水平定向钻铺设钢管内敷设高压电缆技术研究

2019-06-17李群

商品与质量 2019年49期

李群

水发设计集团（山东）电力工程有限公司山东济南 250002

1 工程概况

某220kV线路工程路径全长约8km，敷设截面为2500mm2的高压220kV电缆。线路需要穿越H河，与河道呈85°夹角，穿越处河底深度约13m，河面宽度约为260m，且H河为通航河道，需采用非开挖技术进行电缆通道施工。不论是顶管或是盾构施工工艺，均需在H河两岸设置开挖深度达30m深的工作井，且该处邻近长江，地貌单元为长江河漫滩，地质条件较差。为减小工程建设对H河堤的影响，并加快施工进度、减小投资，本工程确定采用水平定向钻铺设钢管内敷设高压电缆技术，首先采用水平定向钻技术对H河进行穿越，多级扩孔至所需孔径后将D790mm×14mm钢管回拖形成电缆通道，然后在钢管内敷设220kV高压电缆。

2 电缆抱箍装置

目前，高压电缆通过上下开闭式固定口固定在通道内部，但本工程钢管和电缆的热弹性大不相同，故高压电缆放置在钢底部后，电缆和钢管的热膨胀和冷却收缩不同，电缆和固定件之间的收缩不同，容易损坏电缆表皮。像这样的固定夹由于钢管内径，在密封钢管内部布置电缆并不容易。为了解决现有电缆布置在管道内部的电缆摩擦和安装问题，该工程设计了移动电缆箍，通过箍和管道内壁之间的滑动，将电缆轻松路由到内部空间较小的管道，防止电缆和管道摩擦阻力引起的电缆损坏。此外，随着电缆温度的变化，管道内电缆通过固定的移动支架进行自适应位置调整，减少电缆和管道壁相对运动时的摩擦阻力[1]。

移动式电缆抱箍装置为分体结构，包括若干拼合的夹体，夹体的内侧设置紧贴电芯外壁的弧面，每个夹体内侧弧面分别同时紧贴相邻的电缆外壁，保证三角形布置的电缆夹紧。移动式抱箍沿电缆轴线方向分段均匀布置，使电缆整体沿钢管轴线平直。夹体的外侧连接设置若干滚轮作为移动支架与铺设管道内壁之间的滚动滑移部件，同时支撑移动支架和线缆，可实现电缆和移动抱箍沿铺设管道的内部轴向滑动。

3 电缆敷设施工

首先采用水平定向钻技术铺设D790mm×14mm钢管，包括导向、扩孔、回拖等流程。钢管铺设完成后，需对钢管内壁用氧气进行吹扫，清除管内的障碍物和其他杂物及毛刺，确保管内畅通无阻。同时在气密条件下，利用空气压缩机产生的高压气体将连接有6mm钢丝绳的活塞穿过钢管，然后依次连接绞磨机、葫芦、防绕器、拉力表、伸缩节及电缆牵引头。

根据设计要求和现场实际情况，清理一条正对钢管长约50m-70m的直线通道，通道内架设A，B，C三相电缆大盘架设，电缆大盘品字形排列。钢管一端至每个大盘间各固定4台电缆输送机，钢管的另一端设一台牵引机，牵引机与输送机同时工作，提供电缆敷设动力。当电缆进入管道内部前，每隔5m固定一副圆环形移动电缆抱箍，抱箍带着电缆在钢管内部轴向滑动，直至完成整根电缆的敷设。电缆进入管口时保持电缆头平直，如有弯曲采用电缆校直机进行校直。

4 电缆伸缩补偿装置

电缆在钢管内敷设就位后，由于钢管沿纵断面呈抛物线形，电缆放置于管道中，因温度变化管道内的电缆会产生热胀冷缩现象，以及电缆在自身重力作用下有沿着管内壁下滑的趋势，为防止膨胀时电缆在管道内被折损，收缩时拉伤，必须采取吸收补偿伸缩的装置。

图1 电缆在钢管内受力示意图

电缆在钢管内受力如图1所示，电缆在钢管的圆弧段因自身重力存在较大沿圆弧面向下的分力F1，圆弧段电缆对直线段电缆形成向左的挤压力F2，直线段电缆敷设后处在轴向受压状态下。当电缆运行后，电缆温度升高，刚度随之下降，直线段电缆在挤压力F2作用下产生弯曲变形，随着变形量的增大可能导致电缆折损;另外当电缆温度升高时，直线段电缆伸长趋势，对圆弧段电缆产生向上推力F3，只有当该推力F3＞F2时，直线段电缆才会伸长。因此为保证电缆在热应力的作用下能够自由伸缩，必须根据电缆的刚性最大可能地减小圆弧段电缆沿圆弧面向下的分力F1。为此，本工程设计一种电缆伸缩补充装置，该装置一方面能够通过配重和动定滑轮组实现减小沿圆弧面向下的分力F1，另一方面电缆能够在装置下部滚轮的作用下沿电缆轴向方向运动，确保电缆能够自由地伸长和缩短。

电缆伸缩补偿装置由含配重机构的滑动装置和补偿段滚轮装置组成。滑动装置通过配重产生拉力，以此来减小钢管圆弧段电缆由于自重对直线段电缆形成的挤压力，同时装置下部滑轮能使电缆不同状态下沿轴向自由地伸长和缩短，实现电缆的安全运行[2]。

补偿段滚轮装置由上下两组滑轮组成，上侧可滑动滚轮通过螺杆与竖向立杆固定，具有一定下压力。当电缆穿过上下两组滑轮时能够向下弯曲，通过调节上下滑轮的间隙使得电缆的变形在一个比较固定的区域内。