摘 要:北京地區(qū)110 kV電纜主要采用隧道內(nèi)敷設(shè)的方式，但是地下電力隧道造價較高，而且市區(qū)內(nèi)主干網(wǎng)路徑上隧道已近飽和；同時電纜網(wǎng)目前正迅速的向市區(qū)以外擴展延伸。如采用隧道敷設(shè)則一次性投資過多，且電纜總數(shù)也不多。該文就110kV電纜穿管敷設(shè)需要解決的問題、用于110kV電纜敷設(shè)的管井設(shè)計的相關(guān)問題以及管井的經(jīng)濟技術(shù)指標分析進行探討，從而論證110kV電纜穿管敷設(shè)的可行性。
關(guān)鍵詞：電纜敷設(shè) 電力管井 輸電設(shè)備?
目前，國內(nèi)110 kV電纜敷設(shè)方式種類很多，如直埋敷設(shè)、穿管敷設(shè)、隧道敷設(shè)等，而在北京地區(qū)110 kV電纜主要采用隧道內(nèi)敷設(shè)的方式。電纜在隧道內(nèi)敷設(shè)其運行條件較好，環(huán)境溫度基本恒定，施工便利，且便于管理維護。但是，地下電力隧道造價較高。如果在市區(qū)內(nèi)主干線網(wǎng)路徑上，有多路電纜敷設(shè)其中，隧道尚能體現(xiàn)其優(yōu)越性，且經(jīng)濟技術(shù)指標也較合理。然而隨著市區(qū)內(nèi)主干網(wǎng)路徑上隧道已近飽和，而電纜網(wǎng)目前正迅速的向市區(qū)以外擴展延伸，如三環(huán)、四環(huán)外，甚至五環(huán)外的許多經(jīng)濟開發(fā)區(qū)內(nèi)的電纜網(wǎng)系統(tǒng)，其總體規(guī)劃已近全面，如采用隧道敷設(shè)則一次性投資過多，且電纜總數(shù)也不多，這就不具有經(jīng)濟合理性，在一定程度上造成了投資方的浪費。因此，我們很有必要在北京地區(qū)發(fā)展適合110 kV電纜的另一種可以推廣的敷設(shè)方式。這種新型敷設(shè)方式首先在造價方面應(yīng)較為經(jīng)濟，其次在施工、運行、維護等方面具有其可行性，同時還應(yīng)具有可重復(fù)使用的特點，減少地面開挖的次數(shù)。
經(jīng)過近年來配網(wǎng)工程中管井敷設(shè)電纜的大量實踐，尤其是在三環(huán)入地工程中大量新型管材的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)電纜的管井敷設(shè)在許多方面均具有較好的特性：管井本體的投資較為經(jīng)濟，一次建成后可敷設(shè)多路電纜，且可避免重復(fù)的地面開挖。目前國內(nèi)在上海、廣東等地區(qū)已有許多110 kV電纜工程采用穿管敷設(shè)方式，因此110 kV穿管敷設(shè)已具有較豐富的實施及運行經(jīng)驗可以借鑒。
1 110 kV電纜的穿管敷設(shè)
1.1 載流量
電纜的敷設(shè)方式會直接影響到電纜的載流量，其主要原因在于不同敷設(shè)方式下，電纜周圍媒質(zhì)的熱阻不同。就運行中的電纜而言，要確定電纜的溫升，不僅應(yīng)知道電纜本身各組成部分的熱阻，而且還應(yīng)知道電纜周圍媒質(zhì)的熱阻，即單位熱流從電纜表面散發(fā)到電纜周圍媒質(zhì)中所產(chǎn)生的溫差。這一溫差往往成為限制電纜輸送容量的主要因素之一。
我們可以以一個實際工程的例子來比較一下同一電纜線路穿管敷設(shè)與隧道（空氣）中敷設(shè)的載流量比較，本例是朝陽門—隆福寺110 kV電纜工程中山東電纜廠提供的在不同敷設(shè)條件下、不同環(huán)境溫度下電纜載流量的數(shù)據(jù)。
表1～3是 ZR-YJQ02 64/110 kV 1×800 mm2電纜在不同情況下水平排列的載流量。
敷設(shè)條件說明:
???? ·電纜相同間距：平行敷設(shè)，200 mm；
???? ·PVC穿管直徑：180 mm(內(nèi))200 mm(外)；
???? ·電纜敷設(shè)深度：1000 mm；
???? ·土壤熱阻：1.0 Km/W；
???? ·三根PVC管水平排列。
???? 從表1～3可看出電纜采用穿管敷設(shè)會比在空氣中敷設(shè)輸送容量降低500～600 A，約50%左右。
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1.2 電纜的熱機械性能
電纜在運行時，由于線芯溫度變化引起的熱脹冷縮所產(chǎn)生的機械力十分巨大。這一機械力對安全運行是一個很大的威脅，因此必須在設(shè)計時加以考慮。
電纜敷設(shè)于隧道中，我們多數(shù)采用蛇形敷設(shè)，從而降低線芯在膨脹時所產(chǎn)生的推力。然而電纜采用穿管敷設(shè)時，由于敷設(shè)空間受限制，無法采用全線蛇形敷設(shè)，因此只能采用在終端頭或接頭附近以及電纜的轉(zhuǎn)變處將電纜敷設(shè)成波浪形的方法留出一定裕度，從而減少線芯的熱脹冷縮對終端頭或接頭處的推力。
1.3 電纜牽引力計算
在實際的工程設(shè)計時必須計算電纜的牽引力或允許牽引長度，目前一般各電纜生產(chǎn)廠家都提供電纜的允許牽引力。因此，設(shè)計人員應(yīng)計算工程實際情況下的最大允許牽引長度。這一長度是決定電纜生產(chǎn)盤長的主要因素之一。雖然有些因素在設(shè)計時無法確定，但參照已有的數(shù)據(jù)，可以大致得出允許的牽引長度和合理的牽引方式、位置和牽引設(shè)備的容量，以防止在牽引時損壞電纜。
對于交聯(lián)電纜而言，多數(shù)是以放線機牽引牽引頭來敷設(shè)電纜。牽引頭是安裝于電纜端部的一個密封套頭，是牽引電纜時將牽引力過渡到電纜導(dǎo)體的連接件。這種敷設(shè)方式下，牽引力作用在線芯上，銅線芯的抗張強度約為240 N/mm2，允許的最大牽引強度為70 N/mm2，因此作用在銅線芯上的牽引力不能超過按截面積的70 N/mm2。
有拐彎的電纜線路，當牽引力作用在電纜上時在彎曲部分的內(nèi)側(cè)，電纜受到牽引力的分力和反作用力的作用而受到壓力，這就是側(cè)壓力，如側(cè)壓力過大將會壓扁電纜。側(cè)壓力為牽引力和彎曲半徑之比。一般而言，交聯(lián)電纜在施工中最大側(cè)壓力為3 kN/m左右。因此在牽引時，在彎曲部分要避免出現(xiàn)過大的側(cè)壓力以免壓壞外護層而影響絕緣性能。
計算電纜牽引力時，通常將路徑較復(fù)雜的電纜線路，分解為幾種最簡單的基本彎曲類型，分別加以計算，最后將各部分的牽引力相加后，即得整段電纜的牽引力。
以下列出幾條常用的牽引力計算公式：水平垂直牽引
T= μWL
水平彎曲牽引
T2 = WRsinh[μΦ + sinh-1（T1/WR)]
側(cè)壓力計算公式
P = T/R
式中 T——牽引力（kg）；
μ——摩擦系數(shù)；
W——電纜每米重量（kg/m）；
L——電纜長度(m)；
q——彎曲部分的圓心角(rad)；
T1、T2——彎曲前的牽引力(kg)；
R——電纜的彎曲半徑(m);
P——側(cè)壓力(kg/m)。
?????? 由上述牽引力及側(cè)壓力計算公式可以看出，牽引力的大小與電纜盤長及彎曲半徑有關(guān)。如要求電纜牽引力與側(cè)壓力在一定值范圍以內(nèi)，其盤長亦受到限制。同時在設(shè)計電纜線路時，必須對牽引力及側(cè)壓力事先加以核算，以免敷設(shè)過程中牽引力或側(cè)壓力超過允許值而損傷電纜。
????? 1.4盤長設(shè)計
纜盤長的確定除了考慮生產(chǎn)、運輸?shù)确矫娴膯栴}，在工程實際中主要的影響因素有兩個：一是前面提到的牽引力的因素；另一個是接頭井室井距的因素。
與電纜隧道敷設(shè)設(shè)計中均分盤長有所不同的是，電纜在穿管敷設(shè)時盤長除了應(yīng)滿足牽引力及側(cè)壓力要求以外，還應(yīng)根據(jù)井位而確定。即在確定盤長前應(yīng)準備測量井距，根據(jù)接頭井距的實際情況來確定盤長。如出現(xiàn)一組交叉互聯(lián)中盤長有較大差異，應(yīng)計算其不均衡電流是否滿足要求。
2 埋管設(shè)計
2.1 埋管斷面
考慮到一次性投資及電纜容量的比例，埋管斷面可以設(shè)計成28孔左右，布置形式為4×7 Φ200較為合理。這種斷面的埋管在一次性建成后最多可敷設(shè)8或6路110 kV電纜，及若干10 kV電纜?？梢钥闯銎潆娎|排列容量較隧道相差不大。
2.2 接地裝置
管井的接地裝置的設(shè)置取決于電纜的接頭位置。區(qū)別于隧道全線設(shè)置接地扁鐵，在管井中，僅需在接頭井處設(shè)置接地裝置，并使其保證所需接地電阻值，一般不可超過0.5 Ω。
每個接頭小室宜根據(jù)其長短做若干組接地極相聯(lián)，其余施工放線井可根據(jù)實際情況，在井的四周輔設(shè)閉合接地網(wǎng)。如考慮單個接頭井地網(wǎng)無法滿足要求，可在接頭井之間設(shè)置接地電纜，此接地電纜地敷設(shè)可占用1根管孔。
2.3 井室設(shè)置
管井工程中按功能分包括有兩種井室，即接頭井室及施工放線井。接頭井室顧名思意，即設(shè)置于電纜線路接頭處，用于電纜各種接頭的制作安裝及固定。接頭井之間還應(yīng)設(shè)置施工豎井，其功能是在接頭井之間的若干個施工放線井內(nèi)利用某種機械或人力敷設(shè)電纜，進行電纜線路的施工。井室斷面可設(shè)計為2m×2m，其長度應(yīng)按其功能的不同而各異。
接頭井室的主要功能是制作及安裝接頭，并將接頭固定其中，對于110 kV單芯電纜，每路電纜的每組接頭為三只，考慮到接頭尺寸及安裝方便，接頭相間距為5m，如遇大截面電纜接頭，還應(yīng)適當加大。根據(jù)110 kV電纜一般盤長，應(yīng)考慮每300～500m設(shè)一個接頭井室。如按28×Φ200斷面計算，接頭井室的長度應(yīng)在30 m左右。
接頭井室內(nèi)應(yīng)配有適當?shù)闹Ъ芑虻跫?，以及固定接頭所需預(yù)埋件。另外，管與井的銜接處應(yīng)考慮封堵，井室內(nèi)應(yīng)進行防水。接頭井應(yīng)設(shè)接地裝置，在井室內(nèi)兩側(cè)均應(yīng)有接地扁鋼與接地網(wǎng)連接，使接頭處的接地電纜便于安全可靠接地。
考慮到電纜所能承受的牽引力及放線機械的牽引能力，一般電纜直線段間距50 m可放置一個施工放線井。另外，在轉(zhuǎn)角處應(yīng)設(shè)置施工放線井。由于施工放線井僅用于敷設(shè)電纜，其長度可設(shè)計為6 m左右。井室內(nèi)應(yīng)配有適當?shù)闹Ъ芑虻跫艿雀郊糜诠潭娎|。
3 電纜管的種類及性能比較
目前國內(nèi)具有運行經(jīng)驗的電纜管種類較多，主要有以下幾種：RMDP電力電纜保護導(dǎo)管、無縫鍍鋅鋼管、海泡石纖維水泥管、普通復(fù)合玻璃鋼電纜導(dǎo)管、DBS無堿玻纖石英電纜導(dǎo)管。
鋼管僅能用于三芯電纜工程。110 kV及以上電纜多為單芯電纜，考慮到渦流損耗，不能使用鋼管。通過三環(huán)路入地工程中大范圍使用RMDP及DBS兩種管材，我們積累了相當多的使用經(jīng)驗，使管材的選擇上有據(jù)可依。本文中僅對RMDP電力電纜保護導(dǎo)管及DBS無堿玻纖石英電纜導(dǎo)管進行詳細介紹，因這兩種電力保護管均為較新的產(chǎn)品，較之舊式的石棉管、水泥管等有其突出的特點。
3.1 RMDP電力電纜保護導(dǎo)管
RMDP電力電纜保護導(dǎo)管是以CPVC、PVC樹脂為主要原料，添加穩(wěn)定劑、潤滑劑、改性劑等位高速捏合、擠出加工成型的，其生產(chǎn)工藝和配方先進合理。該管材具有自重輕、維卡溫度高、耐沖擊性能強、阻燃性能良好和優(yōu)良的耐腐蝕性，在排管施工中可減免混凝土和保護層以及封路等麻煩。該管材的研制成功可在電力電纜埋管工程中替代現(xiàn)有落后的材料及施工工藝。該產(chǎn)品具有比水泥石棉管及其它產(chǎn)品在安全性能、安裝輕便、經(jīng)久耐用、無毒素、無公害等優(yōu)點，既有經(jīng)濟效益，又具有社會效益。
RMDP產(chǎn)品特點可以總結(jié)為以下幾點：
·具有耐熱、耐壓、耐腐蝕、耐老化（使用壽命達40年以上）等優(yōu)點。
·RMDP電纜導(dǎo)管由接頭、防水密封圈、支架等部件組成。設(shè)計合理，施工方便，不需澆注混凝土保護層，支架采用組合式連接，縮短施工周期，無放射性致癌物，具有顯著的經(jīng)濟和社會效益。
·挖土方量小。管子重量只有鋼管的1/4，混凝土管的1/10，施工過程簡捷，工時費用大大降低。? ＼
·RMDP電纜導(dǎo)管完全克服了普通PVC管耐侯性能差的缺點。其強度可取代鋼管并克服了鋼管易腐蝕以及形成閉合磁路造成單芯電纜溫升過度而損壞的現(xiàn)象。
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RMDP電纜導(dǎo)管的施工特點：
·電纜導(dǎo)管標準長度為4 m，采用承插式接口連接，原則上以直埋敷設(shè)為主，一般應(yīng)在地面1 m以下。
·挖槽寬度以管子的接連、地基施工和固填作業(yè)后所需的最小間隙即可。一般情況，溝槽的挖掘?qū)挾缺入p石棉水泥管的敷設(shè)溝槽小0.8～0.85 m，可以減少開挖工作量。
·地基施工時考慮到管子要承受土壓、車輪載荷等大負載，如地基不平穩(wěn)，易使管子產(chǎn)生彎曲，局部負載過大，因此要注意將溝底挖平，使管枕平坦。若遇土質(zhì)松軟，建議在管下鋪沙或鋪設(shè)一層厚100 mm的混凝土，如遇暗溪或小河時，應(yīng)先挖除淤泥，并在導(dǎo)管底鋪設(shè)一層厚200 mm的鋼筋混凝土底板，混凝土標號為C20級。
·電力電纜導(dǎo)管標準長度配置管枕時，管枕間距為1.5 m，管枕連接采用燕尾銷，管子的連接采用插式接頭，為使管子便于插入，可在橡皮圈的內(nèi)側(cè)和整個插口的外面涂上少量的肥皂水或?qū)Ｓ脻櫥瑒?。管子表面?yīng)標有插入長度的線，管子插入后需要加以確認。
RMDP電力電纜導(dǎo)管的研制開發(fā)已獲肯定，它的各項理化性能指標均達到或超過國外同類產(chǎn)品，它的推廣使用可摒棄落后有害的材料和施工工藝，有利于城市市容、交通、環(huán)境的改善。同時其在配電網(wǎng)領(lǐng)域電纜工程的應(yīng)用中已獲得較好的反響，將其應(yīng)用于110 kV電纜的敷設(shè)方面，技術(shù)上是成熟的。
3.2 DBS無堿玻纖石英電纜導(dǎo)管
DBS無堿玻纖石英電纜導(dǎo)管是在原有的復(fù)合玻璃鋼電纜導(dǎo)管生產(chǎn)基礎(chǔ)上開發(fā)的新產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)設(shè)計科學(xué)合理，綜合性能優(yōu)于其它的電纜導(dǎo)管。
DBS電纜導(dǎo)管在應(yīng)用上具有如下優(yōu)越性能：
·該產(chǎn)品采用新工藝，在自動化程控纏繞機上采用帶張力纏繞技術(shù)一次成形，結(jié)構(gòu)更為緊密，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。
·采用夾石英砂的新技術(shù)，剛度高、強度高，就同壁厚的導(dǎo)管而言，DBS無堿玻纖石英電纜導(dǎo)管其各項強度指標是普通復(fù)合玻璃鋼管的1.5～2倍?？稍谛熊嚨老轮甭?，無須澆筑混凝土保護層。
·耐化學(xué)腐蝕、耐水性能好，可在潮濕環(huán)境、高鹽堿地帶和水中長期使用。
·絕緣性能好，擊穿強度達3.5 kV/mm以上，無渦流損耗，適用于單芯電纜敷設(shè)。
·進一步提高了產(chǎn)品的阻燃耐寒、耐熱性能，可在-30～+130 ℃環(huán)境中長期使用，導(dǎo)管的性能不受影響。
·內(nèi)壁光滑，摩擦系數(shù)小，連接頭兩端采用45°倒角，穿纜輕滑，不會刮傷電纜。
·安裝施工簡捷方便，產(chǎn)品本體重量輕，一人即可搬動，兩人便可實施安裝，能大大縮短施工周期，降低安裝造價，采用擴口承插連接方式，埋設(shè)排管簡捷快速，可避免道路開挖暴露時間過長，影響城市交通秩序。
·具有科學(xué)的可設(shè)計性，在不同的部位和不同的方面上選擇不同的纖維和纏繞角度，進行等強度設(shè)計，充分發(fā)揮了無堿玻纖的抗拉強度好的特點，使導(dǎo)管的鋼度和強度達到最佳匹配。而且材料使用更加合理，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
·就電纜性能而言，DBS無堿玻纖石英電纜導(dǎo)管無渦流損耗和電腐蝕。其承插式連接方式不易變形，增加電纜運行的安全性和可靠性。
·在城市敷設(shè)電纜時，一般要影響到兩旁商店的營業(yè)以及馬路的交通，采用DBS無堿玻纖石英電纜導(dǎo)管作電纜保護管，可大大縮短施工周期，減少對交通的影響及因電纜工程建設(shè)而造成的間接損失，有良好的社會效益。
主要技術(shù)指標：密度1.80 g/cm3，摩擦系數(shù)0.4，耐腐性（80 ℃，100 h）失重0.012 mg，耐熱性135 ℃，阻燃性（氧指數(shù)）26%，撞擊性能（6.8 kg，300 mm）無損，巴氏硬度40，使用壽命50年。
由上述分析可見，采用DBS無堿玻纖石英電纜導(dǎo)管，其技術(shù)上是可行的，能夠產(chǎn)生良好的社會效益。在社會發(fā)展速度日益加快的今天，DBS無堿玻纖石英電纜導(dǎo)管將以其較多的性能優(yōu)點及較合理的性能價格比逐漸被廣大用戶和電纜工程建設(shè)者所了解和接受。
4 經(jīng)濟指標分析比較
通過對同一個電纜工程進行比較，可以發(fā)現(xiàn)，采用DBS玻纖石英電纜導(dǎo)管或RMDP電纜保護管，其綜合造價比其他管材要低。海泡石纖維水泥管雖然單價較低，但需要在施工時打混凝土外包封。這不但使工程造價提高，同時由于混凝土需要養(yǎng)護期，也使工程進度減慢。
DBS及RMDP兩種管的造價相差不大，其摩擦系數(shù)也基本相同，但在實際使用中發(fā)現(xiàn)他們均要求回填細土或細砂。這一點增加了管井的綜合造價。另外RMDP在實際應(yīng)用中可有小幅度彎曲，這可使現(xiàn)場遇到障礙時靈活處理，某種程度上減少了過渡井室的增加。
海泡石纖維內(nèi)拋光加筋水泥管是一種新產(chǎn)品。它較原來的海泡石管增加了摩擦系數(shù)低，無需打包封等特點。其摩擦系數(shù)可達到DBS及RMDP同等水平，但其價格卻大大低于兩者。因此從技術(shù)經(jīng)濟指標來看，新型的海泡石纖維內(nèi)拋光加筋水泥管具有較為突出的優(yōu)勢。這種管目前僅在三環(huán)工程中做為直埋電纜過路保護管使用。雖然效果不錯，但仍需時間的考驗及經(jīng)驗的積累。
將管井與2m×2m明開電纜隧道進行比較，可以發(fā)現(xiàn)，在電纜敷設(shè)容量相差無幾的情況下，電力隧道的投資是埋管工程投資的兩倍多。
5結(jié)論
綜上所述，管井建設(shè)的一次性投入較隧道敷設(shè)小很多，而一次性建成后既可避免重復(fù)開挖，同時其電纜容量也較隧道敷設(shè)差別不大，其經(jīng)濟技術(shù)指標較優(yōu)。
110 kV電纜穿管敷設(shè)從理論上而言是可行的，而且在上海等地已有較多的運行經(jīng)驗，是一種經(jīng)濟合理的敷設(shè)方式，可以進行普遍推廣。
穿管敷設(shè)尤其適用于綜合規(guī)劃充備的新興開發(fā)區(qū)等地區(qū)。?
