超高豎井條件下高壓電纜敷設(shè)技術(shù)

李 偉

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 引言

兩河口水電站設(shè)計了6 回500 kV 高壓電纜，在地下主變洞和地面開關(guān)站之間通過超高的電纜豎井進行連接，每個電纜豎井包含了3 臺機組的出線高壓電纜，每回電纜由A、B、C 三相組成，6 臺機組主變高壓側(cè)連接高壓電纜經(jīng)過主變洞500 kV 電纜層引出,分別進入1 號電纜豎井(靠近主變洞端部)和2 號電纜豎井的2 621.50 m 高程,再分別沿電纜豎井引上至2 875.00 m 高程后進入上平洞。地面GIS 樓在出線上平洞的上部,該高壓電纜豎井垂直高度為254.00 m,出線下平洞長度為25.00 m,出線上平洞總長度為170 m。每個豎井內(nèi)布置3 回（共9 根）500 kV 電纜。254 m 豎井高壓電纜敷設(shè)是同類電站最高的豎井之一。

2 工藝原理

高壓電力電纜敷設(shè)施工一般采用以廠家成套供貨的機械輸送為主,用卷揚機或者葫蘆牽引為輔、將所有控制回路引入集中控制箱集中控制的方式進行。本項目所使用的施工方案是經(jīng)過多個施工項目實踐經(jīng)驗總結(jié)形成的比較成熟的高壓電纜施工方案,在項目施工中能夠提高電纜施工和敷設(shè)的進度并保證敷設(shè)后質(zhì)量,使電纜施工的強度大大降低，同時能夠很好地保證施工安全。

通過現(xiàn)場實際勘測，設(shè)計采用葫蘆牽引和電纜輸送機夾緊電纜輸送組合的施工方案，在下平洞、上平洞以及電纜豎井上布置滾動滑車和電纜輸送機，通過控制電纜將各個輸送機的控制回路、通信系統(tǒng)連接至集中控制箱。電纜敷設(shè)前去除電纜保護材料，把電纜頭人工拉出，在電纜引出頭和引出繩中間加裝用于紗線捻接的裝置，一般設(shè)置防捻器。通過人力的方式將電纜抬至輸送機傳送帶上，控制集中控制器啟動電纜輸送機帶動電纜進行輸送。電纜輸送機一般由交流電源電動機提供電動力，通過變速箱、橡膠傳送履帶將作用力傳輸?shù)诫娎|上，橡膠傳送履帶夾緊力要調(diào)整適中。高壓電纜在數(shù)臺輸送機同時同步工作下，轉(zhuǎn)動方向一致，實現(xiàn)電纜的夾緊輸送。一回高壓電纜輸送敷設(shè)完成后，一般通過人力或者葫蘆的方式將電纜抬至電纜架上，按安裝圖紙及弧度的要求調(diào)整電纜的蛇形綁扎和固定。

3 技術(shù)組織

施工前將電纜盤放置在已經(jīng)硬化、平整、干凈完成的地面上，存放地點不應(yīng)有積水、雜物(如釘子，石塊等)。電纜盤(帶托架或不帶托架)布置的地方要盡量保證水平，放置在斜面度盡量控制在不超過5°的平面上?？紤]到兩河口夜間溫度低，白天溫度高,在敷設(shè)前設(shè)置專用保溫房,盡量避免電纜陽光直曬，同時在夜間溫度低于0 ℃時用履帶式加熱板采取加溫措施。電纜在現(xiàn)場敷設(shè)前在打開保護套，避免過早打開可能出現(xiàn)應(yīng)力變形造成的外護套起皺。冬季氣溫低，高壓電纜在0 ℃以下外敷套容易變脆、變硬。

具體的技術(shù)措施如下：

（1）電纜盤放線架布置在指定放線點，地面已經(jīng)進行硬化處理，放線架底部已經(jīng)使用化學錨栓固定牢靠。電纜盤引線出口處布置放線支架，在引出端設(shè)置2 臺電纜輸送機，保證電纜引出端初始引力平衡，電纜敷設(shè)開始方向根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定。豎井入口是高壓電纜敷設(shè)時最需要考慮的部位，敷設(shè)前要計算電纜的理論轉(zhuǎn)彎弧度，模擬敷設(shè)必要時在拐角處要用橡膠管或者橡膠墊保護，同時推薦用型鋼做進入豎井部位的主支架，簡易腳手架搭設(shè)副支架以滿足電纜輸送時受力要求，拐角滑輪支架布置導輪組，豎井口進入前應(yīng)該在上平洞段合適的位置布置最少兩臺輸送機以保證入口轉(zhuǎn)彎處的受力均勻。電纜敷設(shè)至電纜豎井后，側(cè)向作用力隨著電纜的長度增加而不斷增大，受力最大的豎井最高位置在保證支架受力安全情況下安置導輥組，使高壓電纜受力方式改善，由點受力變?yōu)榫鶆虻膱A弧受力，受力均勻能更好地保證電纜不受到損傷。轉(zhuǎn)向?qū)л伣M通過計算用12 mm 以上槽鋼焊接支架可滿足要求，導輥組設(shè)置8~10 個導向輪。

（2）本項目使用輸送機進行電纜牽引作業(yè)，通過整個敷設(shè)過程牽引力計算可知，本方案使用17 臺輸送機即可滿足放線正常使用。為保障電纜敷設(shè)安全及敷設(shè)質(zhì)量，消除因設(shè)備故障等因素帶來的質(zhì)量、安全隱患，提高敷設(shè)安全系數(shù)，最終方案采用40 臺輸送機進行電纜敷設(shè)。其中豎井內(nèi)敷設(shè)使用21 臺8 kN 輸送機，地面敷設(shè)使用19 臺輸送機，地面上采用8 kN 和5 kN 交替布置的方式進行，布置位置參照施工工器具布置圖。豎井內(nèi)樓層間距9.6 m，當兩臺輸送機布置在連續(xù)樓層時，電纜在輸送機之間不做處理；當兩臺輸送機布置在不連續(xù)的樓層之間時，電纜穿過樓層處布置三角閉合導輥。水平路段每隔4~6 m 布置一臺拖地滑車（以不拖地為原則）協(xié)助輸送機進行電纜放線，防止電纜落地受損；彎曲路徑使用多臺拐角滑車進行轉(zhuǎn)向。所有輸送機、滑車均需固定。

（3）電纜加固方式：上下平段采用向下蛇形布置，支架間距不大于5 m，向下蛇幅0.16 mm；電纜豎井每3.5 m 設(shè)計一電纜支架，左右蛇形布置蛇幅0.24 m。

（4）輸送機布置設(shè)計：電纜輸送機在上平段主要是提供克服摩擦力的動力，在前部通過人工引導夾緊電纜拖動前行。F=μmgL，5 kN 電纜輸送機輸出的實際牽引力為5 kN 左右，為消除其他位置因素帶來的出力不足，計算過程取0.6 的系數(shù)，每臺輸送機實際持續(xù)提供的牽引動力按照不大于3 kN 考慮。電纜每米重量25 kg，μ取0.2,可知L=60 m。豎井前電纜敷設(shè)長度約265 m，上平洞布置12 臺輸送機，平均電纜間距為265/12=22 m；根據(jù)施工工器具布置圖可知，實際布置間隔最大45 m。通過計算，上平洞布置12 臺電纜輸送機，保證安全裕度的前提下也遠遠滿足電纜拖動所需作用力。適當增加輸送機布置數(shù)量，電纜輸送機夾緊后與電纜之間的摩擦力還能將豎井部分的電纜自重大大減輕，同時一旦緊急停機，該摩擦力又是很好的制動力，使得停機時作用于電纜盤的力量大大降低，從而保證施工安全。電纜敷設(shè)至電纜豎井時，電纜自身重力和電纜牽引力的方向一直向下方向，隨著在電纜長度的增加，電纜的重量會和電纜牽引力達到一個平衡。豎井內(nèi)有一平衡點，此處豎井內(nèi)電纜自重與上平洞段電纜水平摩擦力相同。當豎井內(nèi)電纜越過平衡點后，電纜自重滿足電纜牽引前進牽引力，布置的輸送機起到制動作用。平衡點至豎井底部電纜重量就是上平洞電纜輸送機所需的制動力，這也是超高豎井電纜敷設(shè)時考慮的重點。通過計算可知，平衡點至電纜豎井底部電纜長度約54 m，可知電纜重力約14 kN。理論計算,僅4~5 臺輸送機即可滿足豎井敷設(shè)用。在不考慮水平摩擦力情況下，豎井段內(nèi)電纜長度254 m，電纜米重25 kg/m，重力加速度為10 N/kg，豎井內(nèi)電纜自重為6.4 t 左右，8 kN 輸送機按照0.5 的系數(shù)4 kN 實際制動力計算，6 400/400=16,即僅需約16 臺輸送機就滿足豎井內(nèi)電纜重量。但在實際敷設(shè)時，為進一步保證施工安全,計劃在豎井內(nèi)均勻布置20 臺輸送機，詳細布置位置參照電纜工器具布置圖。通過計算(與上平洞相同)下平洞至主變洞電纜敷設(shè)需要牽引機數(shù)量最多為9 臺。在平洞計算過程中,所有彎曲均按照90°直角彎進行計算，豎井內(nèi)考慮到平洞設(shè)備不工作情況下豎井內(nèi)電纜的滑脫等安全問題，增加輸送機提高安全系數(shù),確保電纜在豎井及各部位的敷設(shè)安全。綜上，本項目設(shè)計采用40 臺輸送機進行電纜敷設(shè)作業(yè)，其中8 kN 輸送機24 臺，5 kN 輸送機16 臺。

圖1 輸送機布置示意圖

（5）在電纜進入口一般容易發(fā)生電纜掉落或者電纜輸送速度不一致而損壞電纜，在電纜敷設(shè)到豎井時,每一層設(shè)置一臺輸送機,通過電纜輸送機與電纜之間的摩擦力滿足電纜的制動力要求，使電纜敷設(shè)時候不至于因為制動力不夠造成輸送系統(tǒng)失控。所有電纜輸送機均為手動夾緊,在輸送機突然失電后對電纜始終靠摩擦力制動。電纜放線架本身具有制動剎車裝置,在遇到突發(fā)情況后可以進行輔助制動。所有線路上的輸送機均同步工作,統(tǒng)一接收開閉指令。

（6）其它技術(shù)準備:

1）根據(jù)施工現(xiàn)場計算高壓電纜敷設(shè)時各個段點的牽引力、豎井段的側(cè)壓力和轉(zhuǎn)彎部位的彎曲半徑應(yīng)該滿足相關(guān)要求。輸送機（額定輸送力5 000 N）按照70%能效計算，最大牽引力3 500 N，小于廠家允許的最大拉力54 000 N;拐角處側(cè)壓力為1 500 N/m，也遠小于廠家說明書提供的側(cè)壓力不大于3 000 N/m；實際彎曲半徑大于25 倍電纜外徑,即≥4 000 mm。

2）高壓電纜均繞在電纜盤上進行牽引施工,在拖引施工時候電纜牽引力需要克服電纜盤滾軸與卷筒孔之前的摩擦力。一般情況下,摩擦力J計算為4 250 N。在計算總的牽引力時，牽引鋼絲繩的重量也要加入計算,經(jīng)計算為1 550 N。

3）計算施工設(shè)備的功率及損耗，設(shè)備輸送機JSD-8 功率為2.2 kW，21 臺需46.2 kW 負荷，設(shè)備輸送機JSD-5 功率為1.5 kW，19 臺需28.5 kW 負荷，總計需要74.7 kW 負荷。

4）每臺電纜輸送機需要承受700 kg 的推力,用6~8 顆M12×10 mm 以上的膨脹螺栓固定，同時固定深度要滿足要求。

4 施工情況

通過兩河口充分的技術(shù)準備后，施工過程中對高壓電纜豎井入口處增加了過渡支架，加大了入口電纜的轉(zhuǎn)彎半徑。兩河口高壓電纜的敷設(shè)一共6 回18 根已經(jīng)順利完成，所有試驗均一次性通過，投運一年以來未發(fā)生故障。