浅谈充气式电缆管道密封装置的研制

国网北京房山供电公司 常笑宇 黄文骏 计 勍 刘羽千 陈焕玺

1 引言

现阶段，城市基础设施建设愈发完善，地下管线建设与维护工作的质量标准有所提高。其中大部分地下电力管线均为水泥、塑料、玻璃钢、MPP 管等材料，预埋在提前开挖的沟槽内，并按照规定间隔设置人工井作为安全工作点，完成日常接线、检修等工作。而人工井由水泥砌筑而成，各个井点之间相互连通，密封防水不当会导致管道内有水、异物渗入，浸泡电缆、堵塞管道，加速电缆绝缘表层损坏，容易造成电缆故障，影响电力设施的安全、稳定运行。因此，亟须一种有效、便捷的管道封堵设施解决该问题，维护电缆持续安全、可靠运行。

2 充气式电缆管道密封装置的研制过程

2.1 研制方案确定

充气式电缆管道密封装置的研制具有系统性，其中需要先确定研制方案，即对装置功能、组成部分、材料及类型等进行分析，明确具体要求。本次研究装置为一种密封袋，袋体由金属涂层以及多层高分子材料组合而成，充气膨胀后可自动填充间隙，是一种完全柔性封堵装置。

首先，在功能方面，充气式电缆管道密封装置至少应具备以下功能：基本功能，包括密封防水性能、耐腐蚀、抗老化、安装与拆除便捷、固定牢靠；附加功能，包括防火功能、防止小动物进出、可回收利用、可适应各种尺寸电缆通道[1]。

其次，在材料及类型方面，根据功能的要求，密封装置的气嘴类型可以选择导气管、活动充气嘴，防鼠层可以设置金属丝网与化学物品，防火层可以设置防火涂料、高温防火布，防水层可以设置防水胶条、涂刷防水涂料。

最后，在装置使用要求方面，应实现安装步骤少、省时省力，并且装置本身体积小、方便运输，结构结实不易破损。

可以选择导气管气嘴或者活动充气嘴。前者属于一次性物品，后续无法再利用，但其充气口位置含有自我填充胶质材料，充气便捷、方便使用；后者可以结合密封装置内部压力状态调节，补气与放气灵活，并可以循环使用。

防鼠层可以选择金属丝网以及化学物品，前者直接将金属丝网加设在密封袋体表面，起到封堵装置、预防老鼠啃食作用，材质安全，对人体与环境无毒害作用；后者是指将化学物品涂抹在密封袋体表面，但在封闭的电缆管道内会形成有毒害气体，对检修维护人员的安全具有一定威胁。

防火层可以选择防火涂料与高温防火布，防火涂料是一种价格低廉的防火材料，具有良好的防火性能，但在安装密封装置期间需要人工涂刷，工作量大，也易因涂刷不均匀对防火性能造成影响；高温防火布可以直接对密封袋体进行包裹，具有良好的防火耐高温效果。

防水层可以组合搭配防水材料，如防水胶条搭配防水涂料。通过防水胶条可以使密封装置袋体与管道壁、电缆处于裹紧、贴牢状态。搭配具有流动性的防水涂料，填充袋体之间的缝隙。同时，防水涂料具有良好的性能优势，其弹性绝佳、黏结能力强，无毒害、环保、耐高温、耐酸、耐碱，但安装不便，对工艺要求高，尤其是基面处理难度较高。

基于上述分析，确定充气式电缆管道密封装置研制方案如图1所示，密封装置结构如图2所示。

图1 充气式电缆管道密封装置研制方案

图2 充气式电缆管道密封装置结构

2.2 研制对策分析

采用橡胶塞、气嘴底座与外罩组装成活动充气嘴，可循环利用3次以上，每次使用时密封性必须达到100%；防鼠层主要依靠金属丝网发挥防鼠作用，加装在密封装置两侧，安装后应保证老鼠进出率≤1%，利用超声波焊接将金属网固定在密封装置材料壁；防火层主要依靠高温防火布发挥作用，覆盖在金属丝网上，固定后保证能够耐≥800℃以上明火炙烧；采用自身具有胶黏功能的防水胶条，其防水性能要求为100%，于密封装置正中间位置使用，内外面均需粘贴[2]。

2.3 研制对策实施

活动充气嘴应安装在密封装置材料壁内侧，采用超声波焊接，确定固定后，需要多次对充气嘴进行充气检测，并在充气状态下对密封袋体的性能进行检测。其充气嘴使用次数超过3次且密封性为100%、各项检测达到技术要求符合研制要求。具体测试要求见表1。本装置测试结果均为通过。

表1 密封性测试项目及技术要求

防鼠层固定中在密封袋体两侧利用热熔胶固定金属丝网，经穿刺试验检验金属丝网效果，采用专门工具，试验时内部气压应控制在0.18MPa，穿刺时保持垂直状态（300N，持续60s），无穿刺现象符合技术要求，从而将老鼠进出率控制在1%内，测试结果显示通过。

防火层固定中也需要利用热熔胶，固定后需要进行耐火试验。试验应重复两次，每次试验方法相同，均为单根燃烧法，但试验位置不同，第一次位置在上支架下缘与碳化起点之间，要求距离超过50mm，测试为377mm；第二次为燃烧向下延伸至上支架下缘间，要求距离在540mm 内，测试为504次。两次燃烧试验结果显示防火层均能耐800℃以上明火炙烧。

防水胶条本身具有胶黏性，可以直接固定在袋体内外两面正中间位置，固定后需要进行密封性试验。试验分两步进行，先通过充气水浸法进行试验，为试验样品冲压，内部气压控制在0.3～0.35MPa，管道压力根据内径控制，方案中选择内径110mm 管道时试验时的内部气压应控制在0.05MPa，在室温条件下持续15min，无连续气泡溢出符合技术要求；再进行水压测试，样品内部气压0.3～0.35MPa，水压5m，持续30d，无移位与泄漏现象符合技术需求。测试结果显示通过，防水胶条防水性可以达到100%。

3 充气式电缆管道密封装置的实际应用

3.1 电力管线密封方法

目前，应用于电网管道中的密封装置多存在密封效果差、无法保证密封持续有效等问题，从现有技术条件来看，处理问题可以从三个方向出发。一是通过提升人工井整体密封性提高电缆管道密封性，但由于成本高，无法大范围推广。二是利用堵漏王、水泥、防水泥等材料密封堵漏管道，但这种挡水方式有明显缺陷，一些堵漏材料在热胀冷缩作用下会出现开裂现象，且在进行电缆接头处维护、检修时需要破坏封堵结构，并在作业结束后重新进行密封，极为不便，也严重影响电网电缆扩容。三是研发充气自补型管道密封装置，可以解决管道密封难题。

根据电网管道的类型与特点，研发充气自补型管道密封装置是解决密封防水问题的恰当方式。但需要保证密封装置的防腐性、耐磨性、防火性等符合要求。本次研制密封装置，主体材料为铝合金型材，气囊双层弹性聚酯纤维织物采用厚度为3mm 的耐磨双面PVC 涂层，可以抵抗大气腐蚀，耐用性好。而防鼠层、防火层等均具有特殊设计，应用后可以为混凝土、塑料等多类型的电缆管道提供完全的防水密封，并且阻止水渗入到地下变电站内和用户端受电室内[3]。

3.2 充气式电缆管道密封装置工作原理与作用

本次研制的充气式电缆管道密封装置，是一种主体材料为金属图层、多层高分子材料的气封袋，其两侧中线粘贴可承受高温的防水胶条。充气后，当气压达到2.8±0.2kg 时，位于两侧的胶条则会自动紧贴管道与电缆，从而做到完全防水，且充气口含有的高分子材料可以自行填充，预防抽出充气管时出现气体泄漏。该密封装置在电网中应用，可以在电网管道施工或人工井下作业时创造干燥、清洁的环境，并且长时间内可以避免抽水浪费时间、资源，也可以有效预防老鼠进入，减少不必要的损失。同时，装置对管线具有良好的保护效果以及良好的适用性，由于使用柔性材料，可以做到完全柔性封堵，为线路提供二次保护。在PVC、钢管、铁管、水泥等管道中均可应用，也适用于电缆管道管孔封堵，对管道与电缆形状的限制较小，即使为椭圆形管道也可以安装[4]。

3.3 充气式电缆管道密封装置安装注意事项

本密封装置的研制过程简单，正确地安装会对密封效果产生决定性影响。在明确材料的安装位置后，应注意以下事项：安装密封装置的人员应接受岗前培训，由厂家进行统一专业培训，取得认可证书后才具备上岗资格；安装必须按照程序进行，禁止随意更改程序和调整安装位置与方法；安装时压力密封测试是关键环节，可以直观地反馈密封装置的压力，应全程记录检测过程以及测试结果；在固定防水胶条时，应将袋体表面清理干净，避免影响黏结效果；若需要安装在海底，应考虑海水压力过大对密封装置产生的影响；回收再利用前应对密封装置进行细致检查，查看有无雨水、污水、海水、异物入侵现象。

4 结语

充气式电缆管道密封装置的成功研制有效提升了地下电缆管道密封防水效果以及防火、防腐、防鼠性能，经实际应用验证效果可靠，应将成果积极推广于电缆管道中，加强管道与电缆安全防护，维护电力系统与设施持续安全运行。同时，也为未来新型电缆管道密封装置的研发提供思路，以便有效应对电缆管道在不同发展时期对密封防水提出的要求，持续、全面、有效预防地下电缆管道密封中出现的问题。