220kV交联聚乙烯高压电缆隧道敷设工程

郑州祥和集团有限公司 党 坤

目前，高压电缆产业技术的发展日趋成熟，110kV 及以上电力电缆被广泛应用。在实际施工过程中，由于各种原因，电缆施工往往成为输电工程中的最后一个环节，造成工程时间紧、工作量大的问题，在日常施工过程中为了赶工期，忽视对电缆质量的把控，常常会造成电缆外护层破损，以及电缆扁平、绝缘损伤等现象，最终给电缆正常运行带来了隐患，在目前的施工过程中如何提高高压电缆敷设质量显得尤为重要，本文总结了提高高压电缆敷设质量的应用和技巧。

1 220kV 交联电缆电力电缆的特点及其敷设要求

1.1 温度

交联四氟三氯聚乙烯电缆护套使用的护套绝缘材料，通常是优质复合交联三氯聚乙烯，护套也可以分为是优质交联三氯聚乙烯或者劣质交联三氟聚氯乙烯。当室内温度低时，使用绝缘材料的管件外壳的耐脆性和护套绝缘材料强度会增加，直接接触容易造成管件外壳和电缆护套之间发生焊接开裂，会发生重大安全事故。根据国标技术标准gggb50168-92规定，在电缆主线敷设前的24h 内，室外空气正常平均温度数值不应低于20℃。如果在敷设电缆时不能完全达到满足要求，应尽量选择适当时间进行空气加温。

1.2 热机械力效应

负荷中的电流不断变化时，导体随着温度的不断变化而受热引起的由导体受热膨胀，或机械收缩所作用产生的具有膨胀性应力，或具有收缩性的力被称为热力或机械膨胀力，与驱动电缆的轴向线性和膨胀阻力系数，导体的膨胀截面和温升成一个正比。

交联复合聚乙烯涂料绝缘的涂层体积和膨胀效应系数一般为10×10-4/℃-1；交联油纸涂料绝缘为4.3×10-4/℃-1；氧化铜绝缘只有0.5×10-4/℃-1。而由于交联复合聚乙烯的涂层压缩模量相对较低，且随着连接着涂层温度的不断上升也会急剧下降。同时，交联充油电缆正常运行时会使允许的温升高。因此，交联充油电缆比其他充油交联电缆要具有更大的热力学机械和压力膨胀效应[1]。

电缆导体受热力和机械摩擦力的相互作用下会迅速产生热力位移。这种位移效应可部分或全部自然地为导体摩擦力所致或阻止，这与电缆的敷设方式有关。对于电缆导体的横截面越大，电压驱动等级越高的大型交联传动电缆，热传动机械时的力位移效应越严重。

1.3 径向膨胀

当动力电缆内部采用直接预埋或超声波形式的夹具在夹紧时，交联动力电缆的内部径向高度膨胀也会受到应力约束，电缆内部也会连续产生相当大的电缆径向高度膨胀的应力。具体而言，在直接预埋电缆护套敷设时，回填混凝土须均匀压实，否则，在直埋电缆热循环机械感应力的强大作用下，pvcd在护套上就会迅速产生径向凸起膨胀变形。但是若直埋电缆施工作品以十字形方式敷设，经热循环后三根直埋电缆胶制品的十字形中间的一个空隙连接处的圆形铅套却仍然保留了凸起畸变，成了樱桃形。由此可见，交联直埋电缆的护套径向挤压膨胀防潮是逐步发展形成严重防潮问题。

2 220kV 交联聚乙烯高压电缆隧道敷设工程造成电缆故障主要原因

一是电缆本体缺陷。电缆出厂时电缆护层或绝缘部分本身存在一定程度的缺陷。

二是电缆敷设缺陷。在电缆敷设过程中，由于施工方式不正确，导致电缆护层或绝缘部分损伤而形成的缺陷。

三是附件安装缺陷。在电缆附件安装过程中由于安装环境、安装尺寸、附件材质、安装人员操作水平等因数造成的缺陷。

四是接地系统缺陷。在安装接地箱时，由于接地方式不正确导致接地系统故障缺陷。

从上述电缆敷设缺陷可以看出，提高电缆敷设质量在整个电缆施工环节中的重要性。在电缆运行发生故障时，由于110kV 及以上高压电力电缆电压等级高，大部分施工区域处于地下或管道之内，施工隐蔽性强，无法用目测的方式查找故障点，只能借助于精密测量仪器来断定；下文以交联聚乙烯电缆为例，阐述电缆在施工过程中，影响电缆质量的主要环节及控制方法。

3 110kV 交联聚乙烯绝缘电力电缆的敷设方法

电缆敷设方式选择应视工程条件、环境地形、电缆类型、回路数等，满足运行可靠、维护方便和技术经济合理的原则选定。

3.1 直埋

电缆直埋敷设经济效益显著，具有投资小、施工方便、散热条件好的优点。但检修维护难度大，电缆容易受化学物质腐蚀，不易查找、定位故障点，事故抢修难度大。另外，直埋敷设不能承受高荷载，适用于地下无障碍，车辆通行不频繁的地方。

电缆在直埋作业时，要将电缆全长上、下紧邻侧铺设上100mm 以上的软土，沿着电缆的全长要覆盖保护板，保护板规格以超出电缆两侧50mm 以上为宜。然后铺设防腐标志，结合区域地形情况，在电缆沿线不同位置放置醒目的警示标语，防范外力破坏。将直埋电缆引入隧道或工井时，预先穿入管中，并做好管口封堵工作，避免进水。电缆敷设施工作业期间，必须优化施工工艺，在电缆敷设全过程中加强施工监督和管理，防范一切可能损伤电缆的行为。实际工程中是否采用直埋敷设方式可根据地形特点展开具体的分析[2]。

3.2 排管敷设

排管敷设减少了电缆遭受外力破坏和机械损伤的可能性，维修、更换电缆不必开挖路面，造价适中，成为广泛应用的敷设方式。排管敷设可根据需要配置直线井、转角井等工作井，便于检修和敷设电缆，且支持预留电缆通道，方便后期扩容改造。缺点是排管及工井土建施工临时占地面积较大，在运行期间难以有效散发热量，导致电缆保护层材料出现老化问题，缩短了电缆使用寿命；另外受混凝土保护包封影响，增加了故障定位难度。

进行保护管敷设作业期间，必须严格执行敷设作业开展步骤和流程，按照敷设要求开展施工作业。若是单芯电缆单根穿管，必须配置标准的电缆保护管内径，通常需要超过电缆外径1.5倍以上，旨在提高电缆敷设便利程度。敷设作业前，需仔细检查保护管外观、管口、管内，若管内有杂物，要及时清理干净。如果管口有毛刺等，要打磨圆滑，并配置专用的喇叭口，避免敷设电缆期间造成损伤。电缆敷设施工作业结束后，将保护管位于工作井处的管口封堵好，控制保护管与保护管之间的距离，有效防范电缆串烧事故。研究发现，电缆保护管敷设方式，运维检修作业量少，仅需定期维护中间接头。但此种敷设方式同样对敷设工艺及敷设施工人员专业技能要求较高，若出现电缆损伤，将会加剧电缆击穿故障风险。有研究中提到，某市110kV 高压输电电缆发生了保护垫电缆击穿跳闸事故便是上述原因造成的，出现了保护套严重损伤情况，并在长期运行过程中，造成保护套温升。基于此，必须严格管控保护管敷设施工工艺的执行情况。

3.3 电缆沟敷设

电缆沟敷设方式广泛应用在高压输电电缆工程中，该种敷设方式的增容空间大，电缆敷设过程十分灵活、便捷，便于高效开展施工作业，具有一定的散热能力，维护便利，故障查找、定位难度小。但电缆沟土建成本较高，需要占地面积范围广，且运行中易出现电缆沟积水和淤泥情况。因此，电缆沟敷设要结合工程地段的实际情况设计沟道截面，优化电缆布置方式。电缆沟沟体一般采用混凝土整体浇筑而成，沟顶部和地面齐平处采用沟盖板，为保持内部干燥，可设置止水措施，电缆沟沟底设置排水坡度，并沿全线在沟底设置集水井。为防火、防爆需要，制定完善的电缆沟中间接头防爆措施，将接头两侧电缆一定范围内的区段敷设到其他电缆上，保证敷设质量后，使用防火涂料进行保护，同时通过设置防火墙和防火隔层，全面提升电缆和电缆之间的防火效果，避免出现防火盲区[3]。

3.4 电缆隧道敷设

电缆数量多，超过保护管、电缆沟合理布置数量时可采用隧道敷设。电缆隧道敷设检修、维护方便，可对电缆线路实施多种形式的状态监测。电缆不易受外界外力损伤，可容纳多回路电缆。但隧道土建投资大，施工难度高、周期长，适用于地下水位低、电缆线路集中的电力主干线路。隧道敷设方式增容空间大，电缆散热好。通过隧道内在线监测装置，可实现远程实时监测，实时动态化的监测温度、环境、水位等指标的变化情况，并及时反馈监测到的数据信息，保证了监测数据的真实性和完整性，提高了监测工作水平，大大降低了人工监测难度，便于数据分析，进而及时作出调整。

3.5 顶管敷设

顶管敷设多用于过道路、河流等处，该敷设方式具有散热好、运维方便、便于故障查找等优点，但增容空间小，造价较高。为保证顶管敷设作业效果和电缆敷设质量，作业人员必须严格按照标准化流程进行作业，结合地理环境实际情况，合理设计了顶管的尺寸。为保证后期运维管理成效，相关部门要做到全程管控，加强对每个节点的监督和管理参照相关技术规程进行检查验收，切实保证高压输电电缆安全可靠运行。

高压输电电缆敷设方式多样，要保证电缆后期整体运行效果，在敷设方式选择上，要加强对运行安全性、运维情况、经济性等视角进行综合的考量，考虑电缆敷设增容性、通道可靠性、监测性等情况，结合具体开展的项目优选电缆敷设方式，并通过多种敷设方案比对，选择最佳的敷设方式，切实提高高压输电运行安全，保证输电质量。

4 全面了解工程概况

4.1 施工前期准备

电缆线路隧道的综合施工设计项目，首先是由火力发电厂找到相关施工单位，进行检测工程项目资料是否要与施工路线方向的相关工作人员进行交接，然后再由施工单位派车送到现场，进行检测电缆传输线路的隧道密度和总长度、出线点、运行隧道方向、走廊、升压站的连接线，以及升压架空线的位置及各种隧道设计模型等，进行实际的隧道测量和现场勘察的整理工作，及时地进行标记并记录下来；然后隧道设计工作人员根据周围的环境情况、建筑物、投资成本运算、工程质量规模、规定施工期限，以及结合实际勘察结果记录的设计数据等资料，进行隧道综合设计整理，凭借丰富的隧道设计的实践经验，参照现行国家有关电缆线路隧道工程设计的技术标准，围绕符合国家现行的相关法律法规进行综合设计，避免出现隧道建设的质量水平和技术标准不符合国家有关规定。

4.2 敷设时的主要电动工具

在高压输电电缆敷设时，主要用的电动工具有卷扬机和输送机。

4.2.1 齿轮卷扬机

这种卷扬机主要是以齿轮电动机为工作原理，通过一个封闭式旋转齿轮驱动减速箱，驱动绳筒，再由挂在绳筒上的一根钢丝绳带动连接到带电缆的齿轮牵引传动头。通过齿轮减速通常可以使绳筒的运动线长和速度可以控制在7m/min。

4.2.2 高压输送机

在室内敷设各种高压传输电缆时，由于在电缆排管内的电缆摩擦力较大，单靠电缆卷扬机的电缆牵引力无法完全克服，因此若单纯地利用电缆架在牵引头上面的加大电缆牵引力，可能会直接超过高压电缆内部所能能够承受的最大牵引力和电缆侧面的压力，会直接造成高压电缆的严重损伤[4]。

输送机也是以凹型电动机作为驱动，用凹型推动橡胶皮带自动夹紧输送电缆，并用电动预压受力弹簧自动调节对输送电缆的支承压力（其支承压力不超过允许大于超过输送电缆的长度允许轴向侧支承压力），通过凹型橡胶带与输送电缆之间的轴向摩擦力增大来控制推动输送电缆。

输送机的主体放置及其位置有能可以直接决定其所需要的传动作用，其目的是起到推动输送作用，以及起到牵引传动作用。通常在运输工程中需要使用的重量是500kg（约5kn）的气动输送机，但在实际使用中由于受到机械力的损耗、摩擦力等因数值的降低以及等因＜br＞素的严重影响，使得电力输送机同时加载在动力电缆上的推动力量也只能同时达到80%（约4kn）左右。

4.3 施工中注意事项

在实际施工过程中，可采用绳筒卷扬机和皮带输送机相互配合的方式，来进行皮带电缆布线敷设的施工。但该两种方式会直接产生电缆是否完全同步的问题，即绳筒卷扬机和皮带输送机的自动开关装置是否完全同步，以及卷扬机绳筒和皮带输送机上的橡胶传输带，各自的传输线路和速度要求是否一致，解决方法有以下几点。

一是可采用各种联动控制装置实现操作集中控制，但在实际施工过程中，如因受工作场地等各种因素的直接影响，可能不需要使用这种联动控制装置，而是采用施工分块一人负责的操作方式，通过各种通信控制工具，由现场技术负责人统一指挥，并且需要参与配合的专业施工人员要具有较强的职业责任感。

二是虽然目前技术理论上已经明确要求，塑料绳筒卷扬机和塑料输送机的绳筒物料传输速度必须一致来进行施工，但在建筑工程的日常施工使用过程中，卷扬机绳筒的传输料带和料线绳筒传输速度略慢于一般塑料输送机。因此，要求在实际施工过程中，需要将塑料卷扬机安装在输送机侧的两根塑料钢丝盘上时，需要至少1位技术人员进行负责，将卷扬绑在两根钢丝盘上的两根塑料钢丝绳同时进行配合收紧。另外，输送机绳筒物料正确摆放位置和速度控制，以及输送机的实际使用物料数量等也显得极为重要，输送机的电动机通常只是为了能够起到一个同时需要动力辅助的机械动力，如推动器和控制器的作用，以减少物料运输中的电缆线在移动过程中所受的较大推动牵引力。

5 结语

综上所述，220kV 交联聚乙烯高压电缆隧道敷设工程，在施工时不仅仅是要综合考虑不受到施工图纸成本设计、施工工艺、工程进度的成本问题，还要充分考虑不受到施工技术质量因素、环境因素以及其他经济效益因素的直接影响。因为，一项规模较大的电缆工程项目，施工的成本较大。发电厂如果想减少施工经济效益和减少回收的使用年限，就要充分结合先进的电缆施工管理技术和经过检测的施工设备，保证220kV 交流电缆高压隧道电线敷设的施工质量。并且在电缆施工时，电缆施工的各个细节，必须保证整个测量过程数据的完整准确性、电缆隧道敷设的完好度，特别注意测量电缆在横向转角时所承受到的最大侧向电压力和反向牵引力，然后通过使用计算机来确定合理的施工设计方案，从而可以保证该项复杂电缆工程的敷设质量，以及220kV 高压电缆敷设工作的经济价值。