电力隧道及综合管廊内高压电缆敷设关键技术研究

电力隧道及综合管廊内高压电缆敷设关键技术研究

王礼伟

(深圳供电规划设计院有限公司518054)

摘要：针对目前电缆隧道及综合管廊内电缆布置不规范的问题，本文对隧道内电缆的敷设的关键技术进行了详细的研究，包括隧道断面布置、电缆设计敷设、电缆夹具的设计与选择、电缆支架及电缆接头布置设计。并给出了典型的隧道断面、蛇形敷设的节距及幅值、典型夹具及支架的结构、优化的接头布置方案。本文研究成果已在深圳电网大量使用，可作为电力隧道及综合管廊内电缆敷设的典型方式，对今后隧道内电缆的敷设设计、运行具备一定的指导意义。

关键词：水平蛇形；垂直蛇形；电缆夹具；电缆支架；接头布置

1.引言

随着社会经济的发展，城市中心区对景观的要求也越来越高，中心区内的新建线路均要求采用电缆送电，现有的架空线路也将逐步实施入地改造。各大中心城市正井然有序地进行市容市貌的建设，每年都有大量的架空线路实施下地改造，采用电力隧道或综合管廊输送电的工程也越来越多。

不同于电缆在管道中敷设时，电缆的蠕动会受到管道内壁的限制；电缆直埋敷设时，电缆的蠕动受到周围土壤的制约，隧道内电缆的蠕动不受约束，可能会在有的部位上出现长度方向的热膨胀量的集中，出现电缆从支架上悬浮等的不规则的热运动，有可能对电缆本体造成安全隐患。因此，对电力隧道及综合管廊内高压电缆敷设关键技术的研究显得尤为重要，对各关键技术分述如下。

2.电缆隧道的空间布置设计

电缆隧道及综合管廊的断面大小直接决定了工程的造价。而断面的大小主要取决于隧道内电缆的数量、支架长度、支架层间距及运行维护人员巡检宽度【123】。

隧道内电缆的数量需根据电网远景规划确定，并留有一定裕度，避免因隧道断面过小导致后期电缆通道出线瓶颈而限制电网的发展。

电缆支架的长度与电缆的敷设有关，对水平蛇形品字形敷设的电缆，支架长度由蛇形占有的宽由2倍的电缆外径（2D）、蛇形宽(B)、蛇形的移动量(n)的和求得，即为2D+B+n。对垂直蛇形品字形敷设的电缆，支架的长度需满足电缆固定夹的安装要求。无论水平蛇形还是垂直蛇形，支架长度均需在上述计算值的基础上留有100-150mm的裕度，保证电缆的安装空间及裕度。

支架的层间距离需满足GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》5.2.2条要求，同时可满足能方便地敷设电缆及其固定、安置接头的要求，且在多根电缆同置于一层情况下，可更换或增设任一根电缆及其接头。根据以上要求，建议220kV、110kV电缆支架层间距离分别按600mm、500mm选取。此布置间距已在广东某电网广泛使用，并得到了业主的认可。

对运行维护人员巡检宽度应满足GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》5.5.1的要求，考虑近年来轨道机器人巡检产品的普及，建议运检宽度按1.2m考虑，此值大于国标要求。

3.电缆蛇形敷设设计

3.1蛇形设计考虑的要素

电缆的蛇形敷设需要考虑电缆占有的空间、蛇形端末部上的固定轴力、电缆支承用立柱间隔及取蛇形的作业性等各种条件后来选择蛇形的形状，以此为基础进行电缆支撑、固定方法的设计【124】。

3.2蛇形设计

（1）蛇形幅及轴力：蛇形布置不当会导致电缆轴力过大，不利于电缆的敷设与固定。蛇形形状,根据电缆的尺寸及敷设时现场的状况等的不同而有所不同,一般采用的蛇形尺寸如表1所示。

表1推荐采用的蛇形尺寸

为减少蛇形数量以加快施工速度、减少电缆支撑件，常用的方法为延长蛇形节距，此方法已被大量采用。蛇形节距并非能无限延长，其极限值由蛇形轴力及电缆的面压等来决定，并需综合考虑同一隧道内其余电缆的蛇形节距、延长后金属件强度的增加而导致的费用增大。

（2）蛇形形状：蛇形形状根据电缆占有的幅宽、作业性及轴力等因素进行综合性的判断之后决定。

对于一般隧道段，即水平直线段，需根据隧道的建设情况,设定蛇形节距为立柱间隔的倍数，纵向蛇形敷设时蛇形节距即为立柱间距。蛇形幅的公差,一般情况下考虑了施工误差取为±10%。这是因为在进行轴力计算时,如果左右的蛇形形状对称,变形转折点上的合力为零,但是由于现场的施工误差的存在,蛇形变化的转折点会存在一定轴力。

对于隧道弯曲部应设计适用于隧道弯曲部的蛇形敷设,为避免由于热运动造成电缆同沟槽的壁面及隧道的壁面的接触及敷设时的作业便利,应进行单独的设计。如隧道弯曲部为直角时，在弯曲部两端采用固定夹具予以固定,以防止由于热蠕动的产生使电缆向隧道弯曲部的延伸。对隧道弯曲部形状为缓慢转弯的情况,一般是与隧道直线部一样的采用蛇形敷设,这样可减少夹具及滑动支撑金属件。但是,蛇形形状、蛇形幅不宜过大,以避免由于电缆螺旋变形接触到隧道壁面。

对倾斜隧道部进行蛇形敷设时，需要约束蛇形轴和电缆自重部分。在考虑了这两方面因素后，选择端末夹具数量。水平蛇形在每个蛇形的半节距处，使用中间固定夹具；纵向蛇形在每四个节距的顶点处，使用中间固定夹具。大量研究试验表明，对倾斜角度小于5.7°时，可按水平隧道一样考虑，对倾斜角度大于5.7°小于30°时，蛇形需用夹具予以固定，同时还应对电缆的自重部分约束。

4.电缆夹具的设计与选择

对蛇形端末部、倾斜部、转弯部等的约束力设置约束夹具，控制蛇形部电缆伸长的同时，也起到了使蛇形运动稳定的作用【125】。根据使用场所的不同，电缆夹具分为端末固定夹具、中间固定夹具及中间非固定夹具，其结构如下图1所示。

图1夹具的结构形式

对有金属护套的电缆，1个夹具标准约束力为3kN/个。在有多个夹具时连续设置时，在200～600mm间隔范围内改变夹具的间隔距离，对约束力几乎不产生影响，考虑到作业性，推荐取间隔为200～300mm。从实际验证试验结果来看，端末夹具数量，有金属护套的最多为5个。典型的水平蛇形、垂直蛇形的固定夹具设置方法及位置如图4、5所示。

对水平蛇形，在使用约束夹具时，夹具应偏移一定角度与蛇形形状相配合。

水平蛇形的情况，电缆蛇形全长上有架台及沟槽等的支撑，为防止电缆运行过程中短路电磁力造成电缆的蠕动、维持蛇形线形，电缆应用尼龙绳进行捆扎。尼龙绳的捆扎圈数，一般根据短路电磁力进行确定。三角敷设时，短路电磁力的计算公式如下。

F：短路电磁力（n）

I：通过电缆回路的最大短路电流峰值（A）

L：在电缆上安装夹具、扎带等的相邻跨距（m）

K：安全系数，取大于2

D：电缆相间中心间隔（cm）

5.电缆支架设计

支撑电缆设置的立柱、支架等的强度计算，应综合考虑电缆及附件的重量、作业人员的重量、电缆引入时施加的载荷、轴向力等的条件后进行确定的【12】。一般立柱支架、托架的材质基本上是采用热镀锌（普通结构压延钢材）钢材，但是考虑到隧道内漏水的情况及电流大于1500A时的涡流效应，也有采用不锈钢材等材质的金属件。

推荐的水平蛇形、垂直蛇形支架样式如图2、图3所示。

图2水平蛇形推荐支架样式图3垂直蛇形推荐支架样式

6.电缆接头布置设计

隧道内接头主要设置在隧道的水平直线部位。接头作业方法是将电缆从预定的安装位置处搬移到通道侧进行接头作业，接头完成后再搬回到接头部的设置位置处，在进行接头部的组装作业时需要利用通道部空间。

考虑国内运行习惯，对接头部的配置方法一般采用横向配置【126】，避免接头故障时导致的事故范围扩大，一般110kV接头间距按5m控制，220kV接头间距按10m控制。电缆隧道中可设置专用的接头层，但此布置方式将增大隧道的高度；亦可将电缆接头与其余两相电缆布置于同一层支架上，典型布置方案如图4所示。

图4220kV电缆接头布置图

7.结论

1）电缆隧道的断面布置应根据电缆的数量、支架长度、支架层间距及运行维护人员巡检宽度综合确定。

2）电缆的蛇形敷设应结合电缆占有的空间、蛇形端末部上的固定轴力、电缆支承用立柱间隔及取蛇形的作业性等综合确定，在此基础上给出了蛇形节距及蛇形幅的推荐值。

3）分析了不同夹具的使用范围，给出了典型夹具参考结构，提高电缆线路运行稳定性。

4）分析了电缆立柱、支架的设计原则，并结合电缆的敷设要求设计了水平蛇形、垂直蛇形的典型支架样式，有利于降低节点应力。

5）给出了电缆隧道接头的布置原则，并给出了典型的布置方式。此方式有利于节省隧道空间，方便运行维护。

参考文献:

[1]电力工程电缆设计规范[S].GB50217-2007.

[2]城市电力电缆设计技术规定[S].DL/T5221-2016.

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