李 偉

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 引言

兩河口水電站設(shè)計(jì)了6 回500 kV 高壓電纜，在地下主變洞和地面開關(guān)站之間通過超高的電纜豎井進(jìn)行連接，每個(gè)電纜豎井包含了3 臺(tái)機(jī)組的出線高壓電纜，每回電纜由A、B、C 三相組成，6 臺(tái)機(jī)組主變高壓側(cè)連接高壓電纜經(jīng)過主變洞500 kV 電纜層引出,分別進(jìn)入1 號(hào)電纜豎井(靠近主變洞端部)和2 號(hào)電纜豎井的2 621.50 m 高程,再分別沿電纜豎井引上至2 875.00 m 高程后進(jìn)入上平洞。地面GIS 樓在出線上平洞的上部,該高壓電纜豎井垂直高度為254.00 m,出線下平洞長(zhǎng)度為25.00 m,出線上平洞總長(zhǎng)度為170 m。每個(gè)豎井內(nèi)布置3 回（共9 根）500 kV 電纜。254 m 豎井高壓電纜敷設(shè)是同類電站最高的豎井之一。

2 工藝原理

高壓電力電纜敷設(shè)施工一般采用以廠家成套供貨的機(jī)械輸送為主,用卷?yè)P(yáng)機(jī)或者葫蘆牽引為輔、將所有控制回路引入集中控制箱集中控制的方式進(jìn)行。本項(xiàng)目所使用的施工方案是經(jīng)過多個(gè)施工項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)形成的比較成熟的高壓電纜施工方案,在項(xiàng)目施工中能夠提高電纜施工和敷設(shè)的進(jìn)度并保證敷設(shè)后質(zhì)量,使電纜施工的強(qiáng)度大大降低，同時(shí)能夠很好地保證施工安全。

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘測(cè)，設(shè)計(jì)采用葫蘆牽引和電纜輸送機(jī)夾緊電纜輸送組合的施工方案，在下平洞、上平洞以及電纜豎井上布置滾動(dòng)滑車和電纜輸送機(jī)，通過控制電纜將各個(gè)輸送機(jī)的控制回路、通信系統(tǒng)連接至集中控制箱。電纜敷設(shè)前去除電纜保護(hù)材料，把電纜頭人工拉出，在電纜引出頭和引出繩中間加裝用于紗線捻接的裝置，一般設(shè)置防捻器。通過人力的方式將電纜抬至輸送機(jī)傳送帶上，控制集中控制器啟動(dòng)電纜輸送機(jī)帶動(dòng)電纜進(jìn)行輸送。電纜輸送機(jī)一般由交流電源電動(dòng)機(jī)提供電動(dòng)力，通過變速箱、橡膠傳送履帶將作用力傳輸?shù)诫娎|上，橡膠傳送履帶夾緊力要調(diào)整適中。高壓電纜在數(shù)臺(tái)輸送機(jī)同時(shí)同步工作下，轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致，實(shí)現(xiàn)電纜的夾緊輸送。一回高壓電纜輸送敷設(shè)完成后，一般通過人力或者葫蘆的方式將電纜抬至電纜架上，按安裝圖紙及弧度的要求調(diào)整電纜的蛇形綁扎和固定。

3 技術(shù)組織

施工前將電纜盤放置在已經(jīng)硬化、平整、干凈完成的地面上，存放地點(diǎn)不應(yīng)有積水、雜物(如釘子，石塊等)。電纜盤(帶托架或不帶托架)布置的地方要盡量保證水平，放置在斜面度盡量控制在不超過5°的平面上?？紤]到兩河口夜間溫度低，白天溫度高,在敷設(shè)前設(shè)置專用保溫房,盡量避免電纜陽(yáng)光直曬，同時(shí)在夜間溫度低于0 ℃時(shí)用履帶式加熱板采取加溫措施。電纜在現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)前在打開保護(hù)套，避免過早打開可能出現(xiàn)應(yīng)力變形造成的外護(hù)套起皺。冬季氣溫低，高壓電纜在0 ℃以下外敷套容易變脆、變硬。

具體的技術(shù)措施如下：

（1）電纜盤放線架布置在指定放線點(diǎn)，地面已經(jīng)進(jìn)行硬化處理，放線架底部已經(jīng)使用化學(xué)錨栓固定牢靠。電纜盤引線出口處布置放線支架，在引出端設(shè)置2 臺(tái)電纜輸送機(jī)，保證電纜引出端初始引力平衡，電纜敷設(shè)開始方向根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定。豎井入口是高壓電纜敷設(shè)時(shí)最需要考慮的部位，敷設(shè)前要計(jì)算電纜的理論轉(zhuǎn)彎弧度，模擬敷設(shè)必要時(shí)在拐角處要用橡膠管或者橡膠墊保護(hù)，同時(shí)推薦用型鋼做進(jìn)入豎井部位的主支架，簡(jiǎn)易腳手架搭設(shè)副支架以滿足電纜輸送時(shí)受力要求，拐角滑輪支架布置導(dǎo)輪組，豎井口進(jìn)入前應(yīng)該在上平洞段合適的位置布置最少兩臺(tái)輸送機(jī)以保證入口轉(zhuǎn)彎處的受力均勻。電纜敷設(shè)至電纜豎井后，側(cè)向作用力隨著電纜的長(zhǎng)度增加而不斷增大，受力最大的豎井最高位置在保證支架受力安全情況下安置導(dǎo)輥組，使高壓電纜受力方式改善，由點(diǎn)受力變?yōu)榫鶆虻膱A弧受力，受力均勻能更好地保證電纜不受到損傷。轉(zhuǎn)向?qū)л伣M通過計(jì)算用12 mm 以上槽鋼焊接支架可滿足要求，導(dǎo)輥組設(shè)置8~10 個(gè)導(dǎo)向輪。

（2）本項(xiàng)目使用輸送機(jī)進(jìn)行電纜牽引作業(yè)，通過整個(gè)敷設(shè)過程牽引力計(jì)算可知，本方案使用17 臺(tái)輸送機(jī)即可滿足放線正常使用。為保障電纜敷設(shè)安全及敷設(shè)質(zhì)量，消除因設(shè)備故障等因素帶來的質(zhì)量、安全隱患，提高敷設(shè)安全系數(shù)，最終方案采用40 臺(tái)輸送機(jī)進(jìn)行電纜敷設(shè)。其中豎井內(nèi)敷設(shè)使用21 臺(tái)8 kN 輸送機(jī)，地面敷設(shè)使用19 臺(tái)輸送機(jī)，地面上采用8 kN 和5 kN 交替布置的方式進(jìn)行，布置位置參照施工工器具布置圖。豎井內(nèi)樓層間距9.6 m，當(dāng)兩臺(tái)輸送機(jī)布置在連續(xù)樓層時(shí)，電纜在輸送機(jī)之間不做處理；當(dāng)兩臺(tái)輸送機(jī)布置在不連續(xù)的樓層之間時(shí)，電纜穿過樓層處布置三角閉合導(dǎo)輥。水平路段每隔4~6 m 布置一臺(tái)拖地滑車（以不拖地為原則）協(xié)助輸送機(jī)進(jìn)行電纜放線，防止電纜落地受損；彎曲路徑使用多臺(tái)拐角滑車進(jìn)行轉(zhuǎn)向。所有輸送機(jī)、滑車均需固定。

（3）電纜加固方式：上下平段采用向下蛇形布置，支架間距不大于5 m，向下蛇幅0.16 mm；電纜豎井每3.5 m 設(shè)計(jì)一電纜支架，左右蛇形布置蛇幅0.24 m。

（4）輸送機(jī)布置設(shè)計(jì)：電纜輸送機(jī)在上平段主要是提供克服摩擦力的動(dòng)力，在前部通過人工引導(dǎo)夾緊電纜拖動(dòng)前行。F=μmgL，5 kN 電纜輸送機(jī)輸出的實(shí)際牽引力為5 kN 左右，為消除其他位置因素帶來的出力不足，計(jì)算過程取0.6 的系數(shù)，每臺(tái)輸送機(jī)實(shí)際持續(xù)提供的牽引動(dòng)力按照不大于3 kN 考慮。電纜每米重量25 kg，μ取0.2,可知L=60 m。豎井前電纜敷設(shè)長(zhǎng)度約265 m，上平洞布置12 臺(tái)輸送機(jī)，平均電纜間距為265/12=22 m；根據(jù)施工工器具布置圖可知，實(shí)際布置間隔最大45 m。通過計(jì)算，上平洞布置12 臺(tái)電纜輸送機(jī)，保證安全裕度的前提下也遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足電纜拖動(dòng)所需作用力。適當(dāng)增加輸送機(jī)布置數(shù)量，電纜輸送機(jī)夾緊后與電纜之間的摩擦力還能將豎井部分的電纜自重大大減輕，同時(shí)一旦緊急停機(jī)，該摩擦力又是很好的制動(dòng)力，使得停機(jī)時(shí)作用于電纜盤的力量大大降低，從而保證施工安全。電纜敷設(shè)至電纜豎井時(shí)，電纜自身重力和電纜牽引力的方向一直向下方向，隨著在電纜長(zhǎng)度的增加，電纜的重量會(huì)和電纜牽引力達(dá)到一個(gè)平衡。豎井內(nèi)有一平衡點(diǎn)，此處豎井內(nèi)電纜自重與上平洞段電纜水平摩擦力相同。當(dāng)豎井內(nèi)電纜越過平衡點(diǎn)后，電纜自重滿足電纜牽引前進(jìn)牽引力，布置的輸送機(jī)起到制動(dòng)作用。平衡點(diǎn)至豎井底部電纜重量就是上平洞電纜輸送機(jī)所需的制動(dòng)力，這也是超高豎井電纜敷設(shè)時(shí)考慮的重點(diǎn)。通過計(jì)算可知，平衡點(diǎn)至電纜豎井底部電纜長(zhǎng)度約54 m，可知電纜重力約14 kN。理論計(jì)算,僅4~5 臺(tái)輸送機(jī)即可滿足豎井敷設(shè)用。在不考慮水平摩擦力情況下，豎井段內(nèi)電纜長(zhǎng)度254 m，電纜米重25 kg/m，重力加速度為10 N/kg，豎井內(nèi)電纜自重為6.4 t 左右，8 kN 輸送機(jī)按照0.5 的系數(shù)4 kN 實(shí)際制動(dòng)力計(jì)算，6 400/400=16,即僅需約16 臺(tái)輸送機(jī)就滿足豎井內(nèi)電纜重量。但在實(shí)際敷設(shè)時(shí)，為進(jìn)一步保證施工安全,計(jì)劃在豎井內(nèi)均勻布置20 臺(tái)輸送機(jī)，詳細(xì)布置位置參照電纜工器具布置圖。通過計(jì)算(與上平洞相同)下平洞至主變洞電纜敷設(shè)需要牽引機(jī)數(shù)量最多為9 臺(tái)。在平洞計(jì)算過程中,所有彎曲均按照90°直角彎進(jìn)行計(jì)算，豎井內(nèi)考慮到平洞設(shè)備不工作情況下豎井內(nèi)電纜的滑脫等安全問題，增加輸送機(jī)提高安全系數(shù),確保電纜在豎井及各部位的敷設(shè)安全。綜上，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用40 臺(tái)輸送機(jī)進(jìn)行電纜敷設(shè)作業(yè)，其中8 kN 輸送機(jī)24 臺(tái)，5 kN 輸送機(jī)16 臺(tái)。

圖1 輸送機(jī)布置示意圖

（5）在電纜進(jìn)入口一般容易發(fā)生電纜掉落或者電纜輸送速度不一致而損壞電纜，在電纜敷設(shè)到豎井時(shí),每一層設(shè)置一臺(tái)輸送機(jī),通過電纜輸送機(jī)與電纜之間的摩擦力滿足電纜的制動(dòng)力要求，使電纜敷設(shè)時(shí)候不至于因?yàn)橹苿?dòng)力不夠造成輸送系統(tǒng)失控。所有電纜輸送機(jī)均為手動(dòng)夾緊,在輸送機(jī)突然失電后對(duì)電纜始終靠摩擦力制動(dòng)。電纜放線架本身具有制動(dòng)剎車裝置,在遇到突發(fā)情況后可以進(jìn)行輔助制動(dòng)。所有線路上的輸送機(jī)均同步工作,統(tǒng)一接收開閉指令。

（6）其它技術(shù)準(zhǔn)備:

1）根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算高壓電纜敷設(shè)時(shí)各個(gè)段點(diǎn)的牽引力、豎井段的側(cè)壓力和轉(zhuǎn)彎部位的彎曲半徑應(yīng)該滿足相關(guān)要求。輸送機(jī)（額定輸送力5 000 N）按照70%能效計(jì)算，最大牽引力3 500 N，小于廠家允許的最大拉力54 000 N;拐角處側(cè)壓力為1 500 N/m，也遠(yuǎn)小于廠家說明書提供的側(cè)壓力不大于3 000 N/m；實(shí)際彎曲半徑大于25 倍電纜外徑,即≥4 000 mm。

2）高壓電纜均繞在電纜盤上進(jìn)行牽引施工,在拖引施工時(shí)候電纜牽引力需要克服電纜盤滾軸與卷筒孔之前的摩擦力。一般情況下,摩擦力J計(jì)算為4 250 N。在計(jì)算總的牽引力時(shí)，牽引鋼絲繩的重量也要加入計(jì)算,經(jīng)計(jì)算為1 550 N。

3）計(jì)算施工設(shè)備的功率及損耗，設(shè)備輸送機(jī)JSD-8 功率為2.2 kW，21 臺(tái)需46.2 kW 負(fù)荷，設(shè)備輸送機(jī)JSD-5 功率為1.5 kW，19 臺(tái)需28.5 kW 負(fù)荷，總計(jì)需要74.7 kW 負(fù)荷。

4）每臺(tái)電纜輸送機(jī)需要承受700 kg 的推力,用6~8 顆M12×10 mm 以上的膨脹螺栓固定，同時(shí)固定深度要滿足要求。

4 施工情況

通過兩河口充分的技術(shù)準(zhǔn)備后，施工過程中對(duì)高壓電纜豎井入口處增加了過渡支架，加大了入口電纜的轉(zhuǎn)彎半徑。兩河口高壓電纜的敷設(shè)一共6 回18 根已經(jīng)順利完成，所有試驗(yàn)均一次性通過，投運(yùn)一年以來未發(fā)生故障。