大截面电力电缆预埋管线敷设及质量控制

罗进圣，王 波

（杭州市电力局，杭州 310004）

大截面电力电缆预埋管线敷设及质量控制

罗进圣，王 波

（杭州市电力局，杭州 310004）

随着电缆线路输送容量和电压等级的提高，电缆的截面不断增大，单位长度重量也随之增加。采用预埋管线敷设时，电缆敷设的技术要求及难度不断提高。以220 kV大截面单芯交联聚乙烯电缆敷设为例，分析总结大截面电缆预埋管线敷设时敷设质量控制的各种问题，以供工程实践参考。

电力电缆；敷设；质量控制

交联聚乙烯电缆以交联聚乙烯（XLPE）作为绝缘介质，其电气性能与制造工艺及敷设质量密切相关。大截面单芯XLPE电缆在敷设过程中，如侧压过大会导致电缆变形，当水分侵入、机械应力控制不合理、管孔相位布置不正确时，则会对电缆的寿命和安全稳定运行产生不利影响[1-4]。本文以220 kV大截面单芯XLPE电缆敷设为例，介绍了大截面单芯电缆在使用预埋管线（排管和顶管）方式敷设时的质量控制问题，供工程实践参考。

1 大截面电缆敷设过程中的受力控制

大截面单芯电缆一般采用电动机具敷设方式，敷设中电缆前行所需的力由同步牵引机（卷扬机）和输送机提供。

敷设中如果机具布置不合理，易造成电缆受牵引力过大而导致牵引头破损、电缆进水绝缘受潮，影响电缆的电气性能；如果管道内有杂物或毛刺，则容易造成电缆外护套损伤，导致金属护套多点接地，影响电缆稳定运行；当电缆经过转弯工井时会因侧压过大导致变形，改变电缆绝缘内部电场分布和产生应力，加速电缆老化。因此，电缆敷设前根据不同的电缆路径和电缆型号，估算电缆敷设过程中各个操作工井所需前行力和侧压力的大小，合理布置输送机、牵引机及电缆盘位置，使电缆牵引头所受的牵引力和电缆过弯时所受的侧压力在合理范围之内，是保证电缆敷设质量的关键。

1.1 电缆敷设前行力计算

目前大截面电缆敷设时所需的前行力可参考以下计算方法。

水平直线牵引：

倾斜直线牵引向下：

倾斜直线牵引向上：

水平弯曲牵引：

式中：T为牵引力；μ为摩擦系数；W为每米电缆的质量；L为电缆长度；T1为弯曲前的牵引力；T2为弯曲后的牵引力；θ为电缆弯曲部分平面的倾斜角；R为电缆的弯曲半径；N为电缆过弯时所受的侧压力。

以YJLW03-127/220-1×2500型、长500 m的电缆敷设为例，电缆路径如图1所示。

图 1 电缆敷设路径示意图

图中1-13为13个操作工井，1-7号工井间均为直线排管，各相隔50 m，7-10号工井间为S型弯道，弯曲半径4 m，直线距离80 m，弯道弧长10 m，弯道两侧设转弯工井。11-12号工井间为直角弯道，弯曲半径4 m。电缆重量37 kg/m，摩擦系数平均取0.4。分别计算电缆盘放置在1号工井及13号工井侧时电缆敷设过程中各点所需的前行力和前行力完全由牵引机提供时电缆过弯受到的侧压力，结果如表1所示。其中T1－13为电缆盘放置在1号工井时电缆各处所需的前行力（电缆敷设从1号工井开始至13号工井处），T13－1为电缆放置在13号工井时电缆敷设过程中电缆各点所需的前行力。

从表1看出，电缆盘位置不同时，电缆敷设路径上所需的牵引力及侧压力有明显区别，电缆前行所需的力较大，电缆敷设过程中一般采用的3 T或5 T牵引机不可能提供如此大的牵引力，即使加大牵引机功率，在转弯处电缆所受的侧压力已远远超出电缆能够承受的范围 （XLPE电缆允许的最大侧压力一般按500 kg/m考虑）。

目前大截面单芯XLPE电缆敷设一般采用牵引头牵引方式，常用电缆牵引头结构如图2所示。

由于牵引头与电缆金属护套连接处采用搪铅密封，抗拉强度较低，主要起防水作用。牵引力通过连接件作用在电缆线芯上，在满足侧压力的条件下，电缆允许的最大牵引力主要取决于电缆结构中受牵引力作用的材料的抗拉强度。通常取线芯材料最大抗拉强度的四分之一为电缆允许的最大牵引强度。因此，电缆以铜作为线芯时的允许最大牵引强度为7 kg/mm2。以YJLW03-127/ 220-1×2500型铜芯电缆为例，其线芯能承受的最大拉力为17 500 kg。理论上电缆能够承受的最大牵引力能满足电缆敷设的要求，但在实际工程施工中，由于各电缆厂家的牵引头制作工艺不统一，牵引头能够承受的力远小于理论计算值，为防止电缆牵引头受力过大而破损，一般要求电缆敷设过程中将牵引力控制在3 T以下。因此，电缆前行过程中大部分前行力需由输送机提供。

表1 从不同方向敷设时的前行力和侧压力计算

图2 电缆牵引头结构

1.2 设置输送机后的前行力及侧压力

设电缆敷设时每台输送机输出力为600 kg，在上例中，由于在转弯工井电缆出弯处输送机固定困难，一般在电缆敷设时只在电缆进弯侧放置输送机。当在2、3、4、5、6、7、11号工井中放置输送机且电缆盘放置在1号工井和在2、3、4、5、6、10、12号工井中放置输送机且电缆盘放置在13号工井时，电缆敷设过程中所受的牵引力及侧压力估算值如表2所示。

从计算结果可以看出，由于电缆敷设的方向不同，电缆敷设过程中所受的侧压力及牵引头所受的力有较大差别。对于66 kV及以上单芯XLPE电缆，由于敷设过程中要求弯曲半径较大（不得小于20倍电缆外径）且电缆的重量较重，电缆敷设时电缆盘可以选择的位置一般只能在路径的两侧，为了减小电缆敷设过程中所受的牵引力及侧压力，电缆盘应放置在距离转弯工井较近的一侧。此外，由于上述计算中摩擦系数取值较大，导致电缆所受的侧压力及牵引力都较大，因此在施工过程中，当电缆经过排管或顶管时应使用润滑剂（如肥皂水或滑石粉），将摩擦系数控制在0.3以下，以减小电缆在敷设过程中的受力，保证电缆敷设质量。

表2 设置输送机后的前行力和侧压力计算

2 电缆敷设管位布置控制

在电缆金属护套接地方式中，由于交叉互联接地方式结构紧凑、正常运行时感应电压较低，在发生单相短路故障时金属护套上感应电压仅为单端接地时的三分之一，能有效保护交叉互联单元内护层保护器和外护套绝缘，因而在较长的电缆线路中得到广泛应用。但由于交叉互联接地方式的结构具有特殊性，要求电缆敷设时必须严格控制电缆的管位布置，使交叉互联单元内三段电缆金属护套的感应电压之和为零（正三角形布置）或接近零（直角三角形和水平布置），从而减少金属护套环流。

但在使用预埋管线敷设过程中，由于非开挖顶管的使用和人为因素，常常出现交叉互联单元内三段电缆的管孔布置不一致的情况，导致电缆运行时产生较大环流。

设一个交叉互联单元内三段电缆长度为L1＝L2＝L3＝500 m，相间距离S＝350 mm，电缆型号为YJLW03-127/220-1×2 500，根据单芯电缆金属护套环流计算理论[2]，在不同负荷电流Iload下，图3所示两种布置方式A，B，C三相电缆护套感应电流ISA，ISB，ISC计算值如表3、表4所示。

从上述计算结果可以看出，交叉互联单元内三段电缆管位布置不一致时对护套环流有明显影响。特别是大截面单芯电缆，由于其运行过程中电缆线芯电流较大，如果三段电缆位置不对称，易在金属护套上产生较大的感应电流，影响电缆安全稳定运行。因此，当大截面单芯电缆采用预埋管线敷设时，应保证三段电缆在排管内的布置方式一致。敷设过程中，不能在操作工井内随意变更电缆在管道内的相位排列次序。

表3 直角三角形布置时环流计算值A

表4 水平布置时环流计算值A

图3 排管内电缆布置图

3 电缆机械力效应的控制

大截面电缆在负荷电流变化时，因导体温度变化引起膨胀或收缩所产生的机械力十分巨大。这种膨胀或收缩力总称为热机械力，与电缆的热机械力线膨胀系数、导体的截面和温升成正比。与充油电缆相比，由于载流量的增大和电缆自重的减轻，XLPE电缆运行时热机械力更大，受热机械力影响更严重，电缆径向有更大的膨胀。

电缆以直线敷设时，在没有横向气流或强迫冷却时，巨大的机械力会使电缆线路集中在某一部位发生局部横向位移。因而，大截面XLPE电缆施工中常将电缆人为布置成图4所示形状，以吸收电缆的热膨胀[1]。

式中：L为电缆弯曲的节距；X为曲折幅度。

图4 人为处理的电缆形状

对给定的电缆而言，缩短弯曲的节距长度L和增加曲折幅度X都可获得更好的吸收热膨胀的效果，又能避免过度弯曲损害绝缘层。敷设时可通过计算来严格控制三者间的关系。当电缆采用预埋管线敷设时，布置弯曲形状的位置有限，一般在操作工井和中间接头工井内根据上式将电缆设置为弯曲形状。

4 电缆敷设防潮措施

XLPE电缆进水后，短时间内一般不会发现问题，即使线芯进水，耐压和泄漏试验时也不会发现电缆参数的改变。但经过长期运行会出现“水树枝”现象，从而使交联聚乙烯绝缘性能下降，最终导致电缆绝缘击穿[3－4]。单芯大截面XLPE电缆一般带有金属护套（铝或铅），电缆敷设过程中因金属护套损坏导致电缆绝缘受潮的可能性较小，现场施工中电缆进水主要是由于牵引头搪铅位置密封性不好，主要表现为：搪铅工艺控制不好，搪铅密度不高，铅封处有沙眼、微孔和裂纹，电缆敷设过程中牵引头部位受力过大而使封铅部位开裂，管孔内有异物，牵引头在较大摩擦力下破损，导致电缆进水，等等。因此，在 电缆敷设前应仔细检查牵引头、搪铅密封是否良好，并作相应的防水处理，在电缆敷设过程中控制牵引头的受力在合理范围内。

根据以往大截面电缆敷设经验，电缆敷设前在牵引头上加装热缩套，并做相应的防破损处理，能够有效减小牵引头进水的可能性。

5 结语

（1）单芯大截面电缆敷设前，根据电缆路径、型号估算电缆所需的前行力，合理布置电缆输送机，将电缆敷设过程中牵引头受力及侧压力控制在合理范围内，是保证电缆敷设质量的前提。

（2）在敷设含有交叉互联接地系统的电缆时，应保证三段电缆管孔相位布置一致。

（3）南方地区由于地下水位较高，管线内往往有水份，对单芯大截面电缆而言，敷设前对牵引头做相应的防水处理是防止电缆进水、绝缘受潮的有效手段。

[1]郑肇骥，王琨明，等．高压电缆线路[M]．北京∶水利电力出版社，1981．

[2]王波，罗进圣，黄宏新，等．220 kV高压单芯电力电缆金属护套环流分析[J]．高压电器，2009，45（5）∶141－145．

[3]豆朋，文习山，龚瑛．几种因素对水树生长影响的研究[J]．绝缘材料，2005，（1）∶33－36．

[4]何军，屠德民．XLPE电缆绝缘中水树的形成机理和抑制方法分析[J]．绝缘材料．2008，41（6）∶54－58．

（本文编辑：龚 皓）

Layout and Quality Control of Carcass Work for Large-section Power Cable

LUO Jin-sheng，WANG Bo
（Hangzhou Electric Power Bureau，Hangzhou 310004，China）

Along with the improvement of transmission capacity and voltage grade of cable line,the section area,unit length and weight of XLPE cable keep increasing.As for the carcass work,the technical requirements of cable layout become increasingly strict and difficult.Taking the 220 kV large-section single-core XLPE cable as an example,this paper analyzes and summarizes various problems oflayoutand quality control ofcarcass work for large-section cable and offers a reference for engineering practice.

power cable；layout；quality control

TM757.1

B

1007-1881（2010）10-0061-04

2010-08-31

罗进圣（1973－），男，浙江建德人，高级工程师，华北电力大学在职电气工程硕士研究生，主要从事高压电缆安装、检修管理工作。