110 kV 復(fù)合平滑鋁套電纜敷設(shè)關(guān)鍵工藝設(shè)計(jì)

金金元， 陳朝暉， 馮毓敏， 金宏磊， 張仲奇

（1.浙江晨光電纜股份有限公司，平湖 314204； 2.國(guó)網(wǎng)廈門(mén)供電公司，廈門(mén) 361000；3.浙江大有集團(tuán)有限公司，杭州 310000）

0 引 言

近年來(lái)，電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的110 kV 皺紋鋁套電纜數(shù)次出現(xiàn)電腐蝕現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電纜擊穿，為電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重隱患。 在這種環(huán)境下，110 kV復(fù)合平滑鋁套電纜產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。 該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)電緩沖層與鋁套內(nèi)表面整體緊密接觸后電場(chǎng)分布更加均勻，可避免在絕緣屏蔽表面產(chǎn)生電腐蝕現(xiàn)象。 在國(guó)外，平滑鋁套電纜已有多年的敷設(shè)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，但在國(guó)內(nèi)，該產(chǎn)品還屬于新技術(shù)產(chǎn)品。 如何保證電纜在穿管、隧道、直埋等敷設(shè)時(shí)質(zhì)量完好是電纜生產(chǎn)廠(chǎng)家與安裝施工單位需要共同解決的問(wèn)題。 皺紋鋁套電纜已有多年的施工經(jīng)驗(yàn)積累，已有一整套的敷設(shè)施工工藝安裝規(guī)范，工藝也已逐漸成熟。 但平滑鋁套電纜的敷設(shè)施工才剛剛起步，需要制定完善的敷設(shè)施工規(guī)范。 因此，為確保平滑鋁套電纜的運(yùn)行質(zhì)量，敷設(shè)施工時(shí)應(yīng)按照GB 50168—2018《電氣裝置安裝工程電纜線(xiàn)路施工及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行操作［1］，控制影響敷設(shè)施工質(zhì)量的關(guān)鍵因素。 本工作對(duì)110 kV 復(fù)合平滑鋁套電纜敷設(shè)施工中的關(guān)鍵工藝進(jìn)行了分析說(shuō)明。

1 敷設(shè)前的開(kāi)盤(pán)驗(yàn)收

110 kV 平滑鋁套電纜敷設(shè)有直埋敷設(shè)、管道敷設(shè)、隧道敷設(shè)等多種方式。 其中直埋敷設(shè)比較少；管道敷設(shè)在高壓電纜敷設(shè)中的應(yīng)用最普遍、最廣泛；而隧道敷設(shè)一般在大城市等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)應(yīng)用較為廣泛。 與皺紋鋁套電纜到貨驗(yàn)收規(guī)則基本相同，平滑鋁套電纜到貨后或在敷設(shè)施工前要對(duì)電纜進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)盤(pán)驗(yàn)收，內(nèi)容如下：①檢查電纜的出廠(chǎng)合格證、試驗(yàn)報(bào)告、安裝使用說(shuō)明書(shū)等相關(guān)資料；②對(duì)電纜盤(pán)外的包裝鐵皮進(jìn)行拆卸，在拆卸過(guò)程中應(yīng)注意避免包裝鐵皮上的釘子挫傷電纜或施工人員；③電纜表面應(yīng)有保護(hù)包裝膜，在揭下包裝膜時(shí)，不能用刀片等鋒利器具割劃，避免劃傷電纜，要手工輕輕打開(kāi)；④包裝物全部拆開(kāi)后，檢查電纜兩個(gè)端頭是否密封完好，是否有牽引頭，是否牢固可靠等；⑤用玻璃片均勻刮掉距離電纜兩端約1 m 處的外護(hù)套表面黑色導(dǎo)電層，刮掉導(dǎo)電層的長(zhǎng)度在10 ～15 cm，電纜護(hù)套四周不能有導(dǎo)電層殘留；⑥全部檢查完成后，在保證安全情況下，對(duì)電纜外護(hù)套進(jìn)行直流耐壓或絕緣電阻試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行，試驗(yàn)全部合格后才可準(zhǔn)備施放電纜。

2 敷設(shè)時(shí)的關(guān)鍵工藝設(shè)計(jì)

2.1 敷設(shè)時(shí)的環(huán)境溫度要求

平滑鋁套電纜敷設(shè)的環(huán)境溫度應(yīng)不低于0 ℃，如果低于0 ℃時(shí)，電纜的外護(hù)套及絕緣材料的脆性和硬度增加，此時(shí)電纜會(huì)變硬、變脆，在低溫下敷設(shè)電纜容易造成外護(hù)套開(kāi)裂等事故，并且國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50168—2018 中也規(guī)定電纜在敷設(shè)前24 h 內(nèi)的平均溫度以及敷設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的溫度應(yīng)不低于0 ℃［1］。因此，平滑鋁套電纜敷設(shè)施工應(yīng)該避開(kāi)寒冷期間或者采取適當(dāng)?shù)募訙卮胧?，以保證電纜的安全敷設(shè)。當(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境溫度低于0 ℃時(shí)，施工人員應(yīng)采用適當(dāng)?shù)姆椒▽㈦娎|加熱到0 ℃以上；對(duì)于環(huán)境溫度條件非?？量痰牡胤剑┕と藛T也應(yīng)想方設(shè)法對(duì)需安裝的平滑鋁套電纜進(jìn)行預(yù)熱后，方可按相應(yīng)的電力安裝規(guī)程進(jìn)行正常作業(yè)。

2.2 電纜敷設(shè)方式

研究結(jié)果表明，110 kV 平滑鋁套電纜比皺紋鋁套電纜結(jié)構(gòu)更緊密，電纜外徑更小，不僅可以增加電纜裝盤(pán)長(zhǎng)度，減少現(xiàn)場(chǎng)電纜接頭的數(shù)量，還可以降低敷設(shè)施工成本。 在敷設(shè)平滑鋁套電纜時(shí)，如果電纜裝盤(pán)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，電纜盤(pán)的旋轉(zhuǎn)速率不宜過(guò)快，否則會(huì)導(dǎo)致電纜內(nèi)圈松弛，從而引起盤(pán)上的電纜跨線(xiàn)或打結(jié)。 因此，施工人員在敷設(shè)裝盤(pán)長(zhǎng)度1 km 以上的平滑鋁套電纜時(shí)，應(yīng)認(rèn)真組織討論施工放線(xiàn)方案，施工放線(xiàn)時(shí)不必一次性從頭至尾放完，可以把電纜盤(pán)置于敷設(shè)現(xiàn)場(chǎng)中間，采用兩頭同時(shí)放纜的工藝；在放纜過(guò)程中，電纜應(yīng)采取預(yù)退扭措施，可以將電纜從盤(pán)上繞出后盤(pán)繞成“∞”或“S”形，以保證電纜布放平直。放纜時(shí)應(yīng)防止平滑鋁套電纜出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)、打小圈、打結(jié)、浪涌等現(xiàn)象，以免損傷電纜內(nèi)部的絕緣層，造成嚴(yán)重電纜施工事故。

2.3 電纜敷設(shè)中的“3 個(gè)力”

110 kV 平滑鋁套電纜敷設(shè)時(shí)如何控制好拉力、牽引力、側(cè)壓力是敷設(shè)中的三大關(guān)鍵技術(shù)。

（1）拉力。 平滑鋁套電纜在施工過(guò)程中承受的機(jī)械性能拉伸力和壓扁力應(yīng)不超過(guò)GB 50168—2018 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定［1］（投標(biāo)書(shū)中另有規(guī)定的除外）。 在放纜過(guò)程中，應(yīng)保證電纜從電纜盤(pán)上平穩(wěn)放出，大長(zhǎng)度電纜盡可能采用主動(dòng)放纜的方式；如果電纜長(zhǎng)度小于300 m，也可以采用被動(dòng)放纜，但一定要注意拉力控制，也有可能會(huì)因牽引張力失控造成電纜承受張力過(guò)大，從而損壞電纜護(hù)套或絕緣層。

（2）牽引力。 牽引平滑鋁套電纜時(shí)，牽引力主要作用在電纜導(dǎo)體上，并且電纜端頭須安裝可靠的防水牽引頭，牽引電纜從電纜盤(pán)上平穩(wěn)放出。 電纜外護(hù)層基本不受力，但可承受適當(dāng)?shù)膹埩蛡?cè)壓力；如果是管道敷設(shè)，應(yīng)預(yù)先清理管道內(nèi)的雜物，保證牽引力不受強(qiáng)大阻力［2］。 敷設(shè)施工時(shí)的牽引力不應(yīng)大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值，平滑鋁套電纜大多是銅導(dǎo)體電纜，其導(dǎo)體允許抗拉強(qiáng)度最大為70 MPa。 施工時(shí)應(yīng)由專(zhuān)人采用有效聯(lián)絡(luò)工具（如對(duì)講機(jī)等）進(jìn)行指揮協(xié)調(diào)，牽引速率不允許過(guò)快。

（3）側(cè)壓力。 有轉(zhuǎn)彎的電纜線(xiàn)路，在彎曲部分的內(nèi)側(cè)，電纜被牽引力的分力和彎曲物的反作用力共同作用而使其受到的一種壓力，這種壓力稱(chēng)為側(cè)壓力。 側(cè)壓力是牽引力與電纜彎曲半徑之比，側(cè)壓力與電纜的結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系。 平滑鋁套電纜敷設(shè)時(shí)，如果側(cè)壓力過(guò)大將會(huì)壓扁電纜。 對(duì)于平滑鋁套電纜，主要考慮作用在外護(hù)套上的側(cè)壓力不能超過(guò)允許值。 因?yàn)?10 kV 平滑鋁套電纜是屬于單芯電纜，外護(hù)層具有絕緣要求，電纜牽引敷設(shè)時(shí)，除了防止外護(hù)層被刮傷、擦破外，在彎曲部分內(nèi)側(cè)更要避免出現(xiàn)過(guò)大的側(cè)壓力，以避免壓壞外護(hù)層從而影響外護(hù)層的絕緣性能。 平滑鋁套電纜的外護(hù)層的允許側(cè)壓力最大為3 kN·m-1。

2.4 電纜固定方式

在輸變電系統(tǒng)中，110 kV 電纜是用來(lái)傳輸大功率的，110 kV 電纜的截面比較大，可以達(dá)到1 600 ～2 000 mm2，當(dāng)負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，電纜截面越大，受熱脹冷縮的影響也越大，電纜就會(huì)受到周期性應(yīng)力和應(yīng)變的影響。

因此，在設(shè)計(jì)平滑鋁套電纜的固定方式時(shí)，須充分考慮如何將這種應(yīng)力和應(yīng)變控制在最小允許范圍內(nèi)。 當(dāng)敷設(shè)較大截面電纜時(shí)，應(yīng)遵循整條電纜線(xiàn)路剛度一致的原則，采用撓性固定或剛性固定的方式。

（1）撓性固定。 撓性固定允許電纜在受熱膨脹時(shí)產(chǎn)生一定的移位，但要加以妥善的控制使這種移位對(duì)電纜的金屬護(hù)套不產(chǎn)生過(guò)分的應(yīng)變而縮短壽命［3］。 撓性固定是沿平面或垂直部位的電纜線(xiàn)路成蛇形（一般為正弦波形）敷設(shè)的形式，通過(guò)蛇形波幅的變化來(lái)吸收由于溫度變化而引起電纜的伸縮。敷設(shè)電纜時(shí)按設(shè)計(jì)選定的蛇形波節(jié)進(jìn)行敷設(shè)［4］，在調(diào)整蛇形波節(jié)后用夾具固定電纜。 當(dāng)電纜垂直敷設(shè)時(shí)，夾具的間距和蛇形波的最佳幅值取決于電纜的質(zhì)量和剛度，一般采取夾具的間距（L）為3 ～6 m；當(dāng)水平蛇形敷設(shè)時(shí)，夾具的間距可適當(dāng)大一些，水平蛇形敷設(shè)時(shí)的初始幅值以相鄰?qiáng)A具間距的5%為宜?？刹捎蒙咝畏绞綄㈦娎|固定在支架上，使得電纜因轉(zhuǎn)彎而產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力得到釋放，從而有效地避免了鋁套與尾管焊接點(diǎn)因鋁套應(yīng)力集中而發(fā)生開(kāi)裂的現(xiàn)象，水平蛇形敷設(shè)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 水平蛇形敷設(shè)示意圖

平滑鋁套電纜水平蛇形敷設(shè)現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖2。

圖2 平滑鋁套電纜水平蛇形敷設(shè)現(xiàn)場(chǎng)

（2）剛性固定。 即兩個(gè)相鄰?qiáng)A具間的電纜在受到由于自重或熱脹冷縮所產(chǎn)生的軸向推力后不能發(fā)生任何彎曲變形［3］。 平滑鋁套電纜品字形蛇形敷設(shè)現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖3。 與電纜在直埋敷設(shè)時(shí)一樣，導(dǎo)體的膨脹全部被阻止而轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)部壓縮應(yīng)力，以防止在金屬護(hù)套上產(chǎn)生嚴(yán)重的局部應(yīng)力。 因此，電纜線(xiàn)路在空氣中敷設(shè)時(shí)，必須裝設(shè)夾具使電纜不產(chǎn)生彎曲；電纜采用溝道敷設(shè)方式時(shí)，應(yīng)用夾具將平滑鋁套電纜分段固定，特別在電纜終端處一定要用帶彈簧的電纜夾來(lái)固定電纜；這是因?yàn)?10 kV 平滑鋁套電纜都是單芯電纜，必須采用非磁性材料制成的夾具固定，并且固定夾具內(nèi)應(yīng)襯墊柔軟的絕緣橡皮。 總之，無(wú)論采用何種方式敷設(shè)，均應(yīng)將平滑鋁套電纜排列整齊，嚴(yán)禁交叉，按規(guī)定在一定間隔處將其固定，并安裝標(biāo)志牌。

2.5 電纜彎曲敷設(shè)的設(shè)計(jì)

圖3 平滑鋁套電纜品字形蛇形敷設(shè)現(xiàn)場(chǎng)

在電纜敷設(shè)過(guò)程中，平滑鋁套電纜若需彎曲布放，例如從地面牽引上桿架、從地面牽引入電纜管孔等，則應(yīng)采用滑輪進(jìn)行導(dǎo)向，且平滑鋁套電纜的彎曲半徑應(yīng)符合GB 50217—2007《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的要求，即彎曲半徑最小應(yīng)大于20 倍電纜外徑［4］。 電纜牽引上桿或穿管轉(zhuǎn)彎敷設(shè)時(shí)，施工人員應(yīng)在轉(zhuǎn)彎處的擋線(xiàn)輪上涂覆潤(rùn)滑劑，使電纜在轉(zhuǎn)彎時(shí)承受的側(cè)壓力和拉力最?。?］，進(jìn)一步保證平滑鋁套電纜的完好性。

平滑鋁套電纜穿管敷設(shè)安裝示意圖見(jiàn)圖4。 值得注意的是，在平滑鋁套電纜轉(zhuǎn)彎布放過(guò)程中，如果操作不當(dāng)（例如彎曲半徑太小或未采用規(guī)定尺寸的擋線(xiàn)輪等），電纜將承受較大的應(yīng)力和側(cè)壓力，有可能導(dǎo)致平滑鋁套電纜被擠壓甚至變形，致使絕緣層受損。 如果壓傷了電纜內(nèi)部絕緣，會(huì)對(duì)竣工耐壓試驗(yàn)造成影響，更有可能造成電纜被擊穿事故。 平滑鋁套電纜牽引上桿或穿管時(shí)的彎曲控制與普通皺紋鋁套電纜有些不同，施工安裝單位應(yīng)足夠重視，必須嚴(yán)格按照安裝規(guī)程進(jìn)行作業(yè)。

圖4 平滑鋁套電纜穿管敷設(shè)安裝示意圖

2.6 其他特殊控制

在不連續(xù)作業(yè)的情況下，平滑鋁套電纜兩端頭必須做密封防潮處理，用電纜熱縮封帽封住電纜端頭，以防止電纜內(nèi)部浸水或受潮。 后續(xù)施工時(shí)，應(yīng)事先再檢查一下電纜兩個(gè)端頭，觀(guān)察電纜內(nèi)部是否進(jìn)水受潮，檢查符合要求后方可繼續(xù)施工；采用管道敷設(shè)時(shí)，應(yīng)避免管道浸水，若管道內(nèi)有水，應(yīng)及時(shí)抽出；在有供熱管道區(qū)域（如北方地區(qū)）敷設(shè)時(shí)，應(yīng)盡量使平滑鋁套電纜的敷設(shè)路徑遠(yuǎn)離供熱管線(xiàn)；在白蟻經(jīng)常出現(xiàn)的地方（如南方地區(qū)）敷設(shè)時(shí)，電纜外護(hù)層設(shè)計(jì)為防蟻保護(hù)層，或有防蟻的藥物處理措施；在敷設(shè)施工中如發(fā)生電纜放纜設(shè)備故障、管道堵塞或其他特殊原因，造成電纜外護(hù)層被擦傷或擦破，應(yīng)及時(shí)采取修補(bǔ)措施，直到電纜外護(hù)層耐壓試驗(yàn)或絕緣電阻試驗(yàn)通過(guò)后，方可繼續(xù)敷設(shè)電纜。

3 敷設(shè)后的檢查和試驗(yàn)

（1）敷設(shè)后的外觀(guān)檢查。 在電纜敷設(shè)完成后，要對(duì)電纜的整體外觀(guān)進(jìn)行檢查，以確保電纜的現(xiàn)場(chǎng)安裝敷設(shè)質(zhì)量。

（2）敷設(shè)后的試驗(yàn)檢查。 根據(jù)110 kV 高壓電纜國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB／T 11017—2014 中的規(guī)定［6］，試驗(yàn)應(yīng)在電纜和附件安裝完成后的新線(xiàn)路上進(jìn)行。 ①非金屬外護(hù)套直流耐壓試驗(yàn)，在電纜金屬套與地之間對(duì)外護(hù)套施加10 kV 直流電壓，保持1 min 非金屬外護(hù)套不被擊穿為合格，確保電纜外護(hù)套的完好性。②絕緣交流電壓試驗(yàn)，交流電壓波形應(yīng)基本為正弦波形，頻率應(yīng)為20～300 Hz。 施加交流電壓128 kV，保持1 h 電纜絕緣層不被擊穿為合格；也可以施加交流電壓64 kV，保持24 h，電纜絕緣層不被擊穿為合格， 兩種試驗(yàn)方法均可以。 安裝試驗(yàn)應(yīng)按GB 50168—2018執(zhí)行。

（3）通過(guò)上述試驗(yàn)后的電纜線(xiàn)路，只有確認(rèn)工程全部竣工、符合設(shè)計(jì)要求、施工質(zhì)量達(dá)到有關(guān)規(guī)定后，電纜線(xiàn)路才可正式投入試運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

本工作主要對(duì)110 kV 平滑鋁套電纜在敷設(shè)前、敷設(shè)中和敷設(shè)后的關(guān)鍵工藝進(jìn)行了說(shuō)明，特別對(duì)電纜敷設(shè)的環(huán)境溫度、敷設(shè)方式、固定方式以及電纜敷設(shè)中的拉力、牽引力、側(cè)壓力等3 個(gè)力進(jìn)行了分析。

平滑鋁套電纜的敷設(shè)施工與普通的皺紋鋁套電纜有很多不同的要求，對(duì)于平滑鋁套電纜應(yīng)從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、應(yīng)用等方面開(kāi)展系統(tǒng)的研究，明確電纜產(chǎn)品的適用范圍和應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，編寫(xiě)電纜施工規(guī)范。 最終確保電纜的敷設(shè)質(zhì)量，為電網(wǎng)的安全運(yùn)行奠定良好的基礎(chǔ)。

國(guó)外的平滑鋁套電纜已有成熟產(chǎn)品及敷設(shè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，但國(guó)內(nèi)對(duì)平滑鋁套電纜的敷設(shè)技術(shù)應(yīng)用和研究還處于起步階段。 目前，國(guó)產(chǎn)的110 kV 平滑鋁套電纜已在國(guó)網(wǎng)北京電力公司、廈門(mén)供電公司和杭州供電公司等得到應(yīng)用，但需不斷積累敷設(shè)及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，將來(lái)產(chǎn)品的應(yīng)用量才會(huì)不斷擴(kuò)大。

采用平滑鋁套電纜可以節(jié)約生產(chǎn)成本和運(yùn)行成本，增加電纜的載流量，降低了緩沖層發(fā)生燒蝕故障的風(fēng)險(xiǎn)。