220kV交聯聚乙烯高壓電纜隧道敷設工程

鄭州祥和集團有限公司 黨 坤

目前，高壓電纜產業技術的發展日趨成熟，110kV 及以上電力電纜被廣泛應用。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節，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質量顯得尤為重要，本文總結了提高高壓電纜敷設質量的應用和技巧。

1 220kV 交聯電纜電力電纜的特點及其敷設要求

1.1 溫度

交聯四氟三氯聚乙烯電纜護套使用的護套絕緣材料，通常是優質復合交聯三氯聚乙烯，護套也可以分為是優質交聯三氯聚乙烯或者劣質交聯三氟聚氯乙烯。當室內溫度低時，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生焊接開裂，會發生重大安全事故。根據國標技術標準gggb50168-92規定，在電纜主線敷設前的24h 內，室外空氣正常平均溫度數值不應低于20℃。如果在敷設電纜時不能完全達到滿足要求，應盡量選擇適當時間進行空氣加溫。

1.2 熱機械力效應

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

交聯復合聚乙烯涂料絕緣的涂層體積和膨脹效應系數一般為10×10-4/℃-1；交聯油紙涂料絕緣為4.3×10-4/℃-1；氧化銅絕緣只有0.5×10-4/℃-1。而由于交聯復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，交聯充油電纜正常運行時會使允許的溫升高。因此，交聯充油電纜比其他充油交聯電纜要具有更大的熱力學機械和壓力膨脹效應[1]。

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

1.3 徑向膨脹

當動力電纜內部采用直接預埋或超聲波形式的夾具在夾緊時，交聯動力電纜的內部徑向高度膨脹也會受到應力約束，電纜內部也會連續產生相當大的電纜徑向高度膨脹的應力。具體而言，在直接預埋電纜護套敷設時，回填混凝土須均勻壓實，否則，在直埋電纜熱循環機械感應力的強大作用下，pvcd在護套上就會迅速產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，經熱循環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，交聯直埋電纜的護套徑向擠壓膨脹防潮是逐步發展形成嚴重防潮問題。

2 220kV 交聯聚乙烯高壓電纜隧道敷設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。

二是電纜敷設缺陷。在電纜敷設過程中，由于施工方式不正確，導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境、安裝尺寸、附件材質、安裝人員操作水平等因數造成的缺陷。

四是接地系統缺陷。在安裝接地箱時，由于接地方式不正確導致接地系統故障缺陷。

從上述電纜敷設缺陷可以看出，提高電纜敷設質量在整個電纜施工環節中的重要性。在電纜運行發生故障時，由于110kV 及以上高壓電力電纜電壓等級高，大部分施工區域處于地下或管道之內，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；下文以交聯聚乙烯電纜為例，闡述電纜在施工過程中，影響電纜質量的主要環節及控制方法。

3 110kV 交聯聚乙烯絕緣電力電纜的敷設方法

電纜敷設方式選擇應視工程條件、環境地形、電纜類型、回路數等，滿足運行可靠、維護方便和技術經濟合理的原則選定。

3.1 直埋

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

電纜在直埋作業時，要將電纜全長上、下緊鄰側鋪設上100mm 以上的軟土，沿著電纜的全長要覆蓋保護板，保護板規格以超出電纜兩側50mm 以上為宜。然后鋪設防腐標志，結合區域地形情況，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，預先穿入管中，并做好管口封堵工作，避免進水。電纜敷設施工作業期間，必須優化施工工藝，在電纜敷設全過程中加強施工監督和管理，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方式可根據地形特點展開具體的分析[2]。

3.2 排管敷設

排管敷設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，成為廣泛應用的敷設方式。排管敷設可根據需要配置直線井、轉角井等工作井，便于檢修和敷設電纜，且支持預留電纜通道，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熱量，導致電纜保護層材料出現老化問題，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。

進行保護管敷設作業期間，必須嚴格執行敷設作業開展步驟和流程，按照敷設要求開展施工作業。若是單芯電纜單根穿管，必須配置標準的電纜保護管內徑，通常需要超過電纜外徑1.5倍以上，旨在提高電纜敷設便利程度。敷設作業前，需仔細檢查保護管外觀、管口、管內，若管內有雜物，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，避免敷設電纜期間造成損傷。電纜敷設施工作業結束后，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。研究發現，電纜保護管敷設方式，運維檢修作業量少，僅需定期維護中間接頭。但此種敷設方式同樣對敷設工藝及敷設施工人員專業技能要求較高，若出現電纜損傷，將會加劇電纜擊穿故障風險。有研究中提到，某市110kV 高壓輸電電纜發生了保護墊電纜擊穿跳閘事故便是上述原因造成的，出現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。基于此，必須嚴格管控保護管敷設施工工藝的執行情況。

3.3 電纜溝敷設

電纜溝敷設方式廣泛應用在高壓輸電電纜工程中，該種敷設方式的增容空間大，電纜敷設過程十分靈活、便捷，便于高效開展施工作業，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，且運行中易出現電纜溝積水和淤泥情況。因此，電纜溝敷設要結合工程地段的實際情況設計溝道截面，優化電纜布置方式。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，為保持內部干燥，可設置止水措施，電纜溝溝底設置排水坡度，并沿全線在溝底設置集水井。為防火、防爆需要，制定完善的電纜溝中間接頭防爆措施，將接頭兩側電纜一定范圍內的區段敷設到其他電纜上，保證敷設質量后，使用防火涂料進行保護，同時通過設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，避免出現防火盲區[3]。

3.4 電纜隧道敷設

電纜數量多，超過保護管、電纜溝合理布置數量時可采用隧道敷設。電纜隧道敷設檢修、維護方便，可對電纜線路實施多種形式的狀態監測。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。隧道敷設方式增容空間大，電纜散熱好。通過隧道內在線監測裝置，可實現遠程實時監測，實時動態化的監測溫度、環境、水位等指標的變化情況，并及時反饋監測到的數據信息，保證了監測數據的真實性和完整性，提高了監測工作水平，大大降低了人工監測難度，便于數據分析，進而及時作出調整。

3.5 頂管敷設

頂管敷設多用于過道路、河流等處，該敷設方式具有散熱好、運維方便、便于故障查找等優點，但增容空間小，造價較高。為保證頂管敷設作業效果和電纜敷設質量，作業人員必須嚴格按照標準化流程進行作業，結合地理環境實際情況，合理設計了頂管的尺寸。為保證后期運維管理成效，相關部門要做到全程管控，加強對每個節點的監督和管理參照相關技術規程進行檢查驗收，切實保證高壓輸電電纜安全可靠運行。

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

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計項目，首先是由火力發電廠找到相關施工單位，進行檢測工程項目資料是否要與施工路線方向的相關工作人員進行交接，然后再由施工單位派車送到現場，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計模型等，進行實際的隧道測量和現場勘察的整理工作，及時地進行標記并記錄下來；然后隧道設計工作人員根據周圍的環境情況、建筑物、投資成本運算、工程質量規模、規定施工期限，以及結合實際勘察結果記錄的設計數據等資料，進行隧道綜合設計整理，憑借豐富的隧道設計的實踐經驗，參照現行國家有關電纜線路隧道工程設計的技術標準，圍繞符合國家現行的相關法律法規進行綜合設計，避免出現隧道建設的質量水平和技術標準不符合國家有關規定。

4.2 敷設時的主要電動工具

在高壓輸電電纜敷設時，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齒輪驅動減速箱，驅動繩筒，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。通過齒輪減速通常可以使繩筒的運動線長和速度可以控制在7m/min。

4.2.2 高壓輸送機

在室內敷設各種高壓傳輸電纜時，由于在電纜排管內的電纜摩擦力較大，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部所能能夠承受的最大牽引力和電纜側面的壓力，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動，用凹型推動橡膠皮帶自動夾緊輸送電纜，并用電動預壓受力彈簧自動調節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的施工。但該兩種方式會直接產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。

一是可采用各種聯動控制裝置實現操作集中控制，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，由現場技術負責人統一指揮，并且需要參與配合的專業施工人員要具有較強的職業責任感。

二是雖然目前技術理論上已經明確要求，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的兩根塑料鋼絲盤上時，需要至少1位技術人員進行負責，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 結語

綜上所述，220kV 交聯聚乙烯高壓電纜隧道敷設工程，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質量因素、環境因素以及其他經濟效益因素的直接影響。因為，一項規模較大的電纜工程項目，施工的成本較大。發電廠如果想減少施工經濟效益和減少回收的使用年限，就要充分結合先進的電纜施工管理技術和經過檢測的施工設備，保證220kV 交流電纜高壓隧道電線敷設的施工質量。并且在電纜施工時，電纜施工的各個細節，必須保證整個測量過程數據的完整準確性、電纜隧道敷設的完好度，特別注意測量電纜在橫向轉角時所承受到的最大側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計方案，從而可以保證該項復雜電纜工程的敷設質量，以及220kV 高壓電纜敷設工作的經濟價值。