复合支架在高压电力电缆线路中的应用

杨先进，李广帅，王炯耿，张杰

（1.国网浙江省电力公司杭州供电公司，杭州310009；2.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

复合支架在高压电力电缆线路中的应用

杨先进1，李广帅1，王炯耿2，张杰2

（1.国网浙江省电力公司杭州供电公司，杭州310009；2.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

近年来杭州地区批量输电线路由架空导线改成了入地电缆，如何选取和应用大量支撑和固定电力电缆的支架成为一个突出的问题。通过传统金属电缆支架和复合材料电缆支架技术、经济参数的对比，充分显示了复合材料制成电缆支架的优越性，着重介绍了螺栓固定式复合电缆支架的安装与使用情况。

电力电缆；复合；支架

城市电缆化程度是衡量城市电网技术经济水平的重要标志，大量采用地下电力电缆线路取代架空输电线路的输电方式，已成为城市电网发展的主要趋势。在电缆构筑物中用来支撑和固定电缆的支架或构架及夹具，对于电缆的安全运行起着重要作用[1]，寻求一种高强度、安装简便、耐腐蚀、非磁性物质的电缆支架是电缆可靠运行的必要前提。

1 不同电力电缆支架的性能对比

截至2013年底，国网杭州供电公司管辖的35 kV及以上高压电缆线路共计393条（段），电缆线路总长度约1 000 km，其中电缆沟体或隧道支架主要采用铁质、钢质等金属材料制成。这种传统的金属电缆支架有不耐腐蚀、机械强度低、绝缘性能差、阻燃温度低及涡流损耗大等缺点，且随着电缆线路运行时间的不断增加，电缆沟支架逐渐出现腐蚀、老化现象，无法满足承重需要。

新型复合材料电缆支架，是以树脂为基体，玻纤为增强材料，利用先进复合材料成型工艺制成，适用于电缆支撑和固定。与原电缆支架的性能对比见表1，显然新型复合材料电缆支架具有明显的优势。

（1）复合材料中纤维与基体的界面能有效阻止裂纹扩展，拉伸强度高于金属材料的30%；同等受力条件下，复合材料支架绕度小于金属材料。具有强大的支撑力，机械强度好，达到国内标准的最高承受力要求，能支撑更多电缆，可以拥有更长的悬空距离。

（2）绝缘性能好，电气强度达到14 MV/mm，由于复合材料为非磁物质，能彻底消除环流，因此电缆运行过程中不会再产生涡流损耗；且耐水、耐油，在酸、碱、盐环境中不会被腐蚀、锈蚀或霉蛀。

（3）支架表面光滑，减少了因电缆与支架之间摩擦而对电缆造成的损伤；多孔位设计使电缆摆放固定、方便有序、整齐美观，便于检修；采用方形结构，适合建筑施工，便捷且防滑；具有30年以上的超长寿命，经久耐用。

（4）因其回收无价值，需由特殊设备及工艺处理，绿色环保且防盗。

由表1可以看出，新型复合材料支架重量更轻，性能更好，全寿命使用成本更低，还大大降低了更换电缆支架所带来的安全风险，因此采用新型复合材料电缆支架将大大提高施工效率，保证安全可靠。

2 复合电缆支架施工要点

2.1 主要特点

螺栓固定式复合电缆支架适合在砖砌、混凝土浇筑的电缆沟壁中安装，特别是在拱形、圆形等弧形的电缆隧道中使用，不需预埋，强度高，安装简捷，膨胀螺栓固定方便，组合间距可自由调节，不需要立柱，安装成本大大低于同类型、同质量的角钢类电缆支架。同时兼具阻燃、绝缘、耐腐蚀、强度高、抗老化、抗静电、施工方便、造价低、防盗等优点。

2.2 规格型号

螺栓固定型支架是由单个托臂靠膨胀螺栓与电缆构筑物固定的支架形式。托臂也可以用于弧形隧道的安装，一般在电缆沟内必须一次性规划完成。图1是复合电缆支架结构，支架型式及尺寸为杭州某220 kV电缆工程采用，也可根据工程实际需要进行调整。复合电缆支架的安装效果见图2。

图1 复合电缆支架

图2 复合电缆支架安装效果

2.3 复合支架在电缆沟中的安装

复合支架在电缆沟中安装形式如图3所示。在支架安装前要进行划线，确定位置；用电锤对电缆沟壁进行钻孔，并用膨胀螺栓固定支架。在弧形隧道里要注意选配合适的垫片，保持支架的水平安装。

图3 复合支架安装示意

2.4 蛇形敷设

电缆蛇形敷设按照设计要求是全波形垂直方向蛇形敷设，220 kV电压等级2 500 mm2截面的电缆在现场实际施工中，由于电缆和支架的角度过大而且很难精确调整到同一角度，支架横档不易固定。按照图4作半波长垂直蛇形敷设，蛇形幅度0.15 m可大大降低施工的难度，同时也保证蛇形裕度。

图4 电缆的蛇形敷设

根据蛇形敷设的具体要求，先调整好支架位置，敷设最上层支架电缆，预留回路安排在下层。电缆敷设时，牵引头可放置在手推平板车上，根据输送机的推进速度人力牵引往前行进。电缆夹具内放置橡胶垫衬，防止电缆刮伤。电缆从牵引头一端开始上支架，输送机配合逐段往前输送电缆满足蛇形需要。电缆每敷设1个蛇节后，需要立即紧固高点螺栓。

3 复合支架应用效果

3.1 经济效益凸显

按照电缆设计使用寿命30年计算，以杭州某220 kV双回路电缆工程中12 m的电缆沟体支架安装为例，分别计算复合材料和镀锌角钢电缆支架造价。双回路每隔3 m安装1副支架，需安装10套支架，而钢支架使用年限为20年，期间需要更换1次支架，共需安装20套，电缆支架经济性能对比如表2所示。

表2 电缆支架经济性能对比

从表2可见复合材料电缆支架单价比普通钢支架高，但考虑到钢支架易腐蚀，其使用寿命比复合支架短，期间需更换1次电缆支架，实际运行维护费用比复合支架高。因此，复合电缆支架全寿命周期费用将小于钢电缆支架。

3.2 涡流损耗大大降低

随着高电压、大截面单芯电缆的大量应用，在钢结构电缆支架上的涡流损耗逐步引起了设计、施工和运行维护人员的关注。以北京供电公司的某电缆为例，在巡检中发现隧道内1条1 mm ×2 500 mm 220 kV交联聚乙烯电缆的钢结构支架温度异常，实测温度达60℃，电缆表面温度45℃，支架比隧道空气温度高22℃。钢结构支架上的损耗和电缆电流以及电缆与支架间距离紧密相关，经计算[2]，当电缆载流量在500～1 000 A变化，电缆与支架距离在100～200 mm时，支架上涡流损耗计算值为2～10 W。虽然单根支架涡流损耗不大，但电缆线路很长，电缆支架数量很大时，总计损耗就相当可观了。

以杭州某220 kV电缆工程为例，双回路电缆全沟体敷设路径长度4.5 km，整个工程钢结构电缆支架有6 000个。如果以每个支架因涡流损耗2 W的电能计算，这6 000个支架总损耗将达到12 kW，每年消耗电能将达到11万kWh，涡流经济损耗达5万元/年，而采用复合材料的电力电缆支架可以有效减少这种涡流损耗。

4 结语

新型复合材料电缆支架解决了传统金属电缆支架易腐蚀所带来的使用寿命短、维护困难、运营成本高及有涡流损耗等问题，在杭州某220 kV电缆工程中应用表明，新型复合材料电缆支架在城市电网中有着良好的应用前景。但值得注意的是，220 kV及以上电压等级电缆应考虑蛇形敷设，电缆沟体深度应预留蛇形裕度，通过调整支架安装位置满足蛇形敷设要求，另外电缆支架与沟体的连接方式应优先采用预埋件连接，避免因支架安装损伤已建电缆沟体。

[1]GB/T 50217-2007电力工程电缆设计规范[S].北京：中国电力出版社，2007.

[2]梁永春，柴进爱，李彦明，等.有限元法计算交联电缆涡流损耗[J].高电压技术,2007（9）∶196-199.

（本文编辑：杨勇）

Application of Composite Holder in the High-voltage Power Cables

YANG Xianjin1，LI Guangshuai1，WANG Jionggeng2，ZHANG Jie2
（1.State Grid Hangzhou Power Supply Company，Hangzhou 310009，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

In recent years，a batch of transmission lines in Hangzhou are changed from overhead type to underground cables.The selection and use of a large amount of holders for supporting and fixing power cables obviously become a problem.By comparing technical and economical parameters of traditional metal holders with those of composite holders，composite holders are obviously superior to the metal ones.The paper mainly introduces installation and use of bolt-fixed composite cable holder.

power cable；composite；holder

TM757

：B

：1007-1881（2014）01-0023-03

2013-09-25

杨先进（1982-），男，湖北咸宁人，工程师，从事输电线路运行、检修管理工作。