一種新型光伏電站高壓電纜施工裝置的研發(fā)

蔣克勇， 葉 筱， 徐 雯， 施煒安

(中國能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計(jì)院， 安徽 合肥 230601)

1 研發(fā)背景

中國能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計(jì)院(簡(jiǎn)稱安徽院)2016年8月中標(biāo)“蕪湖市無為縣牛埠鎮(zhèn)信義50 MWp漁光互補(bǔ)光伏電站項(xiàng)目”，該項(xiàng)目為安徽院自主總承包項(xiàng)目，該項(xiàng)目工期緊，成本控制嚴(yán)格，而傳統(tǒng)電纜施工方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且成本高。因此，為了縮短工期、控制成本，開發(fā)一種新型的光伏電站高壓電纜施工裝置就被提上了項(xiàng)目議程。

另外，大型光伏電站的推廣對(duì)電纜施工提出了更高的要求，如何研制出一種能夠省時(shí)省力地進(jìn)行放線作業(yè)的輔助裝置已經(jīng)成為急需解決的技術(shù)問題。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

電纜盤用于纏繞高壓電纜，電纜敷設(shè)指借助工具或人力將高壓電纜安裝到電纜溝道內(nèi)或電纜支架上[1]。目前在大型地面光伏電站高壓電纜的施工過程中，若需將高壓電纜從電纜盤上取下進(jìn)行放線作業(yè)[2]，通常的方式有兩種，首先將電纜盤豎向放置在地面上，然后一是利用牽引車?yán)娎|[3]，二是通過人力放電纜[4]，根據(jù)電壓等級(jí)不同，約5～40 m每人分布拉電纜。不管哪種作業(yè)方式，電纜盤端都需要安排2～3人將電纜從電纜盤上取下[5]。這兩種作業(yè)方式在實(shí)際應(yīng)用中不僅花費(fèi)的成本高，而且效率低下，特別是在光伏工程工期緊的情況下，會(huì)嚴(yán)重耽誤工期。

3 方案設(shè)計(jì)與選擇

3.1 提出方案

小組成員對(duì)這次課題的目標(biāo)進(jìn)行分析后，針對(duì)電纜盤的特點(diǎn)，通過“頭腦風(fēng)暴法”提出了電纜盤+吊車、電纜盤+三腳架和電纜盤+上下板三種不同的電纜施工裝置。針對(duì)這三種方案，小組成員進(jìn)行了方案比選，見表1。

表1 新型高壓電纜施工裝置方案選擇

通過表1可知，電纜盤+上下板的電纜施工裝置，需要的牽引力小，電纜施工穩(wěn)定性高，施工效率較前兩個(gè)方案高，施工成本較前兩個(gè)方案低，因此建議采用“電纜盤+上下板”方案。

對(duì)已經(jīng)選定的“電纜盤+上下板”方案，進(jìn)行了方案細(xì)化。新型電纜施工的裝置主要由承載裝置、傳動(dòng)裝置以及連接裝置三部分組成，見圖1，下面逐一進(jìn)行介紹。

圖1 新型光伏電站高壓電纜施工裝置

本新型高壓電纜施工裝置的傳動(dòng)裝置部分由轉(zhuǎn)輪、軸承以及軌道三個(gè)部分組成。

(1)轉(zhuǎn)輪數(shù)量的確定：當(dāng)轉(zhuǎn)輪數(shù)量低于8個(gè)時(shí)，電纜盤轉(zhuǎn)動(dòng)的速度慢、不穩(wěn)定且受力性能差，當(dāng)轉(zhuǎn)輪數(shù)量大于8個(gè)時(shí)，電纜盤轉(zhuǎn)動(dòng)的速度快、穩(wěn)定且受力安全系數(shù)高，但成本也相應(yīng)提高，綜合考慮最終采用8個(gè)輪座。

(2)軌道形狀的確定：軌道的形狀決定了電纜盤在施工過程中的運(yùn)行軌跡，通過方案分析，筆者決定采用圓形或者橢圓形的軌道，對(duì)這兩種軌道分別進(jìn)行試驗(yàn)分析。

電纜盤通過豎管套在上板上面，另外，還需采取措施將電纜盤和上板固定在一起，對(duì)豎管的形狀以及電纜盤與上板的連接方式進(jìn)行了方案確定。

(1)豎管的形狀：對(duì)于豎管的形狀，本小組的成員對(duì)于圓形以及方形進(jìn)行了對(duì)比分析，目前市場(chǎng)上幾乎全部電纜盤中間孔洞的形狀都是圓形的，圓形的豎管與電纜盤匹配性更好，故選用圓形作為豎管的形狀。

(2)電纜盤與上板之間的固定方式：對(duì)于電纜盤與上板之間的固定方式，筆者對(duì)七字扣和螺栓連接分別進(jìn)行了分析，知七字扣和螺栓連接都有很高的穩(wěn)定性，但是七字扣連接更加快捷，成本更低，故決定采用七字扣連接。

3.2 確定最佳方案

通過對(duì)新型光伏電站高壓電纜施工裝置(電纜盤+上下板方案)各組成部分材料及形式方案選擇分析后，確定選用圓形鋼板作為上下板；選用輪盤的數(shù)量為8個(gè)，軌道形狀為圓形作為傳動(dòng)裝置；選用圓形豎管、七字扣作為連接裝置為最優(yōu)組合方案。新型光伏電站高壓電纜施工裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。

注：1-電纜盤；2-上板；3-下板；4-轉(zhuǎn)輪；5-軸承；6-豎管；7-軌道；8-七字扣。圖2 新型光伏電站高壓電纜施工裝置結(jié)構(gòu)圖

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

本裝置的成功應(yīng)用，可以有效地提高電纜施工的效率，減少電纜施工的成本，在“蕪湖市無為縣牛埠鎮(zhèn)信義50 MWp漁光互補(bǔ)光伏電站項(xiàng)目”中，采用新裝置后，電纜施工成本降為3 646元/km，電纜施工效率提高至0.66 d/km，共計(jì)節(jié)約施工成本6萬元。

3.4 社會(huì)效益

筆者研制的這種新型光伏電站高壓電纜施工裝置，填補(bǔ)了此項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)光伏領(lǐng)域的空白，通過在實(shí)際工程中的應(yīng)用，減少了電纜施工在光伏電站建設(shè)過程中的投資，增加項(xiàng)目收益。本新型電纜施工裝置在“蕪湖市無為縣牛埠鎮(zhèn)信義50 MWp漁光互補(bǔ)光伏電站項(xiàng)目”得以成功運(yùn)用外，中國能建安徽院還在以下項(xiàng)目中推行該新型電纜施工裝置：“安徽宿松縣50 MWp光伏扶貧項(xiàng)目”、“國家電投淮南窯河漁場(chǎng)200 MWp‘漁光互補(bǔ)’光伏發(fā)電項(xiàng)目”、“金寨太科光伏電力有限公司100 MW光伏電站項(xiàng)目”、“金寨100 MW光伏扶貧項(xiàng)目”，工程電纜施工成本、電纜施工效率分別如下：3 789元/km、3 452元/km、3 678元/km、3 569元/km，電纜施工效率均高于0.7 d/km，社會(huì)效益顯著。

3.5 技術(shù)效益

在此項(xiàng)新裝置的研制及推廣過程中，形成一系列的技術(shù)成果，主要分為以下幾個(gè)方面：

(1)將此成果應(yīng)用于實(shí)際工程中，在工程中積累經(jīng)驗(yàn)，不斷改進(jìn)；同時(shí)收集加工、施工、運(yùn)行中的信息反饋，發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)其缺陷。

(2)《一種用于大型光伏電站高壓電纜盤的輔助放線裝置》獲得實(shí)用新型專利授權(quán)。

(3)“蕪湖市無為縣牛埠鎮(zhèn)信義50 MWp漁光互補(bǔ)光伏電站項(xiàng)目”最先采用該新型裝置，該工程以此作為亮點(diǎn)榮獲“2016年度電力行業(yè)優(yōu)秀勘測(cè)設(shè)計(jì)獎(jiǎng)”三等獎(jiǎng)。

4 總結(jié)

當(dāng)前處于光伏項(xiàng)目建設(shè)的高峰期，對(duì)高效節(jié)能新技術(shù)的需求逐步增長(zhǎng)，筆者以此為契機(jī)，研制出光伏電站高壓電纜施工裝置，降低電纜施工成本，為創(chuàng)建精品工程奠定基礎(chǔ)，有效提高了電站的經(jīng)濟(jì)性。