超大截面长距离电缆敷设专用工具的研制与应用

赵秀华 厉 飞

1.山东电力建设第二工程公司 山东 济南 250100

2.华能济宁运河发电有限公司 山东 济宁 272100

0 引言

随着工程建设项目规划水平不断提高，大截面长距离电缆应用越来越广泛，而目前在电力建设施工中电缆敷设均采用人工敷设，由于大截面电力电缆重量及外径大、不易弯曲，人工敷设效率低、成本高，组织施工困难，施工质量与安全难以保证。仅以我公司承建的阳江核电工程为例，横截面积为500mm2的动力电缆就需要敷设近60km，多数电缆在厂区的GB电气技术廊道内。

1 超大截面长距离电缆敷设调查分析

1）工程现状：由我公司承建的广东阳江核电常规岛一期2×1000MW建安工程，仅仅横截面积为500mm2的动力电缆就需要敷设近60km，其中90%以上的电缆敷设路径都是在GB电气技术廊道内。

2）存在问题

电缆敷设效率低：通过对前期采用纯人工敷设891m电缆敷设进行数据统计发现，敷设效率为891m÷120人工=7.5m/人工，完全不能满足工程需求。

基于以上原因，决定研制超大截面长距离电缆敷设专用工具以适应工程需要。

2 提出初步设计方案并进行优选

1）方案设想：

思路：在桥架上放置敷设工具，利用敷设工具减少摩擦力，将电缆放置敷设装置上并且对其进行牵引，将电缆传送就位，完成电缆敷设工作。

方案分析：

传动效率：电缆在装置上平稳传输，通过减少摩擦，提高传输效率。

工艺要求：敷设装置直接放置在桥架上，移动范围较小，不会出现大面积打弯现象，工艺质量效果较好。

成本分析：最大横截面积为500mm2的电缆每米重量约为11kg，考虑到敷设装置的轻便性和实际承重，其间距最大不超过5m，所以敷设最长为460m的大截面电缆时，装置需求为92套。

安拆效率：工具轻便，一人即可进行安装，尽量采用螺栓和插销式连接方式，安拆效率高。

2）结构设计分析

（1）减少摩擦部分

①对于减少摩擦力，对凹槽滑轮、平面滚轴进行了试验选择。

平面滚轴灵活性优于凹槽滑轮，且不易划伤电缆，因而确定作为电缆敷设工具的滚动装置。

就滚轮材质对不锈钢滚轴、碳钢滚轴、尼龙滚轴从性能、便携性、稳定性方面对比优选，确定使用尼龙作为滚轴面，碳钢作为中轴材料。

②滚轴组装工具结构的优选

可选方案有单滚轴、双滚轴、三滚轴三种方案，从安全性、经济性、延续性等几个方面分析，其结论参见表1。

表1 滚轴方案比较

通过分析确定使用双滚轴结构。

③选择滚轴长度

图1 滚轴截面图

为了不划伤电缆，我们将电缆滚轴的长度L定为145mm。经现场试用，长度为145mm的电缆滚轴符合设计要求，选择滚轴长度为145mm。

（2）工具固定部分

①选择双滚轴连接方式，如表2所示。

表2 双滚轴连接方式

双滚轴连接方式采用螺栓连接，并且使用链条固定夹角。

②选择链条型号

对规格为4.0mm×26mm×12mm （粗×长×宽）的链条进行拉力试验，试验证明，在承受800N的拉力下，链条无变形。现阶段横截面接最大的电缆为500mm2，其每米重量约为11kg，电缆敷设工具最大距离不超过5m，5×11×9.8=540N， 远小于拉力试验的800N。此规格链条以满足承重要求。 选用型号为4.0mm×26mm×12mm的链条。

“V”和“Y”组合支架的分析表，参见表3。

表3 组合支架比较表

经方案比较：采用“Y”组合支架，滚轴A部分单独加工。

④选择支架固定位置

可选方案有固定在桥架两边、直接固定在桥架底部、一边固定在桥架边，加底托，三种方案的分析对比如表4：

表4 三种固定方式的分析表

持续性 适用性敷设完一根电缆后，只能放置在支架上，不能累计过多，持续性相对较差。敷设完一根电缆后，可直接放置在桥架上，不影响下根电缆敷设，持续性较好。受桥架不同宽度的影响，需要做不同长度支架。敷设完一个电缆后，可直接放置桥架上，不影响下根电缆敷设，持续性较好。不限于桥架宽度，只需放在桥架的横撑上即可，并且具有双滚轴组合的拓展性即可根据电缆横截面积调整角度。不限于桥架宽度，并且具有双滚轴组合的拓展性即可根据电缆横截面积调整角度。

结论：支架固定位置采用方案三“一边固定在桥架边，加底托”执行。

⑤选择底部支撑架

底部支撑架以线支撑、多点支撑两种思路，分析如表5。

表5 底部支撑架两种方案的分析表

经济性 0.6m ×0.395kg/m ×4100元/t＝0.97 元0.6m×3.77kg/m×4300 元/t＝9.73元

结论：采用以线支撑的方式做底部支撑架是最为合理的。

⑥选择支撑架材料

根据现有材料，提出三种材料制作支撑架。

三种材料的分析如表6。

表6 三种材料分析表

对支撑件进行受力分析，现阶段横截面积最大的电缆为500mm2，其每米重量约为11kg，电缆敷设工具最大距离不超过5m，根据底部支撑架选择结论采用以线方式固定，计算每个电缆敷设工具支架的最大受力为11kg/m×5m×9.8N/kg＝539N。

图2 电缆支架受力分析图

设每个支点承载力为p＝270N，根据图2所示，支点反力R＝2p

每个受力点弯矩M＝2p×0.3＝0.6p。

查询∠40×4的角钢抗弯W＝2.5cm3＝2.5×10－6m3

计算弯曲应力σ＝M/W＝270N/2.5×10－6m3＝108MPa

角钢材料为Q235，其屈服应力为235MPa，故判断235＞108，计算证明∠40×4的角钢完全满足承重。

结论：支撑架材料选取∠40×4的角钢，材质为Q235。

⑥选择支架与桥架边固定方式

支架与桥架边固定方式可设计为：可活动支架、不可活动支架。

经分析，支架与桥架边固定采用活动式支架。

⑦选择连接圆钢与钢管的固定方式

打孔后的连接圆钢与钢管有两种固定方式：螺栓式连接和插销式连接，如表7。

表7 螺栓连接和插销连接的分析表

经分析，连接圆钢与钢管固定方式为插销式连接。

（3）绘制设计模拟图

绘制设计模拟图，如图3所示。

图3 设计模拟图

3 应用试验

1）现场试用

现场试用，如图4所示。

2）应用情况

现共制作电缆敷设工具60套，已经全部在现场GB电气技术廊道内使用，其应用敷设符合设计目标，大幅提高了电缆敷设效率和电缆敷设工艺质量标准。

图4 现场试用衅

对2LX厂房的500 mm2盘连电缆进行了电缆敷设工具使用试验，在桥架中每隔4～6m装置一个电缆敷设工具，一个人负责2个器械，动力电缆均长为33m，仅使用了6套器械，6个人用时4天完成27根电缆的敷设工作，共计891m。人工敷设与采用专用工具敷设比较，如表8所示。

表8 人工敷设与采用专用工具敷设比较表

使用敷设工具 0套 6套敷设效率 7.5m/人工 37.1 m/人工电缆外观检查 外观光滑无明显划痕敷设过程中产生划伤27处

电缆敷设效率为891m÷（6×4）人工≈37.1m/人工，工作效率提高（37.1-7.5）÷7.5×100%=400%，提高了4倍的劳动效率。

4 结论

通过阳江核电一期百万千瓦级压水堆机组BOP及常规岛建安工程GB电气技术廊道电缆敷设效果验证，采用该专用工具进行大截面长距离电缆敷设方法的主要优点：一是提高工作效率、降低劳动强度；二是保证了电缆的内在质量提高了电缆的可靠性；三是电缆排列整齐提高了电缆敷设的工艺质量；四是该专用工具制作简单、投入少；五是该专用工具体积小、重量轻、方便组装拆卸便于转移适用于各类电缆桥架上的电缆敷设。具有广泛的实用价值和良好的推广前景。

［1］《1000MW超超临界火电机组施工技术丛书》编委会.电气设备安装［M］.北京：中国电力出版社，2012.

［2］GB 50168-2006《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》［S］.北京：中国计划出版社，2006.