超高竖井条件下高压电缆敷设技术

李 伟

（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 引言

两河口水电站设计了6 回500 kV 高压电缆，在地下主变洞和地面开关站之间通过超高的电缆竖井进行连接，每个电缆竖井包含了3 台机组的出线高压电缆，每回电缆由A、B、C 三相组成，6 台机组主变高压侧连接高压电缆经过主变洞500 kV 电缆层引出,分别进入1 号电缆竖井(靠近主变洞端部)和2 号电缆竖井的2 621.50 m 高程,再分别沿电缆竖井引上至2 875.00 m 高程后进入上平洞。地面GIS 楼在出线上平洞的上部,该高压电缆竖井垂直高度为254.00 m,出线下平洞长度为25.00 m,出线上平洞总长度为170 m。每个竖井内布置3 回（共9 根）500 kV 电缆。254 m 竖井高压电缆敷设是同类电站最高的竖井之一。

2 工艺原理

高压电力电缆敷设施工一般采用以厂家成套供货的机械输送为主,用卷扬机或者葫芦牵引为辅、将所有控制回路引入集中控制箱集中控制的方式进行。本项目所使用的施工方案是经过多个施工项目实践经验总结形成的比较成熟的高压电缆施工方案,在项目施工中能够提高电缆施工和敷设的进度并保证敷设后质量,使电缆施工的强度大大降低，同时能够很好地保证施工安全。

通过现场实际勘测，设计采用葫芦牵引和电缆输送机夹紧电缆输送组合的施工方案，在下平洞、上平洞以及电缆竖井上布置滚动滑车和电缆输送机，通过控制电缆将各个输送机的控制回路、通信系统连接至集中控制箱。电缆敷设前去除电缆保护材料，把电缆头人工拉出，在电缆引出头和引出绳中间加装用于纱线捻接的装置，一般设置防捻器。通过人力的方式将电缆抬至输送机传送带上，控制集中控制器启动电缆输送机带动电缆进行输送。电缆输送机一般由交流电源电动机提供电动力，通过变速箱、橡胶传送履带将作用力传输到电缆上，橡胶传送履带夹紧力要调整适中。高压电缆在数台输送机同时同步工作下，转动方向一致，实现电缆的夹紧输送。一回高压电缆输送敷设完成后，一般通过人力或者葫芦的方式将电缆抬至电缆架上，按安装图纸及弧度的要求调整电缆的蛇形绑扎和固定。

3 技术组织

施工前将电缆盘放置在已经硬化、平整、干净完成的地面上，存放地点不应有积水、杂物(如钉子，石块等)。电缆盘(带托架或不带托架)布置的地方要尽量保证水平，放置在斜面度尽量控制在不超过5°的平面上。考虑到两河口夜间温度低，白天温度高,在敷设前设置专用保温房,尽量避免电缆阳光直晒，同时在夜间温度低于0 ℃时用履带式加热板采取加温措施。电缆在现场敷设前在打开保护套，避免过早打开可能出现应力变形造成的外护套起皱。冬季气温低，高压电缆在0 ℃以下外敷套容易变脆、变硬。

具体的技术措施如下：

（1）电缆盘放线架布置在指定放线点，地面已经进行硬化处理，放线架底部已经使用化学锚栓固定牢靠。电缆盘引线出口处布置放线支架，在引出端设置2 台电缆输送机，保证电缆引出端初始引力平衡，电缆敷设开始方向根据现场实际情况确定。竖井入口是高压电缆敷设时最需要考虑的部位，敷设前要计算电缆的理论转弯弧度，模拟敷设必要时在拐角处要用橡胶管或者橡胶垫保护，同时推荐用型钢做进入竖井部位的主支架，简易脚手架搭设副支架以满足电缆输送时受力要求，拐角滑轮支架布置导轮组，竖井口进入前应该在上平洞段合适的位置布置最少两台输送机以保证入口转弯处的受力均匀。电缆敷设至电缆竖井后，侧向作用力随着电缆的长度增加而不断增大，受力最大的竖井最高位置在保证支架受力安全情况下安置导辊组，使高压电缆受力方式改善，由点受力变为均匀的圆弧受力，受力均匀能更好地保证电缆不受到损伤。转向导辊组通过计算用12 mm 以上槽钢焊接支架可满足要求，导辊组设置8~10 个导向轮。

（2）本项目使用输送机进行电缆牵引作业，通过整个敷设过程牵引力计算可知，本方案使用17 台输送机即可满足放线正常使用。为保障电缆敷设安全及敷设质量，消除因设备故障等因素带来的质量、安全隐患，提高敷设安全系数，最终方案采用40 台输送机进行电缆敷设。其中竖井内敷设使用21 台8 kN 输送机，地面敷设使用19 台输送机，地面上采用8 kN 和5 kN 交替布置的方式进行，布置位置参照施工工器具布置图。竖井内楼层间距9.6 m，当两台输送机布置在连续楼层时，电缆在输送机之间不做处理；当两台输送机布置在不连续的楼层之间时，电缆穿过楼层处布置三角闭合导辊。水平路段每隔4~6 m 布置一台拖地滑车（以不拖地为原则）协助输送机进行电缆放线，防止电缆落地受损；弯曲路径使用多台拐角滑车进行转向。所有输送机、滑车均需固定。

（3）电缆加固方式：上下平段采用向下蛇形布置，支架间距不大于5 m，向下蛇幅0.16 mm；电缆竖井每3.5 m 设计一电缆支架，左右蛇形布置蛇幅0.24 m。

（4）输送机布置设计：电缆输送机在上平段主要是提供克服摩擦力的动力，在前部通过人工引导夹紧电缆拖动前行。F=μmgL，5 kN 电缆输送机输出的实际牵引力为5 kN 左右，为消除其他位置因素带来的出力不足，计算过程取0.6 的系数，每台输送机实际持续提供的牵引动力按照不大于3 kN 考虑。电缆每米重量25 kg，μ取0.2,可知L=60 m。竖井前电缆敷设长度约265 m，上平洞布置12 台输送机，平均电缆间距为265/12=22 m；根据施工工器具布置图可知，实际布置间隔最大45 m。通过计算，上平洞布置12 台电缆输送机，保证安全裕度的前提下也远远满足电缆拖动所需作用力。适当增加输送机布置数量，电缆输送机夹紧后与电缆之间的摩擦力还能将竖井部分的电缆自重大大减轻，同时一旦紧急停机，该摩擦力又是很好的制动力，使得停机时作用于电缆盘的力量大大降低，从而保证施工安全。电缆敷设至电缆竖井时，电缆自身重力和电缆牵引力的方向一直向下方向，随着在电缆长度的增加，电缆的重量会和电缆牵引力达到一个平衡。竖井内有一平衡点，此处竖井内电缆自重与上平洞段电缆水平摩擦力相同。当竖井内电缆越过平衡点后，电缆自重满足电缆牵引前进牵引力，布置的输送机起到制动作用。平衡点至竖井底部电缆重量就是上平洞电缆输送机所需的制动力，这也是超高竖井电缆敷设时考虑的重点。通过计算可知，平衡点至电缆竖井底部电缆长度约54 m，可知电缆重力约14 kN。理论计算,仅4~5 台输送机即可满足竖井敷设用。在不考虑水平摩擦力情况下，竖井段内电缆长度254 m，电缆米重25 kg/m，重力加速度为10 N/kg，竖井内电缆自重为6.4 t 左右，8 kN 输送机按照0.5 的系数4 kN 实际制动力计算，6 400/400=16,即仅需约16 台输送机就满足竖井内电缆重量。但在实际敷设时，为进一步保证施工安全,计划在竖井内均匀布置20 台输送机，详细布置位置参照电缆工器具布置图。通过计算(与上平洞相同)下平洞至主变洞电缆敷设需要牵引机数量最多为9 台。在平洞计算过程中,所有弯曲均按照90°直角弯进行计算，竖井内考虑到平洞设备不工作情况下竖井内电缆的滑脱等安全问题，增加输送机提高安全系数,确保电缆在竖井及各部位的敷设安全。综上，本项目设计采用40 台输送机进行电缆敷设作业，其中8 kN 输送机24 台，5 kN 输送机16 台。

图1 输送机布置示意图

（5）在电缆进入口一般容易发生电缆掉落或者电缆输送速度不一致而损坏电缆，在电缆敷设到竖井时,每一层设置一台输送机,通过电缆输送机与电缆之间的摩擦力满足电缆的制动力要求，使电缆敷设时候不至于因为制动力不够造成输送系统失控。所有电缆输送机均为手动夹紧,在输送机突然失电后对电缆始终靠摩擦力制动。电缆放线架本身具有制动刹车装置,在遇到突发情况后可以进行辅助制动。所有线路上的输送机均同步工作,统一接收开闭指令。

（6）其它技术准备:

1）根据施工现场计算高压电缆敷设时各个段点的牵引力、竖井段的侧压力和转弯部位的弯曲半径应该满足相关要求。输送机（额定输送力5 000 N）按照70%能效计算，最大牵引力3 500 N，小于厂家允许的最大拉力54 000 N;拐角处侧压力为1 500 N/m，也远小于厂家说明书提供的侧压力不大于3 000 N/m；实际弯曲半径大于25 倍电缆外径,即≥4 000 mm。

2）高压电缆均绕在电缆盘上进行牵引施工,在拖引施工时候电缆牵引力需要克服电缆盘滚轴与卷筒孔之前的摩擦力。一般情况下,摩擦力J计算为4 250 N。在计算总的牵引力时，牵引钢丝绳的重量也要加入计算,经计算为1 550 N。

3）计算施工设备的功率及损耗，设备输送机JSD-8 功率为2.2 kW，21 台需46.2 kW 负荷，设备输送机JSD-5 功率为1.5 kW，19 台需28.5 kW 负荷，总计需要74.7 kW 负荷。

4）每台电缆输送机需要承受700 kg 的推力,用6~8 颗M12×10 mm 以上的膨胀螺栓固定，同时固定深度要满足要求。

4 施工情况

通过两河口充分的技术准备后，施工过程中对高压电缆竖井入口处增加了过渡支架，加大了入口电缆的转弯半径。两河口高压电缆的敷设一共6 回18 根已经顺利完成，所有试验均一次性通过，投运一年以来未发生故障。