220kV交聯(lián)聚乙烯高壓電纜隧道敷設(shè)工程

鄭州祥和集團有限公司 黨 坤

目前，高壓電纜產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展日趨成熟，110kV 及以上電力電纜被廣泛應(yīng)用。在實際施工過程中，由于各種原因，電纜施工往往成為輸電工程中的最后一個環(huán)節(jié)，造成工程時間緊、工作量大的問題，在日常施工過程中為了趕工期，忽視對電纜質(zhì)量的把控，常常會造成電纜外護層破損，以及電纜扁平、絕緣損傷等現(xiàn)象，最終給電纜正常運行帶來了隱患，在目前的施工過程中如何提高高壓電纜敷設(shè)質(zhì)量顯得尤為重要，本文總結(jié)了提高高壓電纜敷設(shè)質(zhì)量的應(yīng)用和技巧。

1 220kV 交聯(lián)電纜電力電纜的特點及其敷設(shè)要求

1.1 溫度

交聯(lián)四氟三氯聚乙烯電纜護套使用的護套絕緣材料，通常是優(yōu)質(zhì)復(fù)合交聯(lián)三氯聚乙烯，護套也可以分為是優(yōu)質(zhì)交聯(lián)三氯聚乙烯或者劣質(zhì)交聯(lián)三氟聚氯乙烯。當室內(nèi)溫度低時，使用絕緣材料的管件外殼的耐脆性和護套絕緣材料強度會增加，直接接觸容易造成管件外殼和電纜護套之間發(fā)生焊接開裂，會發(fā)生重大安全事故。根據(jù)國標技術(shù)標準gggb50168-92規(guī)定，在電纜主線敷設(shè)前的24h 內(nèi)，室外空氣正常平均溫度數(shù)值不應(yīng)低于20℃。如果在敷設(shè)電纜時不能完全達到滿足要求，應(yīng)盡量選擇適當時間進行空氣加溫。

1.2 熱機械力效應(yīng)

負荷中的電流不斷變化時，導(dǎo)體隨著溫度的不斷變化而受熱引起的由導(dǎo)體受熱膨脹，或機械收縮所作用產(chǎn)生的具有膨脹性應(yīng)力，或具有收縮性的力被稱為熱力或機械膨脹力，與驅(qū)動電纜的軸向線性和膨脹阻力系數(shù)，導(dǎo)體的膨脹截面和溫升成一個正比。

交聯(lián)復(fù)合聚乙烯涂料絕緣的涂層體積和膨脹效應(yīng)系數(shù)一般為10×10-4/℃-1；交聯(lián)油紙涂料絕緣為4.3×10-4/℃-1；氧化銅絕緣只有0.5×10-4/℃-1。而由于交聯(lián)復(fù)合聚乙烯的涂層壓縮模量相對較低，且隨著連接著涂層溫度的不斷上升也會急劇下降。同時，交聯(lián)充油電纜正常運行時會使允許的溫升高。因此，交聯(lián)充油電纜比其他充油交聯(lián)電纜要具有更大的熱力學(xué)機械和壓力膨脹效應(yīng)[1]。

電纜導(dǎo)體受熱力和機械摩擦力的相互作用下會迅速產(chǎn)生熱力位移。這種位移效應(yīng)可部分或全部自然地為導(dǎo)體摩擦力所致或阻止，這與電纜的敷設(shè)方式有關(guān)。對于電纜導(dǎo)體的橫截面越大，電壓驅(qū)動等級越高的大型交聯(lián)傳動電纜，熱傳動機械時的力位移效應(yīng)越嚴重。

1.3 徑向膨脹

當動力電纜內(nèi)部采用直接預(yù)埋或超聲波形式的夾具在夾緊時，交聯(lián)動力電纜的內(nèi)部徑向高度膨脹也會受到應(yīng)力約束，電纜內(nèi)部也會連續(xù)產(chǎn)生相當大的電纜徑向高度膨脹的應(yīng)力。具體而言，在直接預(yù)埋電纜護套敷設(shè)時，回填混凝土須均勻壓實，否則，在直埋電纜熱循環(huán)機械感應(yīng)力的強大作用下，pvcd在護套上就會迅速產(chǎn)生徑向凸起膨脹變形。但是若直埋電纜施工作品以十字形方式敷設(shè)，經(jīng)熱循環(huán)后三根直埋電纜膠制品的十字形中間的一個空隙連接處的圓形鉛套卻仍然保留了凸起畸變，成了櫻桃形。由此可見，交聯(lián)直埋電纜的護套徑向擠壓膨脹防潮是逐步發(fā)展形成嚴重防潮問題。

2 220kV 交聯(lián)聚乙烯高壓電纜隧道敷設(shè)工程造成電纜故障主要原因

一是電纜本體缺陷。電纜出廠時電纜護層或絕緣部分本身存在一定程度的缺陷。

二是電纜敷設(shè)缺陷。在電纜敷設(shè)過程中，由于施工方式不正確，導(dǎo)致電纜護層或絕緣部分損傷而形成的缺陷。

三是附件安裝缺陷。在電纜附件安裝過程中由于安裝環(huán)境、安裝尺寸、附件材質(zhì)、安裝人員操作水平等因數(shù)造成的缺陷。

四是接地系統(tǒng)缺陷。在安裝接地箱時，由于接地方式不正確導(dǎo)致接地系統(tǒng)故障缺陷。

從上述電纜敷設(shè)缺陷可以看出，提高電纜敷設(shè)質(zhì)量在整個電纜施工環(huán)節(jié)中的重要性。在電纜運行發(fā)生故障時，由于110kV 及以上高壓電力電纜電壓等級高，大部分施工區(qū)域處于地下或管道之內(nèi)，施工隱蔽性強，無法用目測的方式查找故障點，只能借助于精密測量儀器來斷定；下文以交聯(lián)聚乙烯電纜為例，闡述電纜在施工過程中，影響電纜質(zhì)量的主要環(huán)節(jié)及控制方法。

3 110kV 交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜的敷設(shè)方法

電纜敷設(shè)方式選擇應(yīng)視工程條件、環(huán)境地形、電纜類型、回路數(shù)等，滿足運行可靠、維護方便和技術(shù)經(jīng)濟合理的原則選定。

3.1 直埋

電纜直埋敷設(shè)經(jīng)濟效益顯著，具有投資小、施工方便、散熱條件好的優(yōu)點。但檢修維護難度大，電纜容易受化學(xué)物質(zhì)腐蝕，不易查找、定位故障點，事故搶修難度大。另外，直埋敷設(shè)不能承受高荷載，適用于地下無障礙，車輛通行不頻繁的地方。

電纜在直埋作業(yè)時，要將電纜全長上、下緊鄰側(cè)鋪設(shè)上100mm 以上的軟土，沿著電纜的全長要覆蓋保護板，保護板規(guī)格以超出電纜兩側(cè)50mm 以上為宜。然后鋪設(shè)防腐標志，結(jié)合區(qū)域地形情況，在電纜沿線不同位置放置醒目的警示標語，防范外力破壞。將直埋電纜引入隧道或工井時，預(yù)先穿入管中，并做好管口封堵工作，避免進水。電纜敷設(shè)施工作業(yè)期間，必須優(yōu)化施工工藝，在電纜敷設(shè)全過程中加強施工監(jiān)督和管理，防范一切可能損傷電纜的行為。實際工程中是否采用直埋敷設(shè)方式可根據(jù)地形特點展開具體的分析[2]。

3.2 排管敷設(shè)

排管敷設(shè)減少了電纜遭受外力破壞和機械損傷的可能性，維修、更換電纜不必開挖路面，造價適中，成為廣泛應(yīng)用的敷設(shè)方式。排管敷設(shè)可根據(jù)需要配置直線井、轉(zhuǎn)角井等工作井，便于檢修和敷設(shè)電纜，且支持預(yù)留電纜通道，方便后期擴容改造。缺點是排管及工井土建施工臨時占地面積較大，在運行期間難以有效散發(fā)熱量，導(dǎo)致電纜保護層材料出現(xiàn)老化問題，縮短了電纜使用壽命；另外受混凝土保護包封影響，增加了故障定位難度。

進行保護管敷設(shè)作業(yè)期間，必須嚴格執(zhí)行敷設(shè)作業(yè)開展步驟和流程，按照敷設(shè)要求開展施工作業(yè)。若是單芯電纜單根穿管，必須配置標準的電纜保護管內(nèi)徑，通常需要超過電纜外徑1.5倍以上，旨在提高電纜敷設(shè)便利程度。敷設(shè)作業(yè)前，需仔細檢查保護管外觀、管口、管內(nèi)，若管內(nèi)有雜物，要及時清理干凈。如果管口有毛刺等，要打磨圓滑，并配置專用的喇叭口，避免敷設(shè)電纜期間造成損傷。電纜敷設(shè)施工作業(yè)結(jié)束后，將保護管位于工作井處的管口封堵好，控制保護管與保護管之間的距離，有效防范電纜串燒事故。研究發(fā)現(xiàn)，電纜保護管敷設(shè)方式，運維檢修作業(yè)量少，僅需定期維護中間接頭。但此種敷設(shè)方式同樣對敷設(shè)工藝及敷設(shè)施工人員專業(yè)技能要求較高，若出現(xiàn)電纜損傷，將會加劇電纜擊穿故障風險。有研究中提到，某市110kV 高壓輸電電纜發(fā)生了保護墊電纜擊穿跳閘事故便是上述原因造成的，出現(xiàn)了保護套嚴重損傷情況，并在長期運行過程中，造成保護套溫升?；诖耍仨殗栏窆芸乇Ｗo管敷設(shè)施工工藝的執(zhí)行情況。

3.3 電纜溝敷設(shè)

電纜溝敷設(shè)方式廣泛應(yīng)用在高壓輸電電纜工程中，該種敷設(shè)方式的增容空間大，電纜敷設(shè)過程十分靈活、便捷，便于高效開展施工作業(yè)，具有一定的散熱能力，維護便利，故障查找、定位難度小。但電纜溝土建成本較高，需要占地面積范圍廣，且運行中易出現(xiàn)電纜溝積水和淤泥情況。因此，電纜溝敷設(shè)要結(jié)合工程地段的實際情況設(shè)計溝道截面，優(yōu)化電纜布置方式。電纜溝溝體一般采用混凝土整體澆筑而成，溝頂部和地面齊平處采用溝蓋板，為保持內(nèi)部干燥，可設(shè)置止水措施，電纜溝溝底設(shè)置排水坡度，并沿全線在溝底設(shè)置集水井。為防火、防爆需要，制定完善的電纜溝中間接頭防爆措施，將接頭兩側(cè)電纜一定范圍內(nèi)的區(qū)段敷設(shè)到其他電纜上，保證敷設(shè)質(zhì)量后，使用防火涂料進行保護，同時通過設(shè)置防火墻和防火隔層，全面提升電纜和電纜之間的防火效果，避免出現(xiàn)防火盲區(qū)[3]。

3.4 電纜隧道敷設(shè)

電纜數(shù)量多，超過保護管、電纜溝合理布置數(shù)量時可采用隧道敷設(shè)。電纜隧道敷設(shè)檢修、維護方便，可對電纜線路實施多種形式的狀態(tài)監(jiān)測。電纜不易受外界外力損傷，可容納多回路電纜。但隧道土建投資大，施工難度高、周期長，適用于地下水位低、電纜線路集中的電力主干線路。隧道敷設(shè)方式增容空間大，電纜散熱好。通過隧道內(nèi)在線監(jiān)測裝置，可實現(xiàn)遠程實時監(jiān)測，實時動態(tài)化的監(jiān)測溫度、環(huán)境、水位等指標的變化情況，并及時反饋監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息，保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性和完整性，提高了監(jiān)測工作水平，大大降低了人工監(jiān)測難度，便于數(shù)據(jù)分析，進而及時作出調(diào)整。

3.5 頂管敷設(shè)

頂管敷設(shè)多用于過道路、河流等處，該敷設(shè)方式具有散熱好、運維方便、便于故障查找等優(yōu)點，但增容空間小，造價較高。為保證頂管敷設(shè)作業(yè)效果和電纜敷設(shè)質(zhì)量，作業(yè)人員必須嚴格按照標準化流程進行作業(yè)，結(jié)合地理環(huán)境實際情況，合理設(shè)計了頂管的尺寸。為保證后期運維管理成效，相關(guān)部門要做到全程管控，加強對每個節(jié)點的監(jiān)督和管理參照相關(guān)技術(shù)規(guī)程進行檢查驗收，切實保證高壓輸電電纜安全可靠運行。

高壓輸電電纜敷設(shè)方式多樣，要保證電纜后期整體運行效果，在敷設(shè)方式選擇上，要加強對運行安全性、運維情況、經(jīng)濟性等視角進行綜合的考量，考慮電纜敷設(shè)增容性、通道可靠性、監(jiān)測性等情況，結(jié)合具體開展的項目優(yōu)選電纜敷設(shè)方式，并通過多種敷設(shè)方案比對，選擇最佳的敷設(shè)方式，切實提高高壓輸電運行安全，保證輸電質(zhì)量。

4 全面了解工程概況

4.1 施工前期準備

電纜線路隧道的綜合施工設(shè)計項目，首先是由火力發(fā)電廠找到相關(guān)施工單位，進行檢測工程項目資料是否要與施工路線方向的相關(guān)工作人員進行交接，然后再由施工單位派車送到現(xiàn)場，進行檢測電纜傳輸線路的隧道密度和總長度、出線點、運行隧道方向、走廊、升壓站的連接線，以及升壓架空線的位置及各種隧道設(shè)計模型等，進行實際的隧道測量和現(xiàn)場勘察的整理工作，及時地進行標記并記錄下來；然后隧道設(shè)計工作人員根據(jù)周圍的環(huán)境情況、建筑物、投資成本運算、工程質(zhì)量規(guī)模、規(guī)定施工期限，以及結(jié)合實際勘察結(jié)果記錄的設(shè)計數(shù)據(jù)等資料，進行隧道綜合設(shè)計整理，憑借豐富的隧道設(shè)計的實踐經(jīng)驗，參照現(xiàn)行國家有關(guān)電纜線路隧道工程設(shè)計的技術(shù)標準，圍繞符合國家現(xiàn)行的相關(guān)法律法規(guī)進行綜合設(shè)計，避免出現(xiàn)隧道建設(shè)的質(zhì)量水平和技術(shù)標準不符合國家有關(guān)規(guī)定。

4.2 敷設(shè)時的主要電動工具

在高壓輸電電纜敷設(shè)時，主要用的電動工具有卷揚機和輸送機。

4.2.1 齒輪卷揚機

這種卷揚機主要是以齒輪電動機為工作原理，通過一個封閉式旋轉(zhuǎn)齒輪驅(qū)動減速箱，驅(qū)動繩筒，再由掛在繩筒上的一根鋼絲繩帶動連接到帶電纜的齒輪牽引傳動頭。通過齒輪減速通?？梢允估K筒的運動線長和速度可以控制在7m/min。

4.2.2 高壓輸送機

在室內(nèi)敷設(shè)各種高壓傳輸電纜時，由于在電纜排管內(nèi)的電纜摩擦力較大，單靠電纜卷揚機的電纜牽引力無法完全克服，因此若單純地利用電纜架在牽引頭上面的加大電纜牽引力，可能會直接超過高壓電纜內(nèi)部所能能夠承受的最大牽引力和電纜側(cè)面的壓力，會直接造成高壓電纜的嚴重損傷[4]。

輸送機也是以凹型電動機作為驅(qū)動，用凹型推動橡膠皮帶自動夾緊輸送電纜，并用電動預(yù)壓受力彈簧自動調(diào)節(jié)對輸送電纜的支承壓力（其支承壓力不超過允許大于超過輸送電纜的長度允許軸向側(cè)支承壓力），通過凹型橡膠帶與輸送電纜之間的軸向摩擦力增大來控制推動輸送電纜。

輸送機的主體放置及其位置有能可以直接決定其所需要的傳動作用，其目的是起到推動輸送作用，以及起到牽引傳動作用。通常在運輸工程中需要使用的重量是500kg（約5kn）的氣動輸送機，但在實際使用中由于受到機械力的損耗、摩擦力等因數(shù)值的降低以及等因＜br＞素的嚴重影響，使得電力輸送機同時加載在動力電纜上的推動力量也只能同時達到80%（約4kn）左右。

4.3 施工中注意事項

在實際施工過程中，可采用繩筒卷揚機和皮帶輸送機相互配合的方式，來進行皮帶電纜布線敷設(shè)的施工。但該兩種方式會直接產(chǎn)生電纜是否完全同步的問題，即繩筒卷揚機和皮帶輸送機的自動開關(guān)裝置是否完全同步，以及卷揚機繩筒和皮帶輸送機上的橡膠傳輸帶，各自的傳輸線路和速度要求是否一致，解決方法有以下幾點。

一是可采用各種聯(lián)動控制裝置實現(xiàn)操作集中控制，但在實際施工過程中，如因受工作場地等各種因素的直接影響，可能不需要使用這種聯(lián)動控制裝置，而是采用施工分塊一人負責的操作方式，通過各種通信控制工具，由現(xiàn)場技術(shù)負責人統(tǒng)一指揮，并且需要參與配合的專業(yè)施工人員要具有較強的職業(yè)責任感。

二是雖然目前技術(shù)理論上已經(jīng)明確要求，塑料繩筒卷揚機和塑料輸送機的繩筒物料傳輸速度必須一致來進行施工，但在建筑工程的日常施工使用過程中，卷揚機繩筒的傳輸料帶和料線繩筒傳輸速度略慢于一般塑料輸送機。因此，要求在實際施工過程中，需要將塑料卷揚機安裝在輸送機側(cè)的兩根塑料鋼絲盤上時，需要至少1位技術(shù)人員進行負責，將卷揚綁在兩根鋼絲盤上的兩根塑料鋼絲繩同時進行配合收緊。另外，輸送機繩筒物料正確擺放位置和速度控制，以及輸送機的實際使用物料數(shù)量等也顯得極為重要，輸送機的電動機通常只是為了能夠起到一個同時需要動力輔助的機械動力，如推動器和控制器的作用，以減少物料運輸中的電纜線在移動過程中所受的較大推動牽引力。

5 結(jié)語

綜上所述，220kV 交聯(lián)聚乙烯高壓電纜隧道敷設(shè)工程，在施工時不僅僅是要綜合考慮不受到施工圖紙成本設(shè)計、施工工藝、工程進度的成本問題，還要充分考慮不受到施工技術(shù)質(zhì)量因素、環(huán)境因素以及其他經(jīng)濟效益因素的直接影響。因為，一項規(guī)模較大的電纜工程項目，施工的成本較大。發(fā)電廠如果想減少施工經(jīng)濟效益和減少回收的使用年限，就要充分結(jié)合先進的電纜施工管理技術(shù)和經(jīng)過檢測的施工設(shè)備，保證220kV 交流電纜高壓隧道電線敷設(shè)的施工質(zhì)量。并且在電纜施工時，電纜施工的各個細節(jié)，必須保證整個測量過程數(shù)據(jù)的完整準確性、電纜隧道敷設(shè)的完好度，特別注意測量電纜在橫向轉(zhuǎn)角時所承受到的最大側(cè)向電壓力和反向牽引力，然后通過使用計算機來確定合理的施工設(shè)計方案，從而可以保證該項復(fù)雜電纜工程的敷設(shè)質(zhì)量，以及220kV 高壓電纜敷設(shè)工作的經(jīng)濟價值。