缩短220kV电力电缆竖直蛇形敷设时间的研究

摘 要：本文以太阳宫热电厂接入孙河工程为例，阐述了电缆蛇形敷设的重要意义，对两种蛇形敷设方式进行了分析。通过传统电缆敷设方法和改进后的电缆敷设施工方式的比较，得出使用专用拿弯工具可以大大缩短220kV电缆的竖直蛇形敷设时间。

关键词：蛇形敷设 专用拿弯工具

一、 引言

城市的快速发展增加了电力需求。随着负荷电流增大，隧道环境温度相应提升，电力电缆会发生热胀冷缩，因而产生一种电缆内部的机械力，一般这种机械力称为热机械力。电缆在热机械力的作用下将反复出现弯曲变形，使电缆金属护套产生疲劳应变，造成电缆本体及其附件的损失，发生电力故障。为了避免电力电缆在运行过程中因热应力造成损伤一般是采用连续蛇形敷设方法。采用蛇形敷设后，能把电缆的畸变量分散到各个蛇形弧上，通过理论分析和试验证实电缆的畸变量没有超过允许值，且裕度很大。

二、 蛇形敷设方式比较

蛇形敷设可分为水平蛇形和垂直蛇形二大类，一般是取决于电缆的敷设空间。水平蛇形需要增加一定的敷设宽度，垂直蛇形则需增加敷设的高度。

（一）水平蛇形敷设

根据国外对电缆热伸缩的研究，因电缆温度变化而产生的轴向力除了与电缆本体的抗弯度和因电缆本体重量产生的摩擦力有关外，还与电缆线膨胀系数、温升有关。敷设电缆时按设计的蛇形波节进行，蛇形节距一般取6～8m、弧幅取1.5～2倍的金属护套平均外径，在每半个波节段用非磁性电缆夹具固定，夹具的间距和蛇形波的最大幅值取决于电缆的线膨胀系数和温升。

（二）竖直蛇形敷设

电缆垂直蛇形敷设的波形设计与水平蛇形设计相同，需根据电缆占用空间、施工方便、轴向力等条件选择，但要在蛇形弧顶部设电缆支持金具。蛇形节距一般取4～6m、弧幅取1.5～2倍的金属护套平均外径。然后考虑电缆的固定，在蛇形末端，装设约束型夹具；在蛇形弧顶；要在每个蛇形弧顶把电缆固定于支架上。

（三）两种蛇形敷设方式比较

垂直蛇形敷设和水平蛇形敷设均是大截面电缆常用的敷设方式，两者在实际工程设计和运行中均被证明是安全可靠的，但各有自已的优势和劣势。

1.垂直蛇形敷设优势

垂直蛇形敷设一般采用4～6m的蛇形节距，即每4～6m只需布置一个支持点，可以大大减少支撑的支架横担数量，从而节约工程投资。

垂直蛇形敷设在支持点之间电缆自然下垂，很大程度避免了这个问题。

采用垂直蛇形敷设的形式利用的主要是隧道的高度，占用隧道宽度小，因此垂直蛇形敷设往往能更合理利用隧道内的空间。

2.水平蛇形敷设优势

水平蛇形的支架布置一般在1m间距，每个波节电缆的重量能比较平均地分配在多个支架上，对单根支架及横担的受力要求较低。

水平蛇形占用层间距较小，隧道侧墙可敷设较多回路的电缆。

三、 电缆敷设的要求

太阳宫热电厂接入孙河工程是北京市重点工程（以下称太阳宫工程）北段盾构隧道内电缆采用垂直蛇形敷设，波幅W为80mm，波节为3米， 即每隔3米用电缆抱箍固定一次，为非接触品字形单体抱箍固定。对于大截面电缆而言，负荷电流变化时，由于导体的温度变化而引起膨胀或收缩将产生巨大的机械力，会造成电缆蠕动。为了保证电缆在蠕动时仍能满足电缆弯曲半径要求，需采用蛇形敷设的方式。

四、 传统电缆敷设的施工方法

传统电缆蛇形敷设的施工方法为“手扳葫芦综合法”，一般所需的工具有：手扳葫芦，吊装带，木块， 1m长角铁等，数量、规格根据现场实际情况而定。

施工时采用边敷设边拿弯的方式，以从左至右的顺序进行电缆拿弯固定为例，先将电力电缆从电缆输送机上移至电缆支架上，将左侧的电缆固定后用手扳葫芦、吊装带等工具借助电缆隧道支架进行电缆拿弯工作后，再利用木块、1m长角铁将电缆的蛇形固定住，待整条地电缆全部完成拿弯固定后，需要等待一段时间再将固定电缆蛇形的工具拆除。

由于没有相应的工器具，传统的电缆垂直蛇形敷设一般应用人力，拿弯的时间较长。采用人力弯曲电缆非常困难，且蛇形敷设波峰波谷的幅值不易精确达到。

电缆蛇形拿弯过程大致分为5个部分：①搬运电缆②人力拿弯③测量④调整⑤电缆固定。

搬运电缆：将放缆设备上的电缆通过人力方式，放置在电缆支架上。

人力拿弯：使用工具让电缆在水平或竖直方向上有蛇形弯曲。

测量：测量蛇形波幅。

调整：如果蛇形波幅不满足设计要求，进行调整直到符合为止。

电缆固定：调整后需要对蛇形进行固定，防止电缆受到机械损伤。

五、 改进后电缆敷设的施工方法

（一）专用拿弯工具的介绍

1. 专用拿弯工具的整体设计

液压机构的长度满足电缆蛇形的波幅要求。接口改装成可与通用的单孔油管配合的型式，可以使用手动泵或电动泵进行驱动。采用液压装置可以使得电缆在蛇形弯曲过程受力增加的均匀、缓慢，避免了用力过大、过快。

2. 顶部金具设计

顶部金具与液压机构采用螺纹连接，可方便更换不同高度的顶部金具，以满足不同的隧道环境使用。支撑横担长度为1300mm，可以配合电缆支架的间距使用，采用可折叠且可拆卸的形式，折叠方式为横担可围绕中心轴转动，用横销及销孔进行固定。折叠简单方便，便于搬运及上下井口的吊装。

3. 底部金具设计

底部金具采用高强度螺栓与液压机构连接，螺栓规格为M12内六角型式。与电缆接触的弧形金具为镀镍件，采用合理的长度及弧角设计，要考虑电缆外径及与蛇形敷设的波节、波幅配合。其弧角弯曲程度与电缆金属护层的弯曲程度相适应，使得接触面积加大，从而降低了单位面积的受力情况，使得蛇形弯曲平滑、自然，且更好的满足电缆弯曲半径要求。

（二）施工方法

利用专用工具进行电缆蛇形拿弯工作，主要是将专用拿弯工具放置在电缆的垂直方向上，液压杆上部横担支撑块，液压杆的伸缩控制电缆的波幅，当电缆的波幅符合设计要求时，用支撑块对波幅进行固定。

六、 结论

电力电缆的热伸缩和热应力的产生是电缆在运行过程中温度变化的正常物理现象，我们要给予充分的认识，以蛇形敷设的方式，吸收变形，减小热应力，保证电缆可靠运行。

专用蛇形弯曲工具的研制降低了人工的操作强度，减少蛇形敷设过程中的施工用工，节约电缆敷设的整体费用，降低了电缆在蛇形弯曲敷设过程中因受力过大产生损伤的几率，保证了电缆的敷设质量，提高了电缆垂直蛇形敷操作的规范化程度，大大缩短了220kV电力电缆垂直蛇形敷设的施工时间。将该专用蛇形弯曲工具改进后，对220kV及以下的电力电缆线路施工具有推广应用价值。

参考文献：

[1]张澜涛等.220kV超大截面电力电缆敷设工艺[O].电力技术网，2012.10。

[2]史传卿 电力电缆。北京，中国电力出版社，2004。

[3]李宗廷等. 电力电缆施工手册[M]. 北京： 中国电力出版社， 2001。

作者简介：

张冠军（1980-），男，助理工程师，毕业于华北电力大学，现就职于北京电力工程公司，从事电力电缆施工管理工作。

张重仁（1965-），男，助理工程师，毕业于华北电力大学，现就职于北京电力工程公司，从事电力电缆施工管理工作。