超高壓大截面電力電纜隧道敷設(shè)方式分析

盛 青 陳勤嬌 林 波

（1.上海久隆電力（集團(tuán)）有限公司工程分公司，上海200090；2.國網(wǎng)上海市北供電公司，上海200940；3.國網(wǎng)上海檢修公司電纜中心，上海200090）

0 引言

為了滿足日益增長的城市電網(wǎng)負(fù)荷需求，電力電纜的截面直徑不斷增大，輸電電壓也已達(dá)500kV。傳統(tǒng)的電力排管由于在尺寸、散熱等方面的局限性已經(jīng)不能滿足大截面、高電壓電纜的敷設(shè)需求，需采用隧道方式進(jìn)行電纜敷設(shè)。本文著重對(duì)目前實(shí)際施工中使用的超高壓大截面電力電纜隧道敷設(shè)方式進(jìn)行介紹和分析。

1 電纜隧道敷設(shè)方式簡(jiǎn)介

目前國內(nèi)成熟的電纜隧道敷設(shè)方式有2種：全聯(lián)動(dòng)電動(dòng)導(dǎo)輪方式和牽引加輸送方式。

1.1 全聯(lián)動(dòng)電動(dòng)導(dǎo)輪敷設(shè)方式

電纜從電纜盤經(jīng)過放線架前端1 000kg輸送機(jī)，再經(jīng)轉(zhuǎn)角滑輪組進(jìn)入隧道豎井，根據(jù)豎井的深度在豎井內(nèi)放置1～2臺(tái)750kg輸送機(jī)，通過豎井進(jìn)入隧道，沿隧道通過電動(dòng)導(dǎo)輪進(jìn)行敷設(shè)。隧道內(nèi)每隔3m配置一臺(tái)電動(dòng)導(dǎo)輪，每一個(gè)分控制箱控制9臺(tái)電動(dòng)導(dǎo)輪的運(yùn)行，每一個(gè)總控制箱同時(shí)控制9臺(tái)分控制箱的運(yùn)行（共計(jì)81個(gè)電動(dòng)導(dǎo)輪作為一組）。敷設(shè)每盤電纜需使用3～4組電動(dòng)導(dǎo)輪，每組電動(dòng)導(dǎo)輪的總控制箱采用穩(wěn)定電源或發(fā)電機(jī)單獨(dú)供電。電纜尾端離開電纜盤前，將其與定速卷揚(yáng)機(jī)連接，防止其突然下滑，并在卷揚(yáng)機(jī)的控制下將尾端電纜勻速敷設(shè)入隧道，如圖1所示。

圖1 電動(dòng)導(dǎo)輪敷設(shè)方式示意圖

1.2 牽引加輸送敷設(shè)方式

牽引加輸送方式由傳統(tǒng)的排管電纜敷設(shè)方式演變而來，與全聯(lián)動(dòng)電動(dòng)導(dǎo)輪敷設(shè)方式的不同在于采用輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)電纜的移動(dòng)和轉(zhuǎn)向，如圖2所示。由于輸送機(jī)的出力比電動(dòng)導(dǎo)輪大得多，因此敷設(shè)同樣規(guī)格的電纜所用的輸送機(jī)數(shù)量比電動(dòng)導(dǎo)輪要少得多。

圖2 牽引加輸送敷設(shè)方式示意圖

2 敷設(shè)方式比較

2.1 全聯(lián)動(dòng)電動(dòng)導(dǎo)輪敷設(shè)方式的特點(diǎn)

2.1.1 全聯(lián)動(dòng)電動(dòng)導(dǎo)輪敷設(shè)方式的優(yōu)點(diǎn)

（1）變頻聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)化程度高。敷設(shè)用的輸送機(jī)、電動(dòng)導(dǎo)輪、卷揚(yáng)機(jī)、導(dǎo)向牽引機(jī)均由變頻聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中控制。該系統(tǒng)包括集中控制柜、導(dǎo)輪控制柜、卷揚(yáng)機(jī)控制柜以及輸送機(jī)控制柜等，通過光纖通信技術(shù)，構(gòu)成基于Profibus總線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。每臺(tái)變頻調(diào)速控制箱可以獨(dú)立施行控制，也可以由網(wǎng)絡(luò)集中控制箱施行控制，既能實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備統(tǒng)一的前進(jìn)、后退、運(yùn)行、停止等操作，也能實(shí)現(xiàn)對(duì)每臺(tái)設(shè)備的單獨(dú)控制，讓所有設(shè)備按序號(hào)順序啟動(dòng)控制。

（2）敷設(shè)距離長，可連續(xù)同步敷設(shè)。采用變頻控制技術(shù)和電壓轉(zhuǎn)換技術(shù)解決了電動(dòng)導(dǎo)輪的驅(qū)動(dòng)問題后，一組導(dǎo)輪聯(lián)動(dòng)裝置包含6臺(tái)變頻調(diào)速控制箱和電壓轉(zhuǎn)換箱，每臺(tái)設(shè)備驅(qū)動(dòng)電動(dòng)導(dǎo)輪50只，總共可以驅(qū)動(dòng)300只電動(dòng)導(dǎo)輪，敷設(shè)距離達(dá)1 500m。在實(shí)際施工中，采用2組電動(dòng)導(dǎo)輪實(shí)現(xiàn)的最長敷設(shè)距離為2 400m，以600m的電纜段長計(jì)算，可以實(shí)現(xiàn)4段電纜的連續(xù)敷設(shè)。整個(gè)電纜敷設(shè)作業(yè)面可以容納4段電纜的同步敷設(shè)，縮短了每段電纜敷設(shè)的間歇時(shí)間。

（3）分段控制，可分段獨(dú)立作業(yè)。通過光纖通信技術(shù)構(gòu)成的基于Profibus總線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)輸送器械的獨(dú)立控制，也能實(shí)現(xiàn)任意一組輸送器械的獨(dú)立控制。因此，在長距離的敷設(shè)作業(yè)面上，不同段電纜的敷設(shè)環(huán)節(jié)不同，可以通過對(duì)相應(yīng)組別的輸送器械進(jìn)行獨(dú)立操作，來實(shí)現(xiàn)不同敷設(shè)工序的獨(dú)立作業(yè)。以3段電纜為例：第一段電纜已經(jīng)敷設(shè)到位，開始搬上電纜支架并進(jìn)行蛇形設(shè)置，此時(shí)可以操作最前端的600m電動(dòng)導(dǎo)輪進(jìn)行前進(jìn)或后退來實(shí)現(xiàn)蛇形布置時(shí)余線的進(jìn)退，從而精確控制蛇形幅值；第二段電纜也已敷設(shè)到位，正在進(jìn)行蛇形設(shè)置的準(zhǔn)備工作，此時(shí)可以讓中間600m電動(dòng)導(dǎo)輪處于停止?fàn)顟B(tài)；第三段電纜還未敷設(shè)到位，正在向目標(biāo)區(qū)域前進(jìn)，此時(shí)可以控制末端600m電動(dòng)導(dǎo)輪按照敷設(shè)要求的速度同步運(yùn)轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)電纜的安全、平穩(wěn)輸送。

2.1.2 全聯(lián)動(dòng)電動(dòng)導(dǎo)輪敷設(shè)方式的缺點(diǎn)

（1）系統(tǒng)龐大，組裝時(shí)間長。整個(gè)系統(tǒng)包含電源設(shè)備、控制設(shè)備、光纜電纜、電動(dòng)導(dǎo)輪、輸送機(jī)和放線架，其中僅300只電動(dòng)導(dǎo)輪就重達(dá)3 600kg，整個(gè)系統(tǒng)體積和重量都十分龐大，給設(shè)備運(yùn)輸和貯存造成了很大困難。而且組裝整個(gè)系統(tǒng)，部件的擺放、組裝、連接、調(diào)試十分耗時(shí)，以組建一組300只電動(dòng)導(dǎo)輪為例，需要50個(gè)工日來完成系統(tǒng)組裝。

（2）系統(tǒng)專業(yè)性強(qiáng)，操作維護(hù)困難。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)集中控制箱包括PLC、人機(jī)界面和光電轉(zhuǎn)換器等電氣設(shè)備。PLC作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的主站，實(shí)現(xiàn)與其他各從設(shè)備的數(shù)據(jù)交換和控制。人機(jī)界面采用SIEMENSMP370，屬于工業(yè)級(jí)設(shè)備，設(shè)置了操作按鈕轉(zhuǎn)換開關(guān)、聲光報(bào)警等裝置。操作人員需要具備一定的自動(dòng)化設(shè)備操作經(jīng)驗(yàn)，并經(jīng)過專門的培訓(xùn)，才能操作整套聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)。

2.2 牽引加輸送敷設(shè)方式的特點(diǎn)

2.2.1 牽引加輸送敷設(shè)方式的優(yōu)點(diǎn)

（1）系統(tǒng)簡(jiǎn)單，操作維護(hù)容易。牽引加輸送敷設(shè)方式使用的器械包括卷揚(yáng)機(jī)、輸送機(jī)、各種回轆。以敷設(shè)600m電纜為例，需要1臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)、10臺(tái)左右輸送機(jī)，再根據(jù)路徑現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)置若干回轆即可，20個(gè)工日即可完成系統(tǒng)搭建。卷揚(yáng)機(jī)、輸送機(jī)的操作和維護(hù)都相當(dāng)便利，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性較高。

（2）輸出穩(wěn)定，對(duì)敷設(shè)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)?，F(xiàn)有輸送機(jī)的最大出力可達(dá)到1 000kg，通過調(diào)節(jié)輸送機(jī)履帶凹形橡膠塊的夾緊力可以靈活調(diào)節(jié)電纜的輸送速度，在隧道內(nèi)坡度較陡和垂直的部分，輸送機(jī)可以起到很好的制動(dòng)作用，防止電纜因自重發(fā)生滑移。通過調(diào)節(jié)輸送機(jī)的支架位置可以靈活調(diào)整輸送機(jī)的出力點(diǎn)和方向，以適應(yīng)隧道的高低差和水平轉(zhuǎn)向。如果將輸送機(jī)設(shè)置在布置電纜的支架平面上，可以實(shí)現(xiàn)電纜在支架上輸送，免去原先輸送到位后將電纜從輸送機(jī)搬上支架的工序，大量節(jié)約工時(shí)。

2.2.2 牽引加輸送敷設(shè)方式的缺點(diǎn)

（1）聯(lián)動(dòng)性能差，現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)指揮要求高。使用牽引機(jī)加輸送機(jī)方式進(jìn)行電纜敷設(shè)，各個(gè)器械之間距離較遠(yuǎn)，需要通過各個(gè)器械的操作人員從無線對(duì)講機(jī)內(nèi)聽從現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)指揮人員的口令來控制器械的前進(jìn)、停止和后退。如果各器械動(dòng)作不同步，則會(huì)造成電纜受力不均衡，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)器械和電纜本身造成機(jī)械損傷。所以，采用這種方式敷設(shè)電纜時(shí)，要求現(xiàn)場(chǎng)指揮人員具備足夠的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

（2）系統(tǒng)構(gòu)成固定，現(xiàn)場(chǎng)靈活性差。由牽引機(jī)加輸送機(jī)組成的系統(tǒng)比較固定，只能進(jìn)行同一區(qū)段電纜的敷設(shè)工作，不能進(jìn)行多區(qū)段電纜的連續(xù)敷設(shè)。即在完成一段電纜的敷設(shè)之后，必須先將所有器械布置到下一段敷設(shè)區(qū)域，才能進(jìn)行下一段電纜的敷設(shè)，敷設(shè)工作的靈活性和連續(xù)性較差。

3 適用性比較

3.1 盾構(gòu)法、頂管法電力隧道

盾構(gòu)式和頂管式隧道的工作井設(shè)置間隔通常都比較遠(yuǎn)，兩個(gè)工作井之間的距離超過一段電纜的長度。全聯(lián)動(dòng)電動(dòng)導(dǎo)輪系統(tǒng)作業(yè)面較長，理論上在供電系統(tǒng)能滿足要求的前提下，該系統(tǒng)可以進(jìn)行全隧道布置，實(shí)現(xiàn)電纜在隧道內(nèi)的輸送帶方式敷設(shè)，通過總控制柜靈活控制各段電纜的前進(jìn)、停止和后退。例如，上海的靜安至三林電力隧道中最長的工井間隔為1 412m，如表1所示，其中敷設(shè)的電纜盤長為720m和640m兩種。對(duì)于這種敷設(shè)條件，將電動(dòng)導(dǎo)輪的布置長度擴(kuò)展至2 200m，就能以#8工井為放纜孔，連續(xù)實(shí)施3段共計(jì)18盤電纜的敷設(shè)工作，大大縮短布置敷設(shè)器械的準(zhǔn)備工作時(shí)間。全聯(lián)動(dòng)電動(dòng)導(dǎo)輪系統(tǒng)的這些特點(diǎn)對(duì)于靈活設(shè)置放纜孔，合理制定電纜敷設(shè)方案十分有利，提高了盾構(gòu)式、頂管式電力隧道電纜敷設(shè)工作的施工效率。

表1 靜安至三林電力隧道工井分布 單位：m

3.2 開挖法電力隧道

開挖法電力隧道的工作井設(shè)置距離通常比較近，通常一段電纜的敷設(shè)作業(yè)面上設(shè)置超過3座工井，全線放纜孔的設(shè)置受隧道結(jié)構(gòu)的影響較小。開挖法電力隧道的埋深較淺，通常為地表以下2～3m，且隧道整體根據(jù)地勢(shì)高低起伏存在高低差和較多的轉(zhuǎn)向。如果采用電動(dòng)導(dǎo)輪，則需要對(duì)陡坡段和轉(zhuǎn)角段的電動(dòng)導(dǎo)輪進(jìn)行特別固定，必要時(shí)設(shè)置專人看護(hù)，防止敷設(shè)過程中導(dǎo)輪發(fā)生側(cè)翻或偏移，對(duì)電纜造成損傷。如果采用輸送機(jī)，則可以充分發(fā)揮輸送機(jī)單個(gè)出力大的優(yōu)勢(shì)，以敷設(shè)600m電纜為例，只需固定10臺(tái)左右輸送機(jī)就可以運(yùn)轉(zhuǎn)，確保敷設(shè)過程的可靠性。如果將輸送機(jī)設(shè)定在電纜敷設(shè)位置的作業(yè)面，還可以實(shí)現(xiàn)電纜輸送和支架就位同步進(jìn)行，大大節(jié)省勞動(dòng)力，提高效率。

4 結(jié)語

目前城市電網(wǎng)中電力隧道的應(yīng)用越來越多，為了適應(yīng)不同的線路環(huán)境條件和線路運(yùn)行條件，電力隧道的規(guī)模、形式和結(jié)構(gòu)都各不相同。為了充分滿足電纜敷設(shè)的技術(shù)要求，應(yīng)該靈活選擇最合理的敷設(shè)方式，規(guī)避事故風(fēng)險(xiǎn)，提高敷設(shè)質(zhì)量，為線路可靠運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也為今后更長距離、更高電壓等級(jí)、更多電纜回?cái)?shù)的電纜線路隧道敷設(shè)積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)。