電纜通道智能吸沙裝置設計及應用

嚴鈺杰，甄志明，蔡邱申

（廣東電網有限責任公司江門供電局，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中得到了廣泛應用，其中，電纜溝是最常見的電纜敷設形式之一[1]。為了滿足電力電纜的防火散熱需要，便于溝內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。一旦出現電纜故障，運維人員需迅速定位故障點并進行修復，以免造成巨大損失。

然而，清除電纜溝內填充的河砂大幅度消耗了檢修時間。傳統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，環境惡劣，人工開挖具有氣體中毒風險；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在清沙上取得的一定基礎[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。通過管道向通道內注水，將河砂沖散，提高吸沙效率。采沙部分與軟質空心管連接吸沙，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]。

根據表1可知，非金屬電纜外護套遭遇金屬物質撞擊后易磨損、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）的吸沙結構。

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，但是由于規劃需要，電纜通道不一定敷設于開闊路面，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車至目標地點的情況，吸沙裝置可以采用分體式結構，搬運至目標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，飄塵質量輕、吸附能力強，可能導致電子元器件接觸不良。為此，為了保證裝置的可靠運行，設計時應將裝置的控制結構進行封閉處理，增設隔板隔絕飄塵。

1.2 吸沙裝置設計原理

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DL/T1253 《電力電纜線路運行規程》，當電纜溝敷設深度大于1m，單列支架與壁間通道不應小于0.6m，兩側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，根據吸沙量更換相應功率的電機。

傳送模塊包括傳動軸、齒輪、螺旋傳輸帶、軟質空心管，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、軟質空心管連接，利用風機葉片的旋轉使氣流產生負壓，輔助吸取泥沙。軟質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構組裝示意圖見圖3。

圖3 電纜通道智能吸沙裝置結構組成示意圖

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空心管連接，功能是防止損傷電纜本體。

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

外殼：采沙裝置的外殼，該結構具備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：螺旋式結構，與傳動軸連接，使用時啟動電機，傳動軸運動帶動螺旋結構轉動，用于將沙傳送至出沙口。

軟質空心管：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，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，帶動電機齒輪運轉。

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。

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）地形適應性強

該裝置為分體式結構，可對模塊進行拆卸，攜帶至目標地點進行組裝，地形適應性強。

（2）作業風險低

地下電纜溝內作業環境惡劣，使用機械吸沙取代人工開挖，可降低作業人員密閉空間氣體中毒風險及電纜通道內的動物傷害風險。

（3）作業效率高

電纜溝內空間狹小，無法容納多名人員同時作業，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，難以實現高頻率的人工排查。而采用本裝置可以解放生產資源，清砂時僅需一人操作，一人監護，極大提高了作業效率。

4 結語

本次設計的分體式電纜通道智能吸沙裝置在結構上克服了地形限制，便于搬運，在功能上替代了傳統人工，降低其作業風險，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。