新型電纜井抽沙裝置的研制

李希明 尤堅強 莊卓文

摘要：埋地電纜檢修工作展開前，需先將鋪設(shè)于電纜井內(nèi)用散熱的沙層開挖收取。目前對于沙層的處理，仍使用傳統(tǒng)的人力開挖搬運的方式。根據(jù)電纜井內(nèi)電纜排布特點，使用傳統(tǒng)人力開挖除沙極易對電纜造成二次損傷，導(dǎo)致檢修工作難以進行。為了保證電纜檢修工作的正常進行，延長電纜的使用壽命，本文主要介紹一種新型的電纜井抽沙裝置。

關(guān)鍵詞：電纜井；抽沙裝置；檢修運行；新型裝置

隨著城市用電需求的持續(xù)增長，電纜敷設(shè)技術(shù)在電力配電工程中起著重要的作用，電纜敷設(shè)技術(shù)主要包括隧道敷設(shè)技術(shù)、溝埋敷設(shè)技術(shù)、走管敷設(shè)以及直埋敷設(shè)和暗溝敷設(shè)等五種不同的形式。[1]而電纜溝敷設(shè)技術(shù)則是最常見的電纜敷設(shè)形式之一。電纜溝敷設(shè)技術(shù)是通過軋帶將電纜整齊的排放在電纜溝槽中，使電纜能整齊、區(qū)域化的敷設(shè)在指定的電纜支架上。該方式具有占地面積小、電纜走線靈活方便等優(yōu)勢，因此得到廣泛的應(yīng)用。

然而，敷設(shè)于電纜溝內(nèi)的電纜在運行期間，達到一定的工作溫度，電纜的運行溫度會升高，加之受環(huán)境溫度的影響極易引起電纜的熱脹冷縮，導(dǎo)致電纜結(jié)構(gòu)內(nèi)材料的機械物理性能產(chǎn)生變化。[2]不僅影響電纜的絕緣壽命和性能，還影響著電網(wǎng)運行的安全。為了應(yīng)對電纜熱脹冷縮情況，通常采用填充河砂的方式來吸取電纜運行時產(chǎn)生的熱輻射能，同時達到防火阻燃的效果，避免電纜故障造成的損失。[3]

當(dāng)要對電纜進行檢修時，需將填充物收取完畢后，才能開展電纜檢修工作。目前施工過程中多采用人工挖取填充物的方式，該方法不僅消耗較多的人力，而且需要投入較高的材料成本。人工挖取容易對電纜造成不可逆的傷害，為降低對電纜損傷，提高電纜檢修的質(zhì)量，故此要研制一款用于電纜溝抽沙的裝置，改變傳統(tǒng)電纜井填充物收取的方式。

1電纜井填充物吸取裝置整體設(shè)計

1.1研究現(xiàn)狀

目前市面上用于埋地電纜填充物收取的工具有限，為避免工具給施工帶來的風(fēng)險隱患，大多數(shù)施工現(xiàn)場仍采用較傳統(tǒng)的收取方式。由于作業(yè)環(huán)境相對復(fù)雜，不利于大型機械設(shè)備伸展，因此難以借助大型的機械設(shè)備進行收取工作。市面上專門用于抽沙的裝置較少，如果使用現(xiàn)存的抽取裝置，并不適用在電纜井沙層的抽取，并且對接近電纜位置的沙子處理相對困難，稍不注意便會劃傷電纜。隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，各行業(yè)的人員投入逐漸減少，陸續(xù)由更智能、機械化的設(shè)備替代傳統(tǒng)方式需要大量人力，以降低施工人員的勞動強度，減少施工過程中存在的風(fēng)險隱患。

據(jù)現(xiàn)場試驗可知，十米左右的埋地電纜溝需5名施工人員2～3工作日才能完成對電纜溝內(nèi)填充物的收取與清理，所消耗的時間過長。如有突發(fā)情況，還會延誤施工進程，甚至對電網(wǎng)的穩(wěn)定與持續(xù)運行造成了嚴(yán)重的威脅。同時在操作過程中，人工拋沙作業(yè)行為也會對環(huán)境保護造成一定的壓力。

1.2設(shè)計思路

針對現(xiàn)有技術(shù)不足，研制一款用于電纜檢修前，對電纜井內(nèi)填充物進行收取的裝置。本款電纜井抽沙裝置主要包括抽沙模塊、防護機構(gòu)、電源模塊等三部分組成。裝置的結(jié)構(gòu)組成簡單，其結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

本款裝置主要通過抽沙模塊工作，將沙子抽入到抽沙泵的內(nèi)部，利用抽沙泵產(chǎn)生的攪拌與吸力吸出電纜井內(nèi)堆填的細沙，使沙子順著抽沙管抵達出沙口并排出，直至可以將電纜上大部分的沙子抽出，另一方面雙葉輪具有相應(yīng)的防護裝置，可防止在攪拌細沙的過程中刮傷電纜，防止在工作時造成二次傷害。如此，不僅讓電纜井抽沙裝置實現(xiàn)電纜井填充物收取工作，還能有效避免刮損電纜。

電纜井抽沙裝置的使用可以方便后續(xù)電纜的檢修工作。將裝置放在需要進行填充物抽取的電纜井附近，確保裝置穩(wěn)固后方可接入電源，隨后即可開始填充物收取工作。防護機構(gòu)設(shè)置的限位保護能有效防止填充物收取工作對電纜造成的損傷。裝置通過采用電動控制的工作方式，大大縮減填充物收取的時間，從而提高電纜檢修的效率，保證施工進度能正常進行。

2抽沙裝置結(jié)構(gòu)介紹

綜上所述，本款電纜井抽沙裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，其結(jié)構(gòu)主要分為抽沙模塊、防護機構(gòu)、電源模塊等。抽沙模塊作為裝置的主要執(zhí)行模塊，位于裝置整體的上方，可對電纜井內(nèi)填充物進行抽取。而防護機構(gòu)則起到為裝置工作時對裝置與附近電纜保護作用；電源模塊則用于控制設(shè)備的啟停工作。三個模塊協(xié)同工作，實現(xiàn)對電纜井填充物進行快速收取，降低電纜損傷的風(fēng)險。

2.1抽沙模塊

抽沙模塊作為電纜井抽沙裝置填充物收取工作的主要模塊，其主要由抽沙泵、雙葉輪、抽沙管、出沙口等組成。抽沙泵底部開設(shè)有進沙口，進沙口的內(nèi)部裝配有雙葉輪，出沙口位于抽沙泵的側(cè)面，出沙口設(shè)計有抽沙管。通過設(shè)置抽沙管，讓裝置抽沙方向一致，方便將沙抽到合適的位置。抽沙管的端部與出沙口之間通過法蘭相連接，以方便對抽沙管的端部與出沙口進行安裝與拆卸，同時連接時達到有效的密封效果。

抽沙模塊主要的工作原理是由抽沙泵和雙葉輪執(zhí)行抽取指令。在雙葉輪進行旋動時，將沙子抽到抽沙泵的內(nèi)部并通過出沙口排出，直至可以將電纜上的大部分的沙子抽出，從而方便將對電纜進行維修。雙葉輪下方設(shè)置的限位環(huán)和保護環(huán)，能保證裝置在進行抽沙工作時，對雙葉輪起到有效的防護作用?？蓱?yīng)對電纜可能出現(xiàn)局部凸起或凹陷的情況，因限位環(huán)的阻擋而無法與雙葉輪接觸。當(dāng)雙葉輪發(fā)生故障或葉片破損時，即可對安裝組件進行拆卸與安裝，完成對雙葉輪的維修或更換。

2.2防護機構(gòu)

電纜井抽沙裝置的防護機構(gòu)包括保護罩、安裝組件、固定組件等結(jié)構(gòu)。該防護機構(gòu)對電纜及裝置皆起到有效的防護作用，既能確保電纜不被損傷，還能保證裝置支撐穩(wěn)固。

防護機構(gòu)的保護罩主要包括保護環(huán)，其位于抽沙泵正下方，對裝置整體起到支撐作用，避免裝置抽沙泵的雙葉輪與地面接觸。同時對雙葉輪起到有效的防護作用，限位環(huán)位于雙葉輪的正下方，施工過程中檢修的電纜可能存在局部向上凸起的情況，限位環(huán)可阻擋電纜與葉輪的直接接觸，進而對電纜起到有效的防護效果。如此能有效防止電纜檢測維修時，填充物收取方式對挖出電纜的造成二次損傷的問題。

安裝組件由多個安裝條、連接條、限位環(huán)等組成，如下圖2所示。安裝條可用于連接限位環(huán)和連接條，位于兩者之間，安裝條的一端貫穿連接條向外延伸并固定連接有限位塊，且限位塊與連接條的外壁緊密相抵，安裝條的另一端與限位環(huán)的相連接。安裝條開設(shè)有多個貫通的通孔，通過設(shè)置的通孔，便于沙子穿過通孔與雙葉輪接觸。

當(dāng)需要對限位環(huán)進行拆卸時，打開固定塊的端部的螺母，即可向外拉動安裝條，使得安裝條穿過連接條進而脫離，直至將所有的安裝條拆卸，即可將限位環(huán)取下，在安裝限位環(huán)時，將安裝條再次穿過連接條，并使得安裝條端部的插塊的端部穿過固定塊上的插孔向外延伸并螺紋連接螺母，即可對安裝條限位環(huán)的位置進行固定。

2.3電源模塊

抽沙裝置的電源模塊用于控制裝置的啟停，主要包括電源固定座、限位滑槽、電源線、插頭等組成。電源固定座包括夾持塊、限位滑槽等。其中夾持塊采用弧形結(jié)構(gòu)設(shè)計，位于電源固定座上方，用于固定電源線主體；限位滑槽內(nèi)部有彈簧，用于控制夾持塊的活動范圍，使夾持塊在指定范圍內(nèi)實現(xiàn)對電源線主體收納固定的效果。而電源線用于設(shè)備通電工作；電源插頭用于接入電源端，使設(shè)備通電工作。

通過在抽沙泵與保護罩交界處設(shè)置固定環(huán)，使得固定環(huán)與抽沙泵外表面突出部分可以形成電源線纏繞區(qū)，從而可以將部分電源線主體環(huán)繞設(shè)置在電源線纏繞區(qū)。與此同時，固定組件可以將部分電源線主體的另一端進行固定，使電源線主體達到有效的收納效果。電源模塊的固定座使裝置在移動過程中，確保電源線主體不掉落到地面上。由于電源插頭被夾持塊固定在抽沙泵頂部，使其不會接觸到水，因此固定座可對電源線起到一定的保護作用。

本款電纜井抽沙裝置在使用前，需要對設(shè)備進行通電，即需先在固定座取下電源線主體，向上拉動電源線的端部，接著擠壓夾持塊，使兩個夾持塊分別向兩邊撐開移動。此時電源線主體可以從兩個夾持塊之間脫離，隨后即可將插頭接入電源。在使用結(jié)束后，首先將部分電源線主體環(huán)繞在電源線纏繞區(qū)上，然后向著兩個夾持塊之間按壓電源線主體的端部，擠壓兩個夾持塊反向移動，壓縮了限位彈簧，使得電源線主體可以卡入到兩個夾持塊之間，從而實現(xiàn)電源線主體收納固定的目的。

3抽沙裝置特點

3.1模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計

本款裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計新穎，整體采用模塊化拼裝結(jié)構(gòu)設(shè)計，各模塊之間為一個整體，不可進行私自拆卸，可避免零件結(jié)構(gòu)散亂，導(dǎo)致工作過程中部件鏈接不緊密，引起安全事故的發(fā)生。對于可替換或調(diào)整的位置，則采用靈活的可拆裝結(jié)構(gòu)設(shè)計，便于后續(xù)裝置使用的檢修和維護工作，延長裝置的使用壽命。

3.2工作原理簡單

本款裝置工作原理簡單，在裝置接入電源后，按下電源啟動按鈕即可啟動設(shè)備，主要是利用抽沙泵產(chǎn)生的攪拌與吸力吸出電纜井內(nèi)堆填的細沙，沙子會順著抽沙管到達出沙口并排出，以此達到填充物收取的目的。無需依靠過多的人力物力，便可完成電纜井填充物的收取，實現(xiàn)高效收取、輕松收取的工作特點。

3.3半自動化收取

本款裝置是一種新型的、半自動化的電纜井填充物收取方式，代替了傳統(tǒng)依靠人工對電纜井填充物進行收取。為了防止裝置自身在攪拌細沙的過程中刮傷電纜，設(shè)計了防護裝置，可避免裝置在工作時給電纜造成二次傷害，以此保證后續(xù)電纜檢修的質(zhì)量，維護電網(wǎng)運行的安全。

本款電纜井抽沙裝置與其他類型的收取裝置相比，不僅符合電纜井填充物收取的施工要求，高效地將電纜井內(nèi)填充物進行抽取，還能將電纜周圍的沙石攪拌松動并吸出并排出電纜井外，具有安全精準(zhǔn)收取的特點。本款抽沙裝置的使用，可以有效的降低電纜損傷的風(fēng)險。

4應(yīng)用成效

上述完成對電纜井填充物吸取裝置的研制，為了試驗項目的可行性，對該裝置進行相應(yīng)的測試。電纜井抽沙裝置經(jīng)過多次試驗，驗證了本款裝置對細沙、碎石等填充物的收取情況基本符合預(yù)期要求。

電纜井抽沙裝置模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，可靈活應(yīng)用于電纜故障搶修，電纜井施工，地下電纜開挖等不同工況施工場景，并在實際應(yīng)用中取得良好成效。在現(xiàn)場試驗過程中，通過改變填充物類型、含水比例等，將裝置的工作時長控制在同一個時間段，以驗證裝置的收取量，測試結(jié)果如下表所示。

裝置在測試過程中，抽沙管能正常進料，出沙口能正常排料，無明顯異常故障出現(xiàn)。由表1所示可知，裝置在不同填充物在相同的含水比例，工作時長相同的情況下，沙子的收取量最多，土和碎石的收取量最少。試驗完畢后，雙葉輪葉片無明顯破損，裝置基本穩(wěn)固正常。與傳統(tǒng)人工收取方式相比，本款裝置能方便快捷地抽出電纜井的填充物，減少施工時間，提高工作效率。并且可以防止施工過程中損傷電纜而造成二次傷害。

結(jié)語

本款電纜井抽沙裝置的投入使用，改變了傳統(tǒng)方式對電纜井填充物進行抽取的模式。電纜井抽沙裝置是通過半自動機械化的形式進行抽取，能最大化降低勞動強度，提高施工效率，減少檢修或搶修所使用的時間，幫助施工單位最大限度高效完成搶修維護任務(wù)。

參考文獻：

[1]梁凱翔.淺談電力配電工程中電纜敷設(shè)技術(shù)的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2019（34）：179.

[2]吉啟榮，吳建良，李喜，等.電力電纜運行過程中的熱機械性能變化[J].電氣技術(shù)，2008（02）：65-69.

[3]嚴(yán)鈺杰，甄志明，蔡邱申，等.電纜通道智能吸沙裝置設(shè)計及應(yīng)用[J].電子測試，2022，36（14）：100-102.

作者簡介：李希明（1972—??），男，漢族，廣東肇慶人，本科，電力工程高級工程師，研究方向：電氣工程及其自動化專業(yè)；尤堅強（1976—??），男，漢族，廣東順德人，本科，電力工程工程師，研究方向：電氣工程及其自動化專業(yè)；莊卓文（1992—??），男，漢族，廣東普寧人，本科，電力工程工程師，研究方向：電氣工程及其自動化專業(yè)。