特性。MULTtPLCJCEjRLOCK DGTECTGHAR-GEPUMPCDUPARAT&RDATA RESISTERFUNCTION LATG-M0plq AwrrctiFRAGDQW REGMQU LU 3REO-miRD-ORDERFRACTIONALiNTeRPOLATORQUTFUT STAGEOUTCOM REF GNDGNDGNDVCOTUNE REFOUT A+OUT A -OUT B+OUT B RF同相環(huán)路濾波器配置不需要專用偏置 ,因此這種解決方案可能更緊湊。此時 ,電 荷泵電壓不是偏置在固

12、定電平 ,而是在其工作電壓范圍內(nèi)變化。因此 ,采用此類濾波 器時 ,使用具有軌到軌輸入的運(yùn)算放大器更為關(guān)鍵。 （下一節(jié)將說明輸入電壓范圍要 求。選擇運(yùn)算放大器 運(yùn)算放大器的選擇對于最大限度地發(fā)揮有源濾波器的潛能至關(guān)重要。除帶寬外 需要考慮的主要性能規(guī)格有 :噪聲電壓密度用nV/VHz表示電流噪聲，用pA/VHz表示輸入偏置電流共模電壓范圍濾波器輸出直接影響所產(chǎn)生的頻率和相位 ;因此,運(yùn)算放大器的噪聲電壓密度可 以顯示有源濾波器將增加多少相位噪聲。放大器噪聲在 PLL 環(huán)路帶寬內(nèi)和帶外均 會產(chǎn)生影響 ,在環(huán)路濾波器的轉(zhuǎn)折頻率處最為顯著 ,具有高噪聲電壓密度的放大器尤 其突出。因此 ,放大器噪聲必

13、須保持較低水平 ,才能完成放大器和高壓 VCO 的使命, 提供較低的相位噪聲。10 nV/ VH以下是一個不錯的設(shè)計目標(biāo)。與誤差電流脈沖相 比,電流噪聲一般非常小 ,因此其影響往往比電壓噪聲小得多。相對于 PFD 輸出電流 ,如果運(yùn)算放大器具有較為明顯的輸入偏置電流 ,則可能會 導(dǎo)致 PLL 輸出頻譜上出現(xiàn)較大的雜散。為使 VCO 調(diào)諧電壓保持恒定且 PLL 保持 鎖定,電荷泵必須補(bǔ)償每個 PFD 周期中運(yùn)算放大器輸入端所耗用的偏置電流。這就 會在 PFD 頻率調(diào)制 V TUNE 電壓,并在載波周圍引起雜散 ,其偏移等于 PFD 頻率。 輸入偏置電流越高 ,對 V TUNE 電壓的調(diào)制越大 ,

14、雜散幅度越高。共模電壓范圍或輸入電壓范圍 (IVR 是運(yùn)算放大器的另一個重要特性 ,但常被忽 視 ,導(dǎo)致終端設(shè)計發(fā)生嚴(yán)重問題。 IVR 決定輸入引腳上最大 /最小信號與正 /負(fù)供電軌 之間所需的間隙。對于采用±5 V電源供電的早期運(yùn)算放大器,典型IVR為±2 V。后來加入了緩 慢的橫向 PNP 輸入級,使得 IVR 可以包括負(fù)供電軌 ,從而提供單電源工作能力。雖 然任何運(yùn)算放大器均能采用地和正電源供電 ,但必須注意輸入與供電軌的間距。例如，頗受歡迎的OP27采用±5 V電源時,IVR為±2.3 V。這意味著，輸入電壓 至少需要與正負(fù)供電軌相差坐.7 V。

15、對于單電源供電、寬輸入擺幅應(yīng)用，范圍低端 的這種限制將使該放大器缺乏吸引力。如果使用雙電源設(shè)計方案,則運(yùn)算放大器的選擇范圍廣得多 (而且可輕松解決輸入偏置問題。如果必須采用單電源設(shè)計,請使用具有軌到軌輸入擺幅的運(yùn)算放大器 (但其中許多放大器可能具有較高的噪聲電壓特 性。因此 ,為獲得最佳效果 ,運(yùn)算放大器需要具有低噪聲電壓密度、低輸入偏置電流 和軌到軌輸入 ,以便實(shí)現(xiàn)低相位噪聲、低雜散和單電源供電。表1 列出了 ADI 公司的一些運(yùn)算放大器及其上述設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)特性。表 1. 建議在 PLL 有源環(huán)路濾波器中使用的運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器電壓噪聲 ,f = 1 kHz(nV/ V Hz電流噪聲 ,

16、f = 1 kHz（pA/ V Hz輸入偏置電流（典型值輸入電壓范圍,與低供電軌的間隙（V最大電源電壓,單電源（V AD820210.8 2 pA-0.236OP2730.410 nA+2.7 36AD809928100 nA+1.312運(yùn)算放大器的選擇取決于應(yīng)用。如果 PFD 雜散遠(yuǎn)離環(huán)路帶寬 （例如在小數(shù) N 分 頻頻率合成器中 ,則可以選用雙極性結(jié)型晶體管輸入 （BJT 運(yùn)算放大器 ,如 OP184 或 OP27 等。環(huán)路濾波器將會很好地衰減 BJT 的高輸入偏置電流所引起的 PFD 雜散, 而且 PLL 可以充分利用 BJT 運(yùn)算放大器的低噪聲電壓密度特性。如果應(yīng)用要求較小的 PFD

17、與環(huán)路帶寬比 (例如在整數(shù) N 分頻頻率合成器中 ,則 應(yīng)折衷考慮噪聲與雜散水平 ;AD820 和 AD8661 可能是較佳選擇。值得注意的是 ,雖然有源濾波器往往會增加 PLL 的噪聲 ,但它能夠充當(dāng)緩沖器 , 在一些特定應(yīng)用中具有無源濾波器所不及的性能優(yōu)勢。例如 ,如果 VCO 調(diào)諧端口的 泄漏電流較高 ,導(dǎo)致 PFD 雜散較高 ,則可以使用運(yùn)算放大器來降低雜散水平。運(yùn)算放 大器的低阻抗輸出可輕松彌補(bǔ)調(diào)諧端口泄漏電流。設(shè)計示例考慮這樣一個例子 ,其中 LO 的規(guī)格要求如下 :倍頻程調(diào)諧范圍 :1000 MHz 至 2000 MHz?相位噪聲要求：-42 dBc/Hz(1 MHz偏移?雜散：

18、小于 -70 dBc通道間隔：250 kHz鎖定時間 ： 小于 2 ms單電源：15 V 或 30 V為在1-GHz頻帶上工作，同時滿足相位噪聲要求，有必要使用高壓VCO和有源 環(huán)路濾波器。相位噪聲和雜散特性以及單電源限制，將決定運(yùn)算放大器的選擇。為了達(dá)到雜散要求，運(yùn)算放大器必須具有低輸入偏置電流，而為了實(shí)現(xiàn)最佳相位噪聲性 能，運(yùn)算放大器必須具有低電壓噪聲。選擇 JFET輸入運(yùn)算放大器可以兼顧以上兩個 要求例如AD8661,其輸入偏置電流為0.3 pA,電壓噪聲為12 nV/ VHz該器件還能 處理單電源要求。選擇 RFMD UMS-2000-A16 VCO來滿足倍頻程范圍要求。開始設(shè)計時，最

19、好利用支持有源濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的 ADIsimPLL TM工具進(jìn)行仿 真。圖3所示為兩種推薦的濾波器類型;ADIsimPLL還支持其它配置。PLL選擇ADF4150,它具有整數(shù)和小數(shù)兩種工作模式，提供2/4/8/16/32幾種輸出 分頻器選項，可覆蓋從2 GHz至31.25 MHz的連續(xù)頻率。ADF4150與圖2所示的 ADF4350相似,但前者允許選擇外部VCO,適合需要滿足更嚴(yán)苛相位噪聲要求的應(yīng) 用。在仿真過程中,PLL環(huán)路濾波器設(shè)置為20 kHz,以期減小運(yùn)算放大器的噪聲貢獻(xiàn) 同時使PLL鎖定時間小于2 ms。圖4所示為采用以下器件的仿真系統(tǒng)與測量系統(tǒng)噪聲(dBc與頻率偏移關(guān)系曲線:ADF

20、4150 PLL、UMS VCO和基于AD8661的濾波器。兩條曲線均顯示，由于有 源環(huán)路濾波器增加的噪聲，約20 kHz時出現(xiàn)峰值噪聲-90 dBc，不過仍然實(shí)現(xiàn)了 1 MHz偏移時-142 dBc/Hz的目標(biāo)。若要降低帶內(nèi)噪聲，可以使用OP184或OP27等 噪聲更低的運(yùn)算放大器，但雜散會提高；或者將PLL環(huán)路帶寬降至20 kHz以下。-80 £0-00-10-20-30-40-50-60-70-801k10k100k1M10MP H A S E N O I S E (d B cFREQUENCY(Hz圖4. ADIsimPLL仿真性能與測量性能對比：AD8661用作PLL有源濾

21、波器中的運(yùn)算放大器圖5顯示，使用OP27時性能約改善6 dB。這種情況下，因為環(huán)路帶寬相對較窄 所以雜散并未顯著增加。進(jìn)一步降低帶寬可以改善100 kHz以下偏移的相位噪聲：但PLL鎖定時間會延長。所有這些權(quán)衡考慮均可以在進(jìn)入實(shí)驗室設(shè)計之前，利用ADIsimPLL模擬進(jìn)行測試。-80 £0-00-10-20-30-40-50-60-70-801k10k100k1M10MP H A S E N O I S E (d B cFREQUENCY(Hz圖5.有源環(huán)路濾波器中使用 AD8661與使用OP27的PLL測量性能對比爆炸新聞：高壓PLL以上討論都圍繞利用有源濾波器實(shí)現(xiàn)低壓 PLL器件

22、與高壓VCO接口而展開 不過，高壓PLL已經(jīng)出現(xiàn)，因而使用有源濾波器的必要性大大降低。例如ADF4113HV PLL , 它集成高壓電荷泵 ,歸一化相位本底噪聲為 -212 dBc/Hz 。對于該 器件,PLL電荷泵輸出可以高達(dá)15 V，因此VCO之前可以使用更為簡單的無源濾波 器。該高壓 PLL 系列產(chǎn)品將會不斷擴(kuò)充 ,不久將會出現(xiàn)最大電壓為 30 V 的器件,以 及具有高壓電荷泵的小數(shù) N 分頻 PLL 。有關(guān)產(chǎn)品更新和新產(chǎn)品信息 ,請訪問 PLL 網(wǎng)站。集成 VCO 的寬帶寬 PLL另外可以用完全集成的高性能 P L L ,例如圖 2 所示的ADF4350 等,代替有源濾波器與高壓 VC

23、O 組合。這種情況下 ,VCO 集成在芯片 內(nèi)。采用多頻段 VCO 方法可以避免上述權(quán)衡考慮寬調(diào)諧范圍與低相位噪聲的問 題。ADF4350片內(nèi)集成三個獨(dú)立的VCO ,每個VCO均有16個重疊子頻段，因而共 有 48 個子頻段。每次更新頻率時 ,就會啟動自動校準(zhǔn)程序 ,以選擇合適的 VCO 子頻 段。這真正體現(xiàn)出從分立式 VCO 設(shè)計轉(zhuǎn)向硅解決方案的優(yōu)勢 :在極小的面積上實(shí)現(xiàn) 非常高的集成度 ,從而使設(shè)計更加靈活。例如 ,ADF4350 同時集成了可編程輸出分頻 器級,可以覆蓋從 137.5 MHz 至 4.4 GHz 的頻率,這對于希望多種頻率和標(biāo)準(zhǔn)均采用 同一設(shè)計的無線電設(shè)計師極具吸引力。A

24、DF4350 采用 5 mm 2 LFCSP 封裝,而標(biāo)準(zhǔn) VCO 封裝為 12.7 mm 2。同時性能 水平也接近分立設(shè)計 ;相位噪聲在 100 kHz 偏移時為 -114 dBc/Hz ,在 1 MHz 偏移時 為 -134 dBc/Hz 。 （返回圖 2180020002200240026002800300032003400360038004000420044004600FREQUENCY (MHzV T U N E (V圖 6. ADF4350 VCO 中 48 個不同頻段的電壓與頻率關(guān)系圖欲了解更多業(yè)界最 齊全的 PLL 產(chǎn)品信息 ,包括整數(shù) N 分頻、小數(shù) N 分頻、集成 VCO

25、和高壓 PLL IC , 以及不斷突破性能極限的新產(chǎn)品 ,幫助全球 PLL 和無線電設(shè)計人員輕松應(yīng)對設(shè)計挑 戰(zhàn) ,請訪問 PLL 頻率合成器 /VCO 網(wǎng)站。參考文獻(xiàn)Applied Radio Labs ForumsBest, Roland E. 2. Phase-Locked Loops. Design, Simulation, and Applications . McGraw Hill.關(guān)于作者Austin Harney austin.harneyanalog 于 1999 年畢業(yè)于愛爾蘭都柏林大學(xué) ,獲 得工程學(xué)士學(xué)位 ,畢業(yè)之后即加入 ADI 公司。他目前任 ISM頻段無線產(chǎn)品線應(yīng)用

26、工程師 ,工作地點(diǎn)在愛爾蘭利默里克。 Austin 在業(yè)余時間 喜歡踢足球、聽音樂以及陪伴女兒。寧波市天然氣利用工程火車北站高壓管線改造工程監(jiān)理交底書編制人總監(jiān)理工程師中國華西工程設(shè)計建設(shè)2021年 4月 日目錄1、監(jiān)理組織機(jī)構(gòu) 2、監(jiān)理工作依據(jù)3、監(jiān)理單位的權(quán)利（法規(guī)及業(yè)主授權(quán)）4、監(jiān)理工作內(nèi)容5、監(jiān)理工作的基本程序和方法6、有關(guān)報表的報審要求7、關(guān)于施工單位與監(jiān)理機(jī)構(gòu)的配合現(xiàn)場監(jiān)理組織機(jī)構(gòu)根據(jù)本工程的特點(diǎn)，為了全面實(shí)現(xiàn)工程的各項建設(shè)目標(biāo)，建立項目監(jiān)理部，監(jiān)理部組織如下圖：監(jiān)理人員職責(zé)：1、總監(jiān)理工程師：全面負(fù)責(zé)本工程的監(jiān)理工作，處理監(jiān)理工程中的 重大事項。2、專業(yè)監(jiān)理工程師：負(fù)責(zé)日常監(jiān)理工

27、作，履行專業(yè)監(jiān)理工程師的各 項職責(zé)，當(dāng)總監(jiān)不在現(xiàn)場時，完成總監(jiān)委托的工作。3、監(jiān)理員：履行監(jiān)理規(guī)范規(guī)定的各項職責(zé)，當(dāng)總監(jiān)、專業(yè)監(jiān)理工程師不在現(xiàn)場時，負(fù)責(zé)施工單位與專業(yè)監(jiān)理工程師、總監(jiān)理工程師及 業(yè)主代表的聯(lián)系聯(lián)絡(luò)工作。以上人員如有調(diào)整，除征得建設(shè)單位同意外，應(yīng)提前通知施工單 位。二、監(jiān)理依據(jù)1、法律法規(guī)中華人民共和國建筑法中華人民共和國建設(shè)工程質(zhì)量管理條例中華人民共和國建設(shè)工程安全生產(chǎn)管理條例 建設(shè)工程監(jiān)理規(guī)范其它地方法規(guī)。2、工程設(shè)計文件施工圖紙工程設(shè)計變更文件3、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范 詳見設(shè)計圖紙關(guān)于設(shè)計依據(jù)的說明。4、合同施工承包合同（含補(bǔ)充協(xié)議，招標(biāo)文件，批準(zhǔn)的施工組織設(shè)計 等）；工程監(jiān)理合

28、同；分包合同或供貨合同等。三、監(jiān)理單位的權(quán)利 根據(jù)建設(shè)單位在工程監(jiān)理合同中對監(jiān)理單位的授權(quán)，和相關(guān)法 律法規(guī)的規(guī)定，監(jiān)理單位享有以下權(quán)利：1、選擇工程分包商的認(rèn)可權(quán)；2、審查總包單位現(xiàn)場管理機(jī)構(gòu)人員、質(zhì)量保證體系、安全保證 體系，對不符合法律法規(guī)，強(qiáng)制性規(guī)范要求的，有權(quán)要求補(bǔ)充、更 換。3、審查和批準(zhǔn)施工單位的施工組織設(shè)計和專業(yè)（專項）施工方 案，按照保質(zhì)量、保安全和降低成本的原則向承包單位提出建議， 但不免除承包單位的任何責(zé)任；4、征得建設(shè)單位同意，監(jiān)理單位有權(quán)發(fā)布開工令、停工令、復(fù)工 令；5、工程上使用的材料和施工質(zhì)量的檢驗權(quán)。對于不符合設(shè)計要求 和合同約定及 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的材料、構(gòu)配件、設(shè)備

29、，有權(quán)通知承包單 位停止使用；對于不符合規(guī)范和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的工序、分部分項工程和 不安全施工作業(yè)，有權(quán)通知承包單位停工（征得建設(shè)單位同意）整 改，必要時向建設(shè)行政主管部門報告；6、工程施工進(jìn)度的檢查、監(jiān)督權(quán)，以及工程實(shí)際竣工日期的提 前或延遲期限的簽認(rèn)權(quán)；7、在施工合同約定的范圍內(nèi)，工程價款支付的審核和簽認(rèn)權(quán)， 以及工程結(jié)算的復(fù)核確認(rèn)權(quán)與否決權(quán)。未經(jīng)總監(jiān)理工程師簽字確 認(rèn)，建設(shè)單位不支付工程款；8、在監(jiān)理過程中，監(jiān)理機(jī)構(gòu)如果發(fā)現(xiàn)施工承包單位工作人員工 作不力，可要求承包單位調(diào)換有關(guān)工作人員。在委托監(jiān)理的工程范 圍內(nèi)，建設(shè)單位或承包單位對對方的任何意見和要求（含索賠）， 均須先向監(jiān)理單位提出，由監(jiān)理

30、機(jī)構(gòu)會同雙方協(xié)商確定；9、法律法規(guī)規(guī)定的和合同約定的其他權(quán)利。四、監(jiān)理范圍和監(jiān)理工作1、監(jiān)理范圍：施工階段監(jiān)理2、監(jiān)理工作內(nèi)容：詳見監(jiān)理合同和施工承包合同五、監(jiān)理工作的基本程序和方法（一）監(jiān)理工作的一般方法和程序 監(jiān)理工作的一般方法是審查，見證取樣，巡視，旁站和平行檢 驗。1、審查是對人員、分包單位的資質(zhì)，材料 /構(gòu)配件/ 設(shè)備的出廠 合格證，質(zhì)量證明書以及材質(zhì)證明書或使用說明書，施工組織設(shè)計 （方案）等的審驗，審查。報審的時間：人員資格進(jìn)場前；分包單 位資質(zhì)在簽訂分包合同前 7 天；施工組織設(shè)計和施工方案，在開工 前 7 天，對于監(jiān)理機(jī)構(gòu)提出修改要求的，應(yīng)在 15 天內(nèi)完成修改和補(bǔ) 充；材料

31、出廠合格證等，在材料進(jìn)場前。人員，分包單位資質(zhì)，材 料出廠合格證等應(yīng)備原件和復(fù)印件各一份，審驗后原件返還，復(fù)印 件監(jiān)理機(jī)構(gòu)留存?zhèn)洳?。施工組織設(shè)計（方案）一式三份，審查合 格，總監(jiān)簽認(rèn)，施工、監(jiān)理、業(yè)主各存一份。2、見證取樣，是對送檢材料進(jìn)行現(xiàn)場取樣的見證，或現(xiàn)場檢測 的見證，如回填以后對管道防腐的電火花檢測等。具體做法見相關(guān) 規(guī)定。本工程見證取樣的材料有：水泥、沙、石、鋼筋、砂漿、混 凝土及其構(gòu)配件等。3、巡視，是監(jiān)理人員定期或不定期到施工現(xiàn)場察看施工情況。4、旁站，是監(jiān)理人員對施工的關(guān)鍵部位或關(guān)鍵工序進(jìn)行跟班監(jiān) 督。本工程監(jiān)理項目部旁站的工序如下： 管道的試壓； 管道下溝、回填； 定向鉆穿越

32、的回拖； 現(xiàn)場澆筑混凝土； 清管等。對上述項目，施工單位應(yīng)在進(jìn)行施工前 24 小時通知監(jiān)理單位具 體施工時間，施工內(nèi)容，施工準(zhǔn)備情況等，必要時還應(yīng)通知建設(shè)單 位和質(zhì)量監(jiān)督單位到場，應(yīng)避免臨時通知。5、平行檢驗，是監(jiān)理單位在施工單位檢驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行的再檢 驗，一般是施工單位檢驗數(shù)量的 15%左右，具體檢驗部位和內(nèi)容， 由監(jiān)理機(jī)構(gòu)根據(jù)具體情況確定。（二）、幾個具體項目的監(jiān)理程序和方法：1、測量放線 設(shè)計單位向施工單位交樁以后，施工單位應(yīng)進(jìn)行測量放線，將 樁移到施工作業(yè)帶邊緣，在線路軸線和施工作業(yè)帶邊界線設(shè)百米 樁，在樁間拉線或撒白灰線。并將測量成果報項目監(jiān)理部審查。任 何情況下，施工單位不得擅自改

33、變線路位置。需要更改線路時，必 須征得設(shè)計代表的書面同意。2、管道焊接管道焊工必須具備特種操作人員的上崗證，所有焊工的上崗證均應(yīng)將復(fù)印件監(jiān)理機(jī)構(gòu)保存復(fù)查，并經(jīng)現(xiàn)場考試合格后上崗作業(yè)。施工單位必須按規(guī)定制作焊接工藝指導(dǎo)書和焊接工藝評定報告，焊工依照焊接工藝指導(dǎo)書和焊接工藝評定報告要求施焊，焊完以后在所焊焊縫的管道氣流下游方向 1.0m 處用記號筆記上焊工號或流水作業(yè)焊工組編號，并標(biāo)明焊接時間，以便監(jiān)理機(jī)構(gòu)巡視時查 驗。對焊縫進(jìn)行超聲波檢測和射線檢測時，應(yīng)提前 48 小時以書面形 式通知監(jiān)理機(jī)構(gòu)派員到現(xiàn)場見證。3、隱蔽工程和中間驗收 工程具有隱蔽條件或達(dá)到專用條款約定的中間驗收部位，承包 單位進(jìn)行

34、自檢，并在隱蔽或中間驗收前 48 小時以書面形式通知監(jiān)理 機(jī)構(gòu)驗收。通知包括隱蔽和中間驗收的內(nèi)容，驗收時間和地點(diǎn)，承 包單位準(zhǔn)備驗收記錄。驗收合格，監(jiān)理工程師在驗收記錄上簽字， 承包單位可進(jìn)行隱蔽和下道施工；驗收不合格，承包單位在限定時 間內(nèi)修改后，重新驗收。監(jiān)理工程師不能按時進(jìn)行驗收，應(yīng)在驗收前 24 小時以書面形式 向承包單位提出延期要求，延期不能超過 48 小時。監(jiān)理工程師未能 按以上時間提出延期要求，不進(jìn)行驗收，承包單位可自行組織驗 收，監(jiān)理工程師應(yīng)承認(rèn)驗收記錄。4、工程合同價款的支付 工程計量 承包單位應(yīng)按專用條款約定的時間，向監(jiān)理機(jī)構(gòu)提交已完工程 量的報告。監(jiān)理工程師接到報告后 7

35、 天內(nèi)按設(shè)計圖紙核實(shí)已完工程 量（以下稱計量），并在計量前 24 小時通知承包單位，承包單位為 計量提供便利條件并派人參加。承包單位收到通知后不參加計量， 計量結(jié)果有效，作為工程價款支付的依據(jù)。監(jiān)理工程師收到承包單位報告后 7天內(nèi)未進(jìn)行計量，從第 8 天 期，承包單位報告中的開列的工程量即被視為被確認(rèn)，作為工程價 款支付的依據(jù)。監(jiān)理工程師不按約定時間通知承包單位，致使承包 單位未能參加計量，計量結(jié)果無效。對承包單位超出設(shè)計圖紙范圍和因承包單位原因造返工的工程 量， 監(jiān)理工程師不予計 量。 工程進(jìn)度款支付在確認(rèn)計量結(jié)果后 14 天內(nèi)，建設(shè)單位應(yīng)向承包單位支付工程款 （進(jìn)度款）。按約定時間建設(shè)單位

36、應(yīng)扣回的預(yù)付款，與工程款（進(jìn) 度款）同期結(jié)算。5、關(guān)于工程設(shè)計變更施工中，建設(shè)單位需對原工程設(shè)計進(jìn)行變更，應(yīng)提前 14 天以書 面形式向承包單位發(fā)出變更通知單。施工中，承包單位不得對原工程設(shè)計進(jìn)行變更。 承包單位在雙方確定變更后 14 天內(nèi)，提出變更工程價款的報 告，經(jīng)監(jiān)理工程師確認(rèn)后，調(diào)整合同價款。承包單位在雙方確定變更后 14 天內(nèi)，不向監(jiān)理工程師提交變更 工程價款的報告時，視為該項變更不涉及合同價款的變更。6、關(guān)于工期和費(fèi)用索賠當(dāng)有正當(dāng)索賠理由，且有索賠事件發(fā)生時的有效依據(jù)，一方可向另一方提出索賠。承包單位可按下列程序以書面形式向建設(shè)單位索賠： 索賠事件發(fā)生后 28 天內(nèi)，向監(jiān)理機(jī)構(gòu)發(fā)出

37、索賠意向通知； 發(fā)出索賠意向通知后 28 天內(nèi)，向監(jiān)理機(jī)構(gòu)提出延長工期和 (或)補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)損失的索賠報告和有關(guān)資料； 監(jiān)理機(jī)構(gòu)在收到承包單位送交的索賠報告和有關(guān)資料后，于28天內(nèi)給予答復(fù)，或要求承包單位進(jìn)一步補(bǔ)充索賠理由和依據(jù)； 監(jiān)理機(jī)構(gòu)在收到承包單位送交的索賠報告和有關(guān)資料后， 28天內(nèi)未予答復(fù)或未對承包單位作進(jìn)一步要求，視為該項索賠已經(jīng)認(rèn) 可； 當(dāng)該索賠事件持續(xù)進(jìn)行時，承包單位應(yīng)當(dāng)階段性向監(jiān)理機(jī)構(gòu) 發(fā)出索賠意向，在索賠事件終了 28天內(nèi)，向監(jiān)理機(jī)構(gòu)送交索賠的有 關(guān)資料和最終索賠報告。答復(fù)程序與本條、同。六、有關(guān)報表和報審要求質(zhì)量檢查評定表使用 驗收評定標(biāo)準(zhǔn)中的分項、分部、單位工 程的表格，寧

38、波市有要求時，從其要求。承包單位完成每一道工 序、每一分部分項工程及隱蔽工程在完成自檢合格后，采用建設(shè) 工程監(jiān)理規(guī)范(GB50319-2000)所附表A1 A10向監(jiān)理工程師 進(jìn)行申報。七、工程例會原則上每月召開一次。時間定于月末最后一周的周五上午9：30，地點(diǎn)暫定工地施工單位會議室。主要議題 :總結(jié)前段施工中的經(jīng)驗教訓(xùn)，肯定成績，找出問題，以利于下一段的施工；同時對下一 段的施工進(jìn)行部署，提出要求，針對存在問題，提出解決方案等。特殊情況，臨時召開專題例會，解決專項問題，時間地點(diǎn)另行 通知。八、關(guān)于施工單位與監(jiān)理機(jī)構(gòu)的配合為了工程在受控狀態(tài)下，優(yōu)質(zhì)、高效、有序、順利地完成，使 建設(shè)單位的投資目

39、標(biāo)得到實(shí)現(xiàn)，施工單位與監(jiān)理機(jī)構(gòu)的配合是十分 重要的 。除按上列方法，程序配合外，以下工作也請施工單位給予 配合：1、經(jīng)濟(jì)簽證經(jīng)濟(jì)簽證實(shí)行會簽制。簽證必須首先由建設(shè)單位代表簽字。監(jiān)理單位由總監(jiān)或總監(jiān)代 表簽字。2、監(jiān)理指令的回復(fù)和復(fù)查 凡是監(jiān)理項目部所發(fā)的監(jiān)理工程師通知單都要回復(fù)，且應(yīng) 按指令要求的時間回復(fù)，內(nèi)容要求閉合。涉及質(zhì)量改正的，在完成 整改并自檢合格后報分管監(jiān)理工程師復(fù)查。3、關(guān)于巡視和口頭指令 監(jiān)理工程師在巡視過程中發(fā)現(xiàn)工序施工中的問題，一般會口頭 發(fā)出要求整改指令，細(xì)小問題，施工單位及時改正了，有時監(jiān)理工程師就沒補(bǔ)書面指令，重大問題，按規(guī)范要求，應(yīng)當(dāng)及時補(bǔ)上書面 的監(jiān)理工程師通知單

40、，這就要求施工單位予以配合按要求回 復(fù)。4、分部工程驗收和竣工驗收分部驗收和竣工驗收，除了按質(zhì)，按量，按要求工期完成工程 施工外，資料是一個重要的方面。本工程工期較緊，施工單位在施 工過程中要同期進(jìn)行，及時整理。分部工程完成，即應(yīng)將資料整理 到位，完成自檢自測自評報監(jiān)理及監(jiān)督機(jī)構(gòu)核驗。單位工程的驗 收，按建設(shè)單位要求和寧波市建設(shè)工程竣工驗收與備案實(shí)施細(xì)則執(zhí) 行。施工單位：項目經(jīng)理：監(jiān)理單位：總監(jiān)理工程師:二零一一年四月日二零一一年四月日抄送：寧波市興光燃?xì)饧瘓F(tuán)地下高壓電纜洞道冷卻系統(tǒng)設(shè)計概論機(jī)械部工程師孫禹銘摘要臺灣地狹人稠，由於經(jīng)濟(jì)起飛生活水準(zhǔn)提高，未來都市計畫皆朝向功能性、便利性及 美觀做

41、規(guī)劃。為統(tǒng)合現(xiàn)代都市的各項傳輸系統(tǒng) （如自來水、排水、電力、電信、通訊 等 ）方便管理，且避免各種管線於汰換更新，或容量增加另需鋪設(shè)管路時破壞市容、影響 交通，共同管溝的概念因而產(chǎn)生。地下共同管溝揚(yáng)棄以往埋設(shè)管線時所開挖的小管溝，代之以埋設(shè)深度較深且具有 大斷面的地下洞道，其斷面足以容納各類管線之鋪設(shè)，且容許維護(hù)人員活動其中。因此， 當(dāng)工程人員需要增加鋪設(shè)管線時，便毋需破壞既有道路。整體而言，其經(jīng)濟(jì)效益及社會成 本的節(jié)省大於初置成本。雖然從傳統(tǒng)管溝佈設(shè)方式轉(zhuǎn)換成地下洞道的佈設(shè)方式，對多數(shù)的管線來說沒有什麼影 響，然而對電力纜線而言卻有相當(dāng)大的不同。因為電力纜線於輸送電流時，一定伴有熱傳 的問題

42、，如此一來，纜線與土壤間為空氣所隔，其熱傳形式由傳導(dǎo)變成對流，而對流的熱 傳係數(shù)通常遠(yuǎn)小於傳導(dǎo)係數(shù)，因此若未能有效解決電力纜線的散熱問題，將導(dǎo)致地下電纜 洞道溫度升高（常高達(dá)50、60 C ）而造成災(zāi)難。本文擷取日本於電纜地下化的設(shè)計經(jīng)驗，配合臺灣電力公司電纜地下化工程的實(shí)務(wù)經(jīng) 驗，概略整理現(xiàn)階段有關(guān)地下高壓電纜洞道冷卻系統(tǒng)設(shè)計資訊，提出供業(yè)界同仁參考，並 希望能收拋磚引玉之效，引起業(yè)界對此一問題的重視與興趣，進(jìn)而提昇我國在這一方面的 設(shè)計能力以及冷卻技術(shù)。一、前言隨著都市的發(fā)展，由於人們對空間需求及市容景觀的考量，原本林立的電線桿消失 了，服務(wù)人們?nèi)粘Ｉ钚枰母邏狠旊娎|線遂轉(zhuǎn)入地下化。然而

43、，系統(tǒng)的改變雖然帶給都 市全新的風(fēng)貌 （天空不再縱橫交錯雜亂無章 ），但所付出的代價卻也不小 （地下電纜鋪設(shè)成本 約為高架電纜鋪設(shè)成本的十倍 ），且所衍生散熱的問題，一直是近來工程師們努力解決的 目標(biāo)。二、基本原理與規(guī)劃原則（一）洞道散熱問題分析1. 目的地下電纜洞道佈設(shè)冷卻系統(tǒng)之最主要目的，便是為了降低輸電纜線銅心之溫度，以避 免因為纜線散熱不良，銅心溫度升高而造成災(zāi)難。以往傳統(tǒng)的纜線佈設(shè)分為室外高架電纜，或埋於地下之傳統(tǒng)管溝兩種架設(shè)方式。在熱 傳學(xué)的觀點(diǎn)，無論是上述第一或第二種佈纜方式，大氣及大地，皆可以視為一個恆溫的熱 窟。意即不論電纜散失多少熱量到熱窟中，熱窟的溫度也不會有變化。因此，

44、傳統(tǒng)的佈纜 方式，並不需要考慮電纜冷卻的問題。然而隨著時代進(jìn)步，配合都市計畫，規(guī)劃較具規(guī)模的地下電纜洞道，已是必然的趨 勢，高壓電纜地下化之後，首要面對的便是纜線的冷卻問題（送電效率 ） ，及維修保養(yǎng)人員的安全問題 （換氣 ）【2】。2. 原理地下電纜洞道的散熱問題與前項所述兩種傳統(tǒng)佈纜方式最大的不同，在於電纜周圍不 再是恆溫的熱窟，且空氣本身不易導(dǎo)熱，隨著送電時間越久，積熱越多，洞道溫度也跟著 上升。因此，縱使我們感覺電纜周圍的空氣溫度仍在可容忍的範(fàn)圍內(nèi)，但是銅心溫度此時已 瀕臨極限值，一般工程設(shè)計上的應(yīng)用，為將洞道溫度控制在37C以下，其對應(yīng)之銅心溫度為 90C。3. 洞道熱傳分析高壓地下

45、輸電洞道散熱是非常複雜的熱傳問題。通常在解熱傳的問題時，首先必須列 出熱傳方程式，然後設(shè)定邊界條件，再求解熱傳方程式。熱傳方程式包含傳導(dǎo)、對流、纜 線發(fā)散之熱源，以及冰水管線所組成熱傳方程組 （忽略輻射熱傳 ） 。要解此熱傳方程組，一 般需要依靠計算機(jī)的幫助。依據(jù)日本電力電纜技術(shù)手冊【 3】，以臺灣電力公司仙渡 345kV 地下電纜工程規(guī) 劃設(shè)計【 5】為例所列之熱傳方程式及等效電路圖，如下所示：Wc （t） - T1（宀環(huán)心?tC1RiThe temperature cha nge formula in the in sulator part?T2（或,）w d （t） + T1（心-T2（

46、心T2（ X,）T3（ x,?tC2RiR2The temperature cha nge formula in the sheath part?T3（或,）1Ws （t） +T2（ t，T3（心T 3（述,）一T4（心?tC3R2R3The temperature cha nge formula in the over sheath part?T4（ t）匚1 f T3（ t,）T4（或,） < C4R3T4（ t）T5（亦,） ”R4“The temperature change formula in the air part in the tunnel?T5（ t）?tc T4（

47、t,）T5（ t,） cL NcR4jT4（ t,）T5 （xt）R4Np1T5（ t,）T6 G（R5+R6JT5（ t,）T6R（ t,R5+R6T5（ t,）T0（R8（2）The cooling pipe partThe temperature cha nge formula of the Go-pipe?T6 G（ t,） _丄 J T5（ t,）T6 G（ t,） r ：R5+R6Cw? Q?dT6 G（ t，）The temperature cha nge formula of the Re-pipe?T6 R（ t,）1 J T5（ t,）T6 R（ t,）（77+ Cw? Q

48、? dT6R（ t）-dxWhere, C w : The specific heat capacity of water Q： water quantity/ The positi on of the directi on of the tunnel stretcher t: time熱傳方程式（1）Cable partThe temperature cha nge formula in the con ductor part?Ti（1在列出熱傳方程式後，為了幫助對問題的了解，依據(jù)問題的特性，作等效類比電路 圖，如 圖一 所示。圖一中各項代號所代表的意義，如 表 1所示： 包含熱通量、熱阻及

49、溫度差，一般為了簡化問題，工程師在列出方程式後會找出控制 熱阻 （以階次分析忽略低次方項目 ）並加以分析。洞道熱傳問題的熱阻，包含絕緣材料的傳 導(dǎo)熱阻、空氣對流熱阻、冷卻系統(tǒng)熱阻及大地?zé)嶙琛Ｒ话懔己玫碾娊^緣體亦為良好的絕熱 體，但為了安全的因素，工程師並不會改變絕緣材料以符合熱傳的目的。電纜熱傳問題，一般係以電纜被覆材料的表面溫度為主要控制變因；空氣的熱傳性質(zhì) 較為複雜，必須視流動情形而定 （對流係數(shù) ），不僅是地下電纜散熱問題的控制熱阻，也是 影響電纜表面溫度最直接的因素。大地的邊界條件，隨著地域及氣候有一定的設(shè)定。因 此，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計，便成了解決地下電纜洞道散熱問題最主要的課題。（二）規(guī)

50、劃基本原則共同管道系統(tǒng)附屬冷卻系統(tǒng)之設(shè)置，在於提高額定輸電容量，並提供管道內(nèi)之安全與 方便管理所必要之設(shè)施。其規(guī)劃之基本原則如下【1】：1. 有效去除發(fā)熱量，降低電纜溫度，提高輸電容量。2. 系統(tǒng)最佳化設(shè)計，降低初置成本與操作成本。3. 有效管理降低維護(hù)成本。4. 考慮經(jīng)濟(jì)性、耐久性、擴(kuò)充性、可靠度等因素，及易於維護(hù)保養(yǎng)，避免發(fā)生事故及公 害。三、各類冷卻系統(tǒng)比較與冷卻機(jī)房細(xì)部配置為增大地下送電線路的送電容量，由增大電纜線的尺寸開始，有各種的對策，而強(qiáng)制 冷卻技術(shù)也被開發(fā)用來作為增大容量的對策之一。強(qiáng)制冷卻除要確保送電容量外，另要考 量電纜線的種類及配置方式，進(jìn)行有效率且經(jīng)濟(jì)的冷卻設(shè)計。（一）

51、地下電力洞道各類冷卻系統(tǒng)比較電力電纜線的強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)，用於洞道配置及管路配置，大體可分為間接冷卻方式及 直接冷卻方式。彙整如 表 2【 1】所示：風(fēng)冷系統(tǒng)或水冷系統(tǒng)適用於洞道配置，風(fēng)冷系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相比，其裝置簡單且易於 保養(yǎng)，但因需吸取外氣故易受外氣溫度影響，冷卻效果在夏季及冬季有明顯的差別。另從 洞道內(nèi)工作人員佈纜施工的作業(yè)性上來看，洞道內(nèi)的風(fēng)速須受限制（一般為 2 m/s 以 下），再加上廢氣排放溫升的考量（一般為58C），以致冷卻區(qū)間無法加長。因此，多用於短距離的洞道冷卻設(shè)計。長距離的冷卻則採用水冷系統(tǒng)，其冷卻方式有直接及間接兩種。如有需針對特定的電 纜線進(jìn)行冷卻時，採用直接水冷方式較

52、為有利；而降低洞道內(nèi)的溫度，則採用間接水冷方 式較為有利。直接水冷因可直接冷卻電纜線，故冷卻效果高，但因水壓長時間作用於電纜線上，所 以對於電纜線包覆的耐水性及接續(xù)部的冷卻方法等，在設(shè)計上必須特別注意。間接水冷因電纜線與冷水管間有空氣介入，冷卻效率較差，但因施工及保養(yǎng)可與電纜 線分開施作，因此可作為因應(yīng)擴(kuò)增容量計畫的冷卻系統(tǒng)工程；另外，為防災(zāi)緣故而在防災(zāi) 線槽內(nèi)配置電纜線，在此情形下可利用線槽的有效空間，在線槽內(nèi)配置冷水管，讓水於線 槽內(nèi)循環(huán)帯走熱量，此亦另一種方式之間接水冷設(shè)計。傳統(tǒng)管路配置，也有間接冷卻及直接冷卻兩種方式，間接水冷方式因電纜線與冷水管 間有土壤存在，因此冷卻效率較差，但具有

53、可有效利用管路剩餘空間的優(yōu)點(diǎn)。各種冰水冷卻系統(tǒng)效能比較，如 表 3【 5】所示： （二）冷水管間接冷卻系統(tǒng)與風(fēng)冷系統(tǒng)之比較洞道內(nèi)的冷水管間接冷卻系統(tǒng)與風(fēng)冷系統(tǒng)比較，前者可達(dá)較長的冷卻區(qū)間。且冷水管 間接冷卻系統(tǒng)可依不同線路結(jié)構(gòu)（網(wǎng)狀線路結(jié)構(gòu)或單一線路結(jié)構(gòu) ），冷卻全體洞道或進(jìn)行特定洞道路線的冷卻，以提高冷卻效率是其特徵。管理條件與風(fēng)冷系統(tǒng)相同，決定了洞道內(nèi) 的作業(yè)溫度（一般為 37 C ）為設(shè)計準(zhǔn)則後，以滿足此標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計。（三）強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)基本配置1. 冷卻系統(tǒng)基本配置 所謂洞道內(nèi)水冷系統(tǒng)，是由冷凍機(jī)或冷卻水塔（統(tǒng)稱為冷水製造設(shè)備），與冷水管、 送水泵、蓄熱槽（統(tǒng)稱為水循環(huán)設(shè)備）組成。

54、冷水製造設(shè)備所製造的冷水經(jīng)由洞道內(nèi)冷水 管的輸送，將電纜線發(fā)生的熱量去除。（1）冷水製造設(shè)備 冷水製造設(shè)備，可分為僅有冷卻水塔的簡易冷卻方式，或與冷凍機(jī)併用的正式冷卻方式。冷卻電纜線的冷水係由冷卻水塔或冷凍機(jī)製造，儲藏於蓄熱槽。冷凍機(jī)依據(jù)洞道的空 氣溫度及蓄熱槽的溫度，計算所需冷卻電纜線路的熱量，並控制運(yùn)轉(zhuǎn)之。（2）水循環(huán)設(shè)備 冷水製造設(shè)備所製造並儲存於蓄熱槽的冷水，經(jīng)由送水泵向冷水管送水，以除去電纜線的發(fā)生熱。除去電纜線發(fā)生熱量後的溫水，經(jīng)回水管路回到蓄熱槽，再度由冷卻水塔或 冷凍機(jī)變換成冷水。同時，送水泵以洞道溫度不超過其設(shè)定溫度的方式進(jìn)行控制運(yùn)轉(zhuǎn)。2. 間接水冷之適用例 （日本 ）【1】

55、以關(guān)西電力一南港火力線為例，線路區(qū)間長 3.4 km，為求送電容量由183 MW增大至 600 MW，使用較大容量 915 kw （260 USRt）的冷凍機(jī)。中部電力一梅森金山線的情況，送電容量分為2個，這顯示出當(dāng)初的規(guī)模只用冷卻水塔 進(jìn) 行 簡 易 冷 卻 即 可 ， 將 來 容 量 增 加 時 可 用 冷 凍 機(jī) 來 冷 卻 。END五、設(shè)計理念由於地下電纜洞道逐年增加送電線路容量，及至終期時為確保在高負(fù)載容量與較高週 遭空氣溫度的考量下，必須以循環(huán)冷卻水來對洞道做強(qiáng)制冷卻，再利用冷卻機(jī)房的主機(jī)帶 走循環(huán)水中的熱量。冷卻系統(tǒng)的目的就是要保證下列需求：1. 接點(diǎn)的溫度必須低於設(shè)計值。2.

56、洞道內(nèi)的溫度必須低於設(shè)計值。六、最佳設(shè)計為確保輸電設(shè)計容量，需要設(shè)置電纜強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)，如何檢討及選用強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)的 方式及型式是重要且不可忽視的，這也是本文的重要探討課題所在。 最佳冷卻系統(tǒng)之配置評估圖二經(jīng)由前述比較分析，最佳冷卻系統(tǒng)是洞道內(nèi)冷水管間接冷卻系統(tǒng)。其配置概念如【 3】所示：電纜洞道內(nèi)強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)直接影響電纜輸電能力，如何選用最適宜之冷卻系統(tǒng)，需考 慮有以下五要素：1. 需能確保系統(tǒng)之可靠度；2. 要考慮系統(tǒng)故障之備用性及設(shè)備保養(yǎng)方便性；3. 能減輕維修人員之工作負(fù)荷；4. 運(yùn)轉(zhuǎn)操作費(fèi)用要低；5. 系統(tǒng)需有擴(kuò)充性且增設(shè)容易。一般而言，選用設(shè)備簡單的系統(tǒng)可使系統(tǒng)之可靠度提高，及減輕工作人員之負(fù)荷。除 1、2 點(diǎn)外，其餘三要素亦需一併考量。綜合以上所述，洞道內(nèi)冷水管間接冷卻系統(tǒng)是目前 最合乎需求的方式。七、結(jié) 論一般科學(xué)園區(qū)預(yù)定地內(nèi)多