水平定向鉆鋪設(shè)鋼管內(nèi)敷設(shè)高壓電纜技術(shù)研究

李群

水發(fā)設(shè)計集團(tuán)（山東）電力工程有限公司 山東濟(jì)南 250002

1 工程概況

某220kV線路工程路徑全長約8km，敷設(shè)截面為2500mm2的高壓220kV電纜。線路需要穿越H河，與河道呈85°夾角，穿越處河底深度約13m，河面寬度約為260m，且H河為通航河道，需采用非開挖技術(shù)進(jìn)行電纜通道施工。不論是頂管或是盾構(gòu)施工工藝，均需在H河兩岸設(shè)置開挖深度達(dá)30m深的工作井，且該處鄰近長江，地貌單元為長江河漫灘，地質(zhì)條件較差。為減小工程建設(shè)對H河堤的影響，并加快施工進(jìn)度、減小投資，本工程確定采用水平定向鉆鋪設(shè)鋼管內(nèi)敷設(shè)高壓電纜技術(shù)，首先采用水平定向鉆技術(shù)對H河進(jìn)行穿越，多級擴(kuò)孔至所需孔徑后將D790mm×14mm鋼管回拖形成電纜通道，然后在鋼管內(nèi)敷設(shè)220kV高壓電纜。

2 電纜抱箍裝置

目前，高壓電纜通過上下開閉式固定口固定在通道內(nèi)部，但本工程鋼管和電纜的熱彈性大不相同，故高壓電纜放置在鋼底部后，電纜和鋼管的熱膨脹和冷卻收縮不同，電纜和固定件之間的收縮不同，容易損壞電纜表皮。像這樣的固定夾由于鋼管內(nèi)徑，在密封鋼管內(nèi)部布置電纜并不容易。為了解決現(xiàn)有電纜布置在管道內(nèi)部的電纜摩擦和安裝問題，該工程設(shè)計了移動電纜箍，通過箍和管道內(nèi)壁之間的滑動，將電纜輕松路由到內(nèi)部空間較小的管道，防止電纜和管道摩擦阻力引起的電纜損壞。此外，隨著電纜溫度的變化，管道內(nèi)電纜通過固定的移動支架進(jìn)行自適應(yīng)位置調(diào)整，減少電纜和管道壁相對運動時的摩擦阻力[1]。

移動式電纜抱箍裝置為分體結(jié)構(gòu)，包括若干拼合的夾體，夾體的內(nèi)側(cè)設(shè)置緊貼電芯外壁的弧面，每個夾體內(nèi)側(cè)弧面分別同時緊貼相鄰的電纜外壁，保證三角形布置的電纜夾緊。移動式抱箍沿電纜軸線方向分段均勻布置，使電纜整體沿鋼管軸線平直。夾體的外側(cè)連接設(shè)置若干滾輪作為移動支架與鋪設(shè)管道內(nèi)壁之間的滾動滑移部件，同時支撐移動支架和線纜，可實現(xiàn)電纜和移動抱箍沿鋪設(shè)管道的內(nèi)部軸向滑動。

3 電纜敷設(shè)施工

首先采用水平定向鉆技術(shù)鋪設(shè)D790mm×14mm鋼管，包括導(dǎo)向、擴(kuò)孔、回拖等流程。鋼管鋪設(shè)完成后，需對鋼管內(nèi)壁用氧氣進(jìn)行吹掃，清除管內(nèi)的障礙物和其他雜物及毛刺，確保管內(nèi)暢通無阻。同時在氣密條件下，利用空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的高壓氣體將連接有6mm鋼絲繩的活塞穿過鋼管，然后依次連接絞磨機(jī)、葫蘆、防繞器、拉力表、伸縮節(jié)及電纜牽引頭。

根據(jù)設(shè)計要求和現(xiàn)場實際情況，清理一條正對鋼管長約50m-70m的直線通道，通道內(nèi)架設(shè)A，B，C三相電纜大盤架設(shè)，電纜大盤品字形排列。鋼管一端至每個大盤間各固定4臺電纜輸送機(jī)，鋼管的另一端設(shè)一臺牽引機(jī)，牽引機(jī)與輸送機(jī)同時工作，提供電纜敷設(shè)動力。當(dāng)電纜進(jìn)入管道內(nèi)部前，每隔5m固定一副圓環(huán)形移動電纜抱箍，抱箍帶著電纜在鋼管內(nèi)部軸向滑動，直至完成整根電纜的敷設(shè)。電纜進(jìn)入管口時保持電纜頭平直，如有彎曲采用電纜校直機(jī)進(jìn)行校直。

4 電纜伸縮補(bǔ)償裝置

電纜在鋼管內(nèi)敷設(shè)就位后，由于鋼管沿縱斷面呈拋物線形，電纜放置于管道中，因溫度變化管道內(nèi)的電纜會產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象，以及電纜在自身重力作用下有沿著管內(nèi)壁下滑的趨勢，為防止膨脹時電纜在管道內(nèi)被折損，收縮時拉傷，必須采取吸收補(bǔ)償伸縮的裝置。

圖1 電纜在鋼管內(nèi)受力示意圖

電纜在鋼管內(nèi)受力如圖1所示，電纜在鋼管的圓弧段因自身重力存在較大沿圓弧面向下的分力F1，圓弧段電纜對直線段電纜形成向左的擠壓力F2，直線段電纜敷設(shè)后處在軸向受壓狀態(tài)下。當(dāng)電纜運行后，電纜溫度升高，剛度隨之下降，直線段電纜在擠壓力F2作用下產(chǎn)生彎曲變形，隨著變形量的增大可能導(dǎo)致電纜折損;另外當(dāng)電纜溫度升高時，直線段電纜伸長趨勢，對圓弧段電纜產(chǎn)生向上推力F3，只有當(dāng)該推力F3＞F2時，直線段電纜才會伸長。因此為保證電纜在熱應(yīng)力的作用下能夠自由伸縮，必須根據(jù)電纜的剛性最大可能地減小圓弧段電纜沿圓弧面向下的分力F1。為此，本工程設(shè)計一種電纜伸縮補(bǔ)充裝置，該裝置一方面能夠通過配重和動定滑輪組實現(xiàn)減小沿圓弧面向下的分力F1，另一方面電纜能夠在裝置下部滾輪的作用下沿電纜軸向方向運動，確保電纜能夠自由地伸長和縮短。

電纜伸縮補(bǔ)償裝置由含配重機(jī)構(gòu)的滑動裝置和補(bǔ)償段滾輪裝置組成。滑動裝置通過配重產(chǎn)生拉力，以此來減小鋼管圓弧段電纜由于自重對直線段電纜形成的擠壓力，同時裝置下部滑輪能使電纜不同狀態(tài)下沿軸向自由地伸長和縮短，實現(xiàn)電纜的安全運行[2]。

補(bǔ)償段滾輪裝置由上下兩組滑輪組成，上側(cè)可滑動滾輪通過螺桿與豎向立桿固定，具有一定下壓力。當(dāng)電纜穿過上下兩組滑輪時能夠向下彎曲，通過調(diào)節(jié)上下滑輪的間隙使得電纜的變形在一個比較固定的區(qū)域內(nèi)。

5 結(jié)語

本技術(shù)針對穿越江河時長距離高壓電纜敷設(shè)難題，綜合運用一系列的先進(jìn)技術(shù)，包括采用水平定向鉆鋪設(shè)鋼管形成電纜通道、特制圓環(huán)形移動電纜抱箍進(jìn)行電纜敷設(shè)提高工作效率、設(shè)置滑動式電纜伸縮補(bǔ)償裝置吸收電纜熱伸縮變形確保電纜運行安全可靠，有著較好的應(yīng)用前景[3]。