电力电缆敷设新工艺及展放技术研究进展

成 昊

（苏州电力建设工程有限公司）

0 引言

电缆机械敷设的动力主要来自牵引机的牵引力和电缆输送机的推送力。牵引敷设时，将牵引头或牵引网套与电缆端部固定，通过牵引设备将电缆从起点拖向终点，该牵引方式作用点单一，电缆受力集中，导致敷设终点处所需牵引力超过许用牵引力，对电缆造成破坏。姜朴［1］采用中继牵引辅助的方式为超长电缆敷设提供了解决方案，在中继点和终点分别设置牵引机械，当第一展程电缆牵引至中继点后，改用第二牵引机继续牵引，第一展程后续电缆利用中继点处的牵引机采取钢丝网套辅助牵引，该方法已成功应用于6~35kV、120~300mm2电力电缆敷设，并可以减少中间接头的设置。但是，中继点位置的选定存在困难，距离过长导致电缆无法完成第一展程的牵引，选择距离过短，则会增加中继间及牵引设备。赖万斌［2］等对牵引系统调控做了设计，系统以S7-1500 PLC 为核心控制器，控制牵引机和电动滚轮的驱动，用超声波传感器检测电缆张力状态，通过PID 运算调整电缆盘的放卷速度，实现电缆恒张力敷设，提高了电缆敷设的质量及自动化程度。王丽霞等［3］从适用范围、施工质量、敷设时长、成本及敷设效果等5 个方面对人工敷设方式、机械牵引方式、变频卷扬机牵引方式进行对比，得到结论认为以变频卷扬机为主要牵引设备，辅以履带输送机和导向滑轮组有着良好的应用效果。

1 输送机敷设研究进展

如今更多的做法是，在电缆敷设路径上放置电缆输送机，将端头牵引力分散至电缆外护套上，构成牵引机与电缆输送机组合敷设的牵引方式。史芳磊［4］针对液压升降平台在大截面高压电缆敷设中的应用进行了分析，认为传统的电缆敷设时输送机在具体应用中仅适用于110kV 及以下电缆工作井与电缆排管通道，电缆敷设完成后，需要采用手板葫芦或者人海战术将电缆抬上支架，为改善这一不足，提出电缆输送机液压升降平台这一方法，解决输送机高度放置的难题。彭卫权［5］在电缆敷设路径直线段每隔30m~50m以及拐弯点前5~10m 分别设置了电缆输送机，并采用集中控制的方式完成了多条电缆的线路敷设。

刘宁［6］以10kV配电工程电缆施工项目为例，提出在具体施工中，每间隔3m-5m 就安置一个滚轮，在直线段的位置上，滚轮要保证处在同一条直线上。如果存在着拐弯的问题，技术人员则需要明确滚轮的转角，这样才能保证滚轮安放工作的科学进行，通过合理布设滚轮减少电缆敷设中的摩擦问题，同时有助于提高电缆敷设效率。

邓辉等［7］采用多台电缆输送机和牵引机组合的方式完成了截面积范围在300~630mm2，总长度6.82万m的敷设施工，同时给出了两台牵引机接力牵引时的切换方案。

在电缆桥架敷设中，电缆首先输送到桥架附近的地面，随后通过人工抬送至桥架。该方式不仅消耗大量人力和工期，同时还存在安全与质量隐患，朱伯理［8］将放线滑轮通过大力钳固定在桥架侧板上，结合电缆敷设机的输送，使电缆直接在桥架上完成敷设。该工艺适用10kV 及以下的所有电缆，具有成本低廉、拆装快速、施工灵活、敷设质量好等优势，已在多项工程项目中得到应用。

2 其他敷设方式研究进展

当电缆采用排管敷设时，牵引中的电缆与管道壁面直接接触产生很大的摩擦阻力。尽管在电缆外层涂布润滑剂可以有效减小摩擦阻力，但减小幅度有限，需要采取措施进一步降低敷设的阻力。

图1 电缆敷设示意图

曾会翔等［9］改变了传统的牵引方式，创造性地提出电缆气吹法敷设工艺，通过压缩空气形成一个可控的均匀推力推动气封活塞拉动电缆，同时由吹缆机液压履带给电缆提供一个向前的推力，电缆以悬浮状态在管道中快速穿行，但是气吹法难以完成较粗较重的电缆敷设。作者以桂柳高速公路改扩建项目为例，从技术、经济两方面比较分析高速公路路侧电缆气吹敷设和直埋敷设的优劣，最终比较分析发现，无论是在技术上还是在经济上，气吹法较直埋法都是高速公路路侧电缆敷设的更优选择。

通过理论分析得出了水敷法敷设光缆的可行性，利用大功率推进机械将光缆推进管道中，同时水泵把高压水打入管道，产生一个很大的拉力，辅助光缆在管道内的输送，不过该工艺缺少试验及实际工程应用的报道，其可行性有待验证［10］。

对利用滚轮装置辅助桥架电缆敷设的施工技术进行了分析，认为通过在滚轮传送电缆时使用钢绞线牵引，并在敷设装置的滚轮上加装摩擦橡胶，通过牵引机与滚轮结合的方式实现了在桥架上机械化敷设电缆［11］。在某商务中心工程中采取了滚轮装置辅助桥架电缆敷设技术，该工程由3 栋超高层写字楼组成。利用滚轮装置辅助桥架电缆敷设的施工技术在商务中心工程中，实现了3000m桥架电缆的机械化敷设。首先将电缆从桥架一端通过支撑装置，卡件经过毛刷清理引入桥架，由桥架前端滚轮装置的钢索绞盘使用钢绞线和活动锁扣固定牵引。通过加装橡胶皮的滚轮装置，在桥架上方滑动，桥架上每隔一定距离安装一套滚轮装置。滚动装置主要由滚动轴承、钢板、加装橡胶皮的钢管组成，钢管套装在轴承上自由滚动，配合钢索绞盘牵引敷设电缆。

除此之外，也有人尝试采用管道机器人进行电缆牵引敷设并进行了一些试验［12-13］，但从试验数据看来，其牵引力过小，其应用范围有限，仅适用于电缆牵引绳的穿管工作。

基于TMS320DM6446 主控芯片的嵌入式控制系统、高性能的驱动机构、多传感器组成的检测单元及可靠的无线/有线双传输链路使机器人能辅助电缆管道排管作业和施工验收，实现利用机器人辅助电缆敷设。检测单元能获取视频图像、管内温度、排管坡度和电缆局部放电量等检测信息。

从电缆排管疏通监视系统的工作原理入手，明确了管道机器人的基础，即NXP 的32 位ARM7TDMI-S内核芯片LPC2119和LPC2292，在此基础上分析了机器人技术在地下管道环境中电缆敷设的应用，降低了地下电缆敷设的难度，充分发挥机器人在恶劣环境下的作用，实现了系统设计创新［14］。

李江华等［15］以132kV 单芯高压电缆敷设为研究对象，对76/132 （145） kV Cu/XLPE/Lead+Copper wire/HDPE，1Cx1600mm2规格的电缆敷设方式进行了分析，该项目电缆敷设于混凝土电缆沟中，每回3根（3 相）采用品字形布置，电缆每隔1.5m 用不锈钢品字形卡捆绑固定。电缆敷设过程中要经过3 个拐弯，其中1个拐弯为90°，穿越3组过路套管组，该电缆单根长度480m、截面大且敷设穿越难度大。该工程在电缆敷设中，前端采用牵引机牵引、中间采用输送机输送、尾部采用自行设计的自转动力胎具（如图2）进行旋转输送的方式进行敷设。自转动力胎具主要用于尾部输送，采用电动机驱动，工作人员可以在敷设过程中能够灵活地利用按钮控制电动机的启停，并借助自转动力胎具实现电缆放线速度的控制，放线速度约为 6m/ min。首先启动自转动力胎具，指挥输送机和牵引机同时开机启动，根据电缆输送位置进行顺序启动。电缆在牵引机牵引下进入电缆输送机时停止牵引，将电缆夹紧在橡胶履带之间，然后同时开动牵引机和电缆输送机，直至电缆进入最后一台电缆输送机，此时便可以进行整条电缆的拖放敷设作业。

图2 自制自转动力胎具

3 结束语

电缆敷设新工艺新技术极大地降低了施工作业难度，提高了工作效率、减少了工程成本、保障了施工质量，但由于施工作业中的限制因素众多，新工艺和新技术的应用仍存在许多不足与缺陷。在多机互联协同控制中，自控设备的安装及通道占用使有限空间作业受到更多的限制。在敷设参数监控中，测量单元的安装方式及位置对检测结果的影响缺乏进一步的研究。在小空间、高落差环境敷设，小型机械设备动力不足且功能单一，需要人工辅助配合。在长距离作业环境中，施工人员之间的通讯和人机协同控制存在难度。在排管敷设中，摩擦阻力与许用牵引力之间的矛盾仍是限制长距离敷设的关键。机器人施工具有诸多优势，但在动力提供方式、异常情况的自救能力、复杂结构管道中的通行及通讯方面仍有待改进。随着社会的进步和科学技术的发展，电缆施工技术将朝着更加智能化、轻巧化、模块化的方向发展。