新型电缆井抽沙装置的研制

李希明 尤坚强 庄卓文

摘要：埋地电缆检修工作展开前，需先将铺设于电缆井内用散热的沙层开挖收取。目前对于沙层的处理，仍使用传统的人力开挖搬运的方式。根据电缆井内电缆排布特点，使用传统人力开挖除沙极易对电缆造成二次损伤，导致检修工作难以进行。为了保证电缆检修工作的正常进行，延长电缆的使用寿命，本文主要介绍一种新型的电缆井抽沙装置。

关键词：电缆井；抽沙装置；检修运行；新型装置

随着城市用电需求的持续增长，电缆敷设技术在电力配电工程中起着重要的作用，电缆敷设技术主要包括隧道敷设技术、沟埋敷设技术、走管敷设以及直埋敷设和暗沟敷设等五种不同的形式。[1]而电缆沟敷设技术则是最常见的电缆敷设形式之一。电缆沟敷设技术是通过轧带将电缆整齐的排放在电缆沟槽中，使电缆能整齐、区域化的敷设在指定的电缆支架上。该方式具有占地面积小、电缆走线灵活方便等优势，因此得到广泛的应用。

然而，敷设于电缆沟内的电缆在运行期间，达到一定的工作温度，电缆的运行温度会升高，加之受环境温度的影响极易引起电缆的热胀冷缩，导致电缆结构内材料的机械物理性能产生变化。[2]不仅影响电缆的绝缘寿命和性能，还影响着电网运行的安全。为了应对电缆热胀冷缩情况，通常采用填充河砂的方式来吸取电缆运行时产生的热辐射能，同时达到防火阻燃的效果，避免电缆故障造成的损失。[3]

当要对电缆进行检修时，需将填充物收取完毕后，才能开展电缆检修工作。目前施工过程中多采用人工挖取填充物的方式，该方法不仅消耗较多的人力，而且需要投入较高的材料成本。人工挖取容易对电缆造成不可逆的伤害，为降低对电缆损伤，提高电缆检修的质量，故此要研制一款用于电缆沟抽沙的装置，改变传统电缆井填充物收取的方式。

1电缆井填充物吸取装置整体设计

1.1研究现状

目前市面上用于埋地电缆填充物收取的工具有限，为避免工具给施工带来的风险隐患，大多数施工现场仍采用较传统的收取方式。由于作业环境相对复杂，不利于大型机械设备伸展，因此难以借助大型的机械设备进行收取工作。市面上专门用于抽沙的装置较少，如果使用现存的抽取装置，并不适用在电缆井沙层的抽取，并且对接近电缆位置的沙子处理相对困难，稍不注意便会划伤电缆。随着人工智能技术的不断发展，各行业的人员投入逐渐减少，陆续由更智能、机械化的设备替代传统方式需要大量人力，以降低施工人员的劳动强度，减少施工过程中存在的风险隐患。

据现场试验可知，十米左右的埋地电缆沟需5名施工人员2～3工作日才能完成对电缆沟内填充物的收取与清理，所消耗的时间过长。如有突发情况，还会延误施工进程，甚至对电网的稳定与持续运行造成了严重的威胁。同时在操作过程中，人工抛沙作业行为也会对环境保护造成一定的压力。

1.2设计思路

针对现有技术不足，研制一款用于电缆检修前，对电缆井内填充物进行收取的装置。本款电缆井抽沙装置主要包括抽沙模块、防护机构、电源模块等三部分组成。装置的结构组成简单，其结构设计如图1所示。

本款装置主要通过抽沙模块工作，将沙子抽入到抽沙泵的内部，利用抽沙泵产生的搅拌与吸力吸出电缆井内堆填的细沙，使沙子顺着抽沙管抵达出沙口并排出，直至可以将电缆上大部分的沙子抽出，另一方面双叶轮具有相应的防护装置，可防止在搅拌细沙的过程中刮伤电缆，防止在工作时造成二次伤害。如此，不仅让电缆井抽沙装置实现电缆井填充物收取工作，还能有效避免刮损电缆。

电缆井抽沙装置的使用可以方便后续电缆的检修工作。将装置放在需要进行填充物抽取的电缆井附近，确保装置稳固后方可接入电源，随后即可开始填充物收取工作。防护机构设置的限位保护能有效防止填充物收取工作对电缆造成的损伤。装置通过采用电动控制的工作方式，大大缩减填充物收取的时间，从而提高电缆检修的效率，保证施工进度能正常进行。

2抽沙装置结构介绍

综上所述，本款电缆井抽沙装置结构设计简单，其结构主要分为抽沙模块、防护机构、电源模块等。抽沙模块作为装置的主要执行模块，位于装置整体的上方，可对电缆井内填充物进行抽取。而防护机构则起到为装置工作时对装置与附近电缆保护作用；电源模块则用于控制设备的启停工作。三个模块协同工作，实现对电缆井填充物进行快速收取，降低电缆损伤的风险。

2.1抽沙模块

抽沙模块作为电缆井抽沙装置填充物收取工作的主要模块，其主要由抽沙泵、双叶轮、抽沙管、出沙口等组成。抽沙泵底部开设有进沙口，进沙口的内部装配有双叶轮，出沙口位于抽沙泵的侧面，出沙口设计有抽沙管。通过设置抽沙管，让装置抽沙方向一致，方便将沙抽到合适的位置。抽沙管的端部与出沙口之间通过法兰相连接，以方便对抽沙管的端部与出沙口进行安装与拆卸，同时连接时达到有效的密封效果。

抽沙模块主要的工作原理是由抽沙泵和双叶轮执行抽取指令。在双叶轮进行旋动时，将沙子抽到抽沙泵的内部并通过出沙口排出，直至可以将电缆上的大部分的沙子抽出，从而方便将对电缆进行维修。双叶轮下方设置的限位环和保护环，能保证装置在进行抽沙工作时，对双叶轮起到有效的防护作用。可应对电缆可能出现局部凸起或凹陷的情况，因限位环的阻挡而无法与双叶轮接触。当双叶轮发生故障或叶片破损時，即可对安装组件进行拆卸与安装，完成对双叶轮的维修或更换。

2.2防护机构

电缆井抽沙装置的防护机构包括保护罩、安装组件、固定组件等结构。该防护机构对电缆及装置皆起到有效的防护作用，既能确保电缆不被损伤，还能保证装置支撑稳固。

防护机构的保护罩主要包括保护环，其位于抽沙泵正下方，对装置整体起到支撑作用，避免装置抽沙泵的双叶轮与地面接触。同时对双叶轮起到有效的防护作用，限位环位于双叶轮的正下方，施工过程中检修的电缆可能存在局部向上凸起的情况，限位环可阻挡电缆与叶轮的直接接触，进而对电缆起到有效的防护效果。如此能有效防止电缆检测维修时，填充物收取方式对挖出电缆的造成二次损伤的问题。

安装组件由多个安装条、连接条、限位环等组成，如下图2所示。安装条可用于连接限位环和连接条，位于两者之间，安装条的一端贯穿连接条向外延伸并固定连接有限位块，且限位块与连接条的外壁紧密相抵，安装条的另一端与限位环的相连接。安装条开设有多个贯通的通孔，通过设置的通孔，便于沙子穿过通孔与双叶轮接触。

当需要对限位环进行拆卸时，打开固定块的端部的螺母，即可向外拉动安装条，使得安装条穿过连接条进而脱离，直至将所有的安装条拆卸，即可将限位环取下，在安装限位环时，将安装条再次穿过连接条，并使得安装条端部的插块的端部穿过固定块上的插孔向外延伸并螺纹连接螺母，即可对安装条限位环的位置进行固定。

2.3电源模块

抽沙装置的电源模块用于控制装置的启停，主要包括电源固定座、限位滑槽、电源线、插头等组成。电源固定座包括夹持块、限位滑槽等。其中夹持块采用弧形结构设计，位于电源固定座上方，用于固定电源线主体；限位滑槽内部有弹簧，用于控制夹持块的活动范围，使夹持块在指定范围内实现对电源线主体收纳固定的效果。而电源线用于设备通电工作；电源插头用于接入电源端，使设备通电工作。

通过在抽沙泵与保护罩交界处设置固定环，使得固定环与抽沙泵外表面突出部分可以形成电源线缠绕区，从而可以将部分电源线主体环绕设置在电源线缠绕区。与此同时，固定组件可以将部分电源线主体的另一端进行固定，使电源线主体达到有效的收纳效果。电源模块的固定座使装置在移动过程中，确保电源线主体不掉落到地面上。由于电源插头被夹持块固定在抽沙泵顶部，使其不会接触到水，因此固定座可对电源线起到一定的保护作用。

本款电缆井抽沙装置在使用前，需要对设备进行通电，即需先在固定座取下电源线主体，向上拉动电源线的端部，接着挤压夹持块，使两个夹持块分别向两边撑开移动。此时电源线主体可以从两个夹持块之间脱离，随后即可将插头接入电源。在使用结束后，首先将部分电源线主体环绕在电源线缠绕区上，然后向着两个夹持块之间按压电源线主体的端部，挤压两个夹持块反向移动，压缩了限位弹簧，使得电源线主体可以卡入到两个夹持块之间，从而实现电源线主体收纳固定的目的。

3抽沙装置特点

3.1模块化结构设计

本款装置结构设计新颖，整体采用模块化拼装结构设计，各模块之间为一个整体，不可进行私自拆卸，可避免零件结构散乱，导致工作过程中部件链接不紧密，引起安全事故的发生。对于可替换或调整的位置，则采用灵活的可拆装结构设计，便于后续装置使用的檢修和维护工作，延长装置的使用寿命。

3.2工作原理简单

本款装置工作原理简单，在装置接入电源后，按下电源启动按钮即可启动设备，主要是利用抽沙泵产生的搅拌与吸力吸出电缆井内堆填的细沙，沙子会顺着抽沙管到达出沙口并排出，以此达到填充物收取的目的。无需依靠过多的人力物力，便可完成电缆井填充物的收取，实现高效收取、轻松收取的工作特点。

3.3半自动化收取

本款装置是一种新型的、半自动化的电缆井填充物收取方式，代替了传统依靠人工对电缆井填充物进行收取。为了防止装置自身在搅拌细沙的过程中刮伤电缆，设计了防护装置，可避免装置在工作时给电缆造成二次伤害，以此保证后续电缆检修的质量，维护电网运行的安全。

本款电缆井抽沙装置与其他类型的收取装置相比，不仅符合电缆井填充物收取的施工要求，高效地将电缆井内填充物进行抽取，还能将电缆周围的沙石搅拌松动并吸出并排出电缆井外，具有安全精准收取的特点。本款抽沙装置的使用，可以有效的降低电缆损伤的风险。

4应用成效

上述完成对电缆井填充物吸取装置的研制，为了试验项目的可行性，对该装置进行相应的测试。电缆井抽沙装置经过多次试验，验证了本款装置对细沙、碎石等填充物的收取情况基本符合预期要求。

电缆井抽沙装置模块化结构设计，可灵活应用于电缆故障抢修，电缆井施工，地下电缆开挖等不同工况施工场景，并在实际应用中取得良好成效。在现场试验过程中，通过改变填充物类型、含水比例等，将装置的工作时长控制在同一个时间段，以验证装置的收取量，测试结果如下表所示。

装置在测试过程中，抽沙管能正常进料，出沙口能正常排料，无明显异常故障出现。由表1所示可知，装置在不同填充物在相同的含水比例，工作时长相同的情况下，沙子的收取量最多，土和碎石的收取量最少。试验完毕后，双叶轮叶片无明显破损，装置基本稳固正常。与传统人工收取方式相比，本款装置能方便快捷地抽出电缆井的填充物，减少施工时间，提高工作效率。并且可以防止施工过程中损伤电缆而造成二次伤害。

结语

本款电缆井抽沙装置的投入使用，改变了传统方式对电缆井填充物进行抽取的模式。电缆井抽沙装置是通过半自动机械化的形式进行抽取，能最大化降低劳动强度，提高施工效率，减少检修或抢修所使用的时间，帮助施工单位最大限度高效完成抢修维护任务。

参考文献：

[1]梁凯翔.浅谈电力配电工程中电缆敷设技术的应用[J].科技风，2019（34）：179.

[2]吉启荣，吴建良，李喜，等.电力电缆运行过程中的热机械性能变化[J].电气技术，2008（02）：65-69.

[3]严钰杰，甄志明，蔡邱申，等.电缆通道智能吸沙装置设计及应用[J].电子测试，2022，36（14）：100-102.

作者简介：李希明（1972—  ），男，汉族，广东肇庆人，本科，电力工程高级工程师，研究方向：电气工程及其自动化专业；尤坚强（1976—  ），男，汉族，广东顺德人，本科，电力工程工程师，研究方向：电气工程及其自动化专业；庄卓文（1992—  ），男，汉族，广东普宁人，本科，电力工程工程师，研究方向：电气工程及其自动化专业。