電纜通道智能吸沙裝置設(shè)計及應(yīng)用

嚴(yán)鈺杰，甄志明，蔡邱申

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局，廣東江門，529000）

0 引言

隨著電力需求的增長，電纜在城市輸配電系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，其中，電纜溝是最常見的電纜敷設(shè)形式之一[1]。為了滿足電力電纜的防火散熱需要，便于溝內(nèi)電纜與外界交換熱量，常采用填充河砂[2]的方式吸收電纜運行時的熱輻射能，同時達到阻燃的效果。一旦出現(xiàn)電纜故障，運維人員需迅速定位故障點并進行修復(fù)，以免造成巨大損失。

然而，清除電纜溝內(nèi)填充的河砂大幅度消耗了檢修時間。傳統(tǒng)采用人工開挖的形式進行清理，有以下幾個方面的困難：①由于電纜溝位于地下，水汽及雨水沖刷使得河砂不再松軟，增加了挖沙難度和時間；②電纜溝空間比較封閉，環(huán)境惡劣，人工開挖具有氣體中毒風(fēng)險；③采用鐵鏟開挖易對電纜造成二次破壞；④若故障定位不精確，開挖范圍大，人工開挖無法實現(xiàn)高頻率的排查。為此，亟需研制一種能自動清理電纜通道的設(shè)備，代替人工，提高操作安全性能，減少檢修總耗時，便于及時處理故障、維護電纜。

在此背景下，本文基于氣力輸送技術(shù)在清沙上取得的一定基礎(chǔ)[3]，提出一種分體式電纜通道智能吸沙裝置，可拆卸組裝，克服地形限制，場地要求低。通過管道向通道內(nèi)注水，將河砂沖散，提高吸沙效率。采沙部分與軟質(zhì)空心管連接吸沙，防止損傷電纜，避免造成外力破壞。

1 電纜通道智能吸沙裝置整體設(shè)計

1.1 電纜通道對吸沙裝置的要求

（1）安全性

常見的非金屬電纜外護套材料有聚乙烯（PE）、交聯(lián)聚乙烯（XLPE）、聚氯乙烯（PVC）、氯丁橡膠（CR）等，其中，PE、軟PVC的材料特性如下[4,5]。

根據(jù)表1可知，非金屬電纜外護套遭遇金屬物質(zhì)撞擊后易磨損、刮破、變形，若水汽、灰塵從破損的外護套處進入電纜，將會降低電纜使用壽命，增加線路運行風(fēng)險。如果吸沙裝置與河砂接觸部位過于笨重、堅硬或是固定性能差，稍有不慎便會造成電纜破損，因此，在吸沙裝置的設(shè)計上，必須將這一點納入考慮范圍，采用固定牢靠、具有保護或隔離措施（例如橡膠軟管）的吸沙結(jié)構(gòu)。

表1 電纜外護套材料特性

（2）可用性

雖然電纜主要存在于城市輸配電系統(tǒng)，但是由于規(guī)劃需要，電纜通道不一定敷設(shè)于開闊路面，附近地形可能是荒地、魚塘、居民住宅等。考慮到存在無法直接驅(qū)車至目標(biāo)地點的情況，吸沙裝置可以采用分體式結(jié)構(gòu)，搬運至目標(biāo)電纜通道后再進行組裝，增強裝置的可用性。

圖1 外護套受損的110kV交聯(lián)聚乙烯電力電纜

（3）可靠性

吸沙時飄塵會附著在裝置上，飄塵質(zhì)量輕、吸附能力強，可能導(dǎo)致電子元器件接觸不良。為此，為了保證裝置的可靠運行，設(shè)計時應(yīng)將裝置的控制結(jié)構(gòu)進行封閉處理，增設(shè)隔板隔絕飄塵。

1.2 吸沙裝置設(shè)計原理

電纜通道智能吸沙裝置包括吸沙模塊、傳送模塊、電源模塊三大部分。

圖2 電纜通道智能吸沙裝置模塊組成

電源模塊包括電機、電機底座、電源接口、控制按鈕。由電機帶動給各模塊供電，電源控制箱位于裝置最末端。根據(jù)DL/T1253 《電力電纜線路運行規(guī)程》，當(dāng)電纜溝敷設(shè)深度大于1m，單列支架與壁間通道不應(yīng)小于0.6m，兩側(cè)支架間凈通道不小于0.7m[6]，若需進行清理的雙回路電纜溝長度為20m，深1.2m，總除沙量約為16.8立方米。鑒于吸沙量取決于電纜溝規(guī)模，總值波動大，電源控制箱中的電機采取可拆卸的形式，根據(jù)吸沙量更換相應(yīng)功率的電機。

傳送模塊包括傳動軸、齒輪、螺旋傳輸帶、軟質(zhì)空心管，用于連接吸沙模塊及出沙口。泥沙傳送軸由齒輪帶動，運輸采沙頭吸取的泥漿，并輸送至出沙口排砂。傳送模塊和電源模塊之間增設(shè)隔板防止泥漿滲入，影響供電。

吸沙模塊位于裝置最前端，包括鏤空采沙頭、固定帶、水管、水管接口、風(fēng)機葉片。水管接口附于裝置外部，水管用固定帶捆扎固定，注水通道與傳送通道外殼平行，在裝置運行時稀釋并沖散泥沙，便于吸取，水管接口可外接組裝式水箱。鏤空采沙頭與螺旋傳輸帶、軟質(zhì)空心管連接，利用風(fēng)機葉片的旋轉(zhuǎn)使氣流產(chǎn)生負壓，輔助吸取泥沙。軟質(zhì)空心管和螺旋傳輸帶的組合可以降低對電纜本體的傷害。

2 電纜通道智能吸沙裝置硬件組成

電纜通道智能吸沙裝置整機結(jié)構(gòu)組裝示意圖見圖3。

圖3 電纜通道智能吸沙裝置結(jié)構(gòu)組成示意圖

2.1 吸沙模塊

鏤空采沙頭：用于采沙，使用卡扣的連接方式與軟質(zhì)空心管連接，功能是防止損傷電纜本體。

風(fēng)機葉片：與傳動軸連接，使用時通過傳動軸帶動風(fēng)機葉片旋轉(zhuǎn)，用于輔助將沙吸到出沙口。

外殼：采沙裝置的外殼，該結(jié)構(gòu)具備IPX4防水功能。

出沙口：使用焊接與外殼相連接，用于沙的運出。

水管：使用固定帶固定于軟質(zhì)空心管，使用螺栓與水管接口相連接，使用時連接外部水源，起到將沙沖散的作用。

固定帶：用于固定水管。

水管接口：使用螺栓與水管相連接，用于連接外部水源。

2.2 傳送模塊

螺旋傳輸帶：螺旋式結(jié)構(gòu)，與傳動軸連接，使用時啟動電機，傳動軸運動帶動螺旋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動，用于將沙傳送至出沙口。

軟質(zhì)空心管：使用卡扣與外殼連接，用于保護保護螺旋傳送帶。

傳動軸齒輪：傳動軸齒輪，固定于電機傳動軸，與電機齒輪嚙合連接，使用時通過電機齒輪帶動傳動軸，繼而使傳動軸運作。

傳動軸：與傳動軸齒輪、風(fēng)機葉片相連接，用于傳送電機動能。

隔板：使用焊接的形式與外殼相連接，具有格擋沙的作用。

2.3 電源模塊

電機齒輪：固定于電機，使用時電機運轉(zhuǎn)，帶動電機齒輪運作，繼而帶動傳動軸齒輪運作。

電機：與電機底座焊接連接，與電機齒輪連接，使用電線與控制按鈕連接，使用電線與電源接口連接，使用時通過啟動控制按鈕啟動電機運轉(zhuǎn)，帶動電機齒輪運轉(zhuǎn)。

電機底座：使用螺栓固定于外殼，使用焊接與電機相連接，用于固定電機。

控制按鈕：使用焊接的形式與外殼相連接，使用電線與電機相連接，使用電線與電源接口相連接，使用時按下控制按鈕，啟動電機運轉(zhuǎn)。

電源接口：使用焊接的形式與外殼相連接，使用電線與電機相連接，使用電線與控制按鈕相連接，使用時與外部電源連接，作為電能的傳輸口。

3 裝置運用特點

（1）地形適應(yīng)性強

該裝置為分體式結(jié)構(gòu)，可對模塊進行拆卸，攜帶至目標(biāo)地點進行組裝，地形適應(yīng)性強。

（2）作業(yè)風(fēng)險低

地下電纜溝內(nèi)作業(yè)環(huán)境惡劣，使用機械吸沙取代人工開挖，可降低作業(yè)人員密閉空間氣體中毒風(fēng)險及電纜通道內(nèi)的動物傷害風(fēng)險。

（3）作業(yè)效率高

電纜溝內(nèi)空間狹小，無法容納多名人員同時作業(yè)，若采用人工開挖，清砂效率低下，大幅度消耗寶貴的搶修時間。如遇電纜故障定位粗略，需清砂的電纜通道范圍增大，更是給清砂帶來困難，難以實現(xiàn)高頻率的人工排查。而采用本裝置可以解放生產(chǎn)資源，清砂時僅需一人操作，一人監(jiān)護，極大提高了作業(yè)效率。

4 結(jié)語

本次設(shè)計的分體式電纜通道智能吸沙裝置在結(jié)構(gòu)上克服了地形限制，便于搬運，在功能上替代了傳統(tǒng)人工，降低其作業(yè)風(fēng)險，減少電纜受外力破壞的可能性，能達到快速清理電纜通道沙的目的。