大截面電纜蛇形布置的選擇

1、科技社會(huì)大截面電纜蛇形布置的選擇郝桂芹廣西電力工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院450003摘要：在隧道或橋梁內(nèi)敷設(shè)高壓電纜時(shí)，須考慮電纜受熱膨脹后產(chǎn)生的熱機(jī)械力。電纜蛇形布置是釋放電纜熱機(jī)械力的有效方法。文章介紹了國(guó)內(nèi)外采用電纜蛇形布置的實(shí)例，對(duì)水平和垂直這2種蛇形布置方案進(jìn)行了比較關(guān)鍵字：電纜蛇形布置軸向力豎井目前越來(lái)越多地區(qū)考慮采用隧道敷設(shè)高壓電纜，在這種條件下必須考慮電纜在受熱膨脹后產(chǎn)生的熱機(jī)械力。電纜蛇形布置是解決電纜熱機(jī)械力的一個(gè)很好的對(duì)策。本文根據(jù)筆者在工程中積累的一些經(jīng)驗(yàn)及搜集的一些蛇形布置的資料，對(duì)電纜蛇形布置的種類選擇、形狀的確定等做了分析，希望能對(duì)以后的工程起到借鑒作用。一、大截面電纜蛇

2、形布置選擇的原因隨著負(fù)荷電流變化及環(huán)境溫度變化，電力電纜會(huì)發(fā)生熱伸縮，其中因線芯的熱脹冷縮而產(chǎn)生非常大的熱機(jī)械力，電纜線芯截面越大，所產(chǎn)生的熱機(jī)械力就越大; 同時(shí)線芯和金屬護(hù)套還會(huì)因熱脹冷縮的多次循環(huán)，而產(chǎn)生蠕變。熱伸縮對(duì)電力電纜運(yùn)行構(gòu)成很大的威脅，會(huì)造成運(yùn)行電纜位移、滑落，甚至損壞電纜及附件。目前國(guó)內(nèi)己選用的最大電纜截面為7X 1600mm=,因此必須重視大截面電纜的熱伸縮問(wèn)題。現(xiàn)就各種敷設(shè)方式下電纜熱伸縮對(duì)安全運(yùn)行帶來(lái)的威脅作一簡(jiǎn)單分析：（1）直埋敷設(shè)時(shí)，電纜因受到周邊土壤的限制，整根電纜無(wú)法產(chǎn)生位移，于是線芯將在熱機(jī)械力的作用下在線路的兩個(gè)末端產(chǎn)生很大的推力，引起末端位移，從而對(duì)電纜附件

3、的安全構(gòu)成極大威脅。（2）徘管敷設(shè)時(shí)，電纜因不受到橫向約束，在熱機(jī)械力的作用下電纜將產(chǎn)生彎曲變形; 電纜隨著電纜溫度的不斷變化，彎曲變形反復(fù)出現(xiàn)，使電纜金屬護(hù)套產(chǎn)生疲勞應(yīng)變（3）隧道敷設(shè)時(shí)，電纜一般均放在支架上，不作剛性固定，故電纜的熱伸縮較大，在斜面敷設(shè)時(shí)易出現(xiàn)滑落現(xiàn)象; 在電纜的彎曲處易出現(xiàn)嚴(yán)重位移; 電纜隨著電纜溫度的不斷變化，還會(huì)反復(fù)出現(xiàn)彎曲變形，使電纜金屬護(hù)套產(chǎn)生疲勞應(yīng)變。（4）豎井敷設(shè)時(shí)，電纜的自重及熱機(jī)械力有可能使金屬護(hù)套產(chǎn)生過(guò)分的應(yīng)變，從而縮短電纜的使用壽命。（5）市政橋梁敷設(shè)時(shí)，若電纜敷設(shè)在橋內(nèi)排管中，則存在與排管敷設(shè)相同的問(wèn)題; 若電纜敷設(shè)在橋的箱梁中，則存在與隧道敷設(shè)相同

4、的問(wèn)題，除外敷設(shè)在橋梁上的電纜還會(huì)受到橋梁伸縮、振動(dòng)的影響，從而加速電纜金屬護(hù)套的損壞。對(duì)上述危害應(yīng)采取相應(yīng)的對(duì)策必須從電纜及附件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，電纜線路設(shè)計(jì)，施工等幾方面著手。(1電纜及附件。為減少大截面電纜的熱伸縮，電纜線芯宜采用分裂導(dǎo)線，不僅能減小線芯的損耗，而且單位面積上產(chǎn)生的熱機(jī)械力亦比其他形式導(dǎo)線要小。電纜附件設(shè)計(jì)必須考慮能承受電纜的熱機(jī)械力而不損壞。(2電纜金屬護(hù)套目前有鋁護(hù)套和鋁合金護(hù)套兩種，它們的性能有較大區(qū)別:鋁護(hù)套與鋁合金護(hù)套相比可提高電纜的運(yùn)行性能，故除防腐要求特別高的工程，一般電纜金屬護(hù)套以選擇鋁護(hù)套為宜。(3直埋敷設(shè)的電纜在臨近終端處，如變電站電纜層內(nèi)，可作蛇形敷設(shè)，

5、以吸收變形，減小末端推力:在支架處應(yīng)作剛性固定，以防止終端因電纜位移而損壞。(4排管敷設(shè)大截面電纜時(shí)，為阻止電纜產(chǎn)生彎曲變形可向敷有電纜的排管內(nèi)填充膨潤(rùn)土。在工井的排管出口處可作擾性固定，在電纜接頭的兩側(cè)需作剛性固定，以保護(hù)電纜接頭的安全。(5隧道內(nèi)電纜可蛇形敷設(shè)，以吸收由熱機(jī)械力帶來(lái)的變形，在斜面敷設(shè)時(shí)電纜需固定，接頭兩側(cè)電纜亦需作剛性固定，以保護(hù)電纜接頭的安全。(6豎井內(nèi)的大截面電纜可借助夾頭作蛇形敷設(shè)，并在豎井頂端做懸掛式固定，以吸收由熱機(jī)械力帶來(lái)的變形。(7市政橋梁敷設(shè)的電纜必須選用鋁護(hù)套，以降低橋梁振動(dòng)對(duì)電纜金屬護(hù)套造成的疲勞應(yīng)變，敷設(shè)方式可參照排管或隧道，需要注意的是，在考慮電纜熱

6、伸縮的同時(shí)，還需考慮橋梁的伸縮，在橋梁伸縮縫處、上下橋梁處必須采取撓性固定，或選用能使電纜伸縮自如的排架。和架空線類似，電纜在環(huán)境溫度改變時(shí)(或由于電纜負(fù)荷的變化引起的溫度變化 ，電纜本身的長(zhǎng)度會(huì)產(chǎn)生熱脹冷縮的現(xiàn)象。由于電纜本身具有一定的剛性，在受熱(冷 時(shí)，在電纜末端會(huì)累計(jì)產(chǎn)生一定的熱機(jī)械力，如果這種熱機(jī)械力得不到釋放，電纜會(huì)發(fā)生起拱、移位等現(xiàn)象，情況嚴(yán)重時(shí)，電纜局部部位的彎曲會(huì)超過(guò)允許的最大彎曲半徑，長(zhǎng)期運(yùn)行，電纜金屬護(hù)套會(huì)被損壞，起不到阻水效果，威脅電纜壽命。釋放電纜熱機(jī)械力的比較成熟的方法就是電纜蛇形布置。電纜蛇形布置的概念雖然早已提出但是在國(guó)內(nèi)應(yīng)用的實(shí)例并不多見(jiàn)，一般直埋、排管敷設(shè)電

7、纜時(shí)，至多在電纜接頭處采用部分波浪形布置以吸收電纜熱機(jī)械力，在電纜長(zhǎng)路段，即使在電纜隧道內(nèi)一般也并不設(shè)電纜蛇形布置。但是在國(guó)外，特別是在日本，電纜蛇形布置卻應(yīng)用得較為普遍，表1是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用電纜蛇形布置的一些實(shí)例。二、電纜蛇形布置方式的選擇電纜蛇形布置一般有兩種方式：水平蛇行布置和垂直蛇形布置。對(duì)于這兩種蛇形布置，蛇形形狀選擇的計(jì)算公式有一定的差別。1. 電纜水平、垂直蛇形布置計(jì)算公式電纜蛇形布置的示意圖如圖1所示。水平、垂直蛇形布置的蛇行弧軸向力計(jì)算公式如表2所示。式中符號(hào)“+”拉張力，符號(hào)“一”壓縮力w 電纜單位重量，kg/mm;EI 電纜彎曲剛性，kg/mm2;127改革與開(kāi)放2009年3

8、月刊（上接第126頁(yè)）（3）. 鍋水水質(zhì)化驗(yàn)。這一環(huán)節(jié)至關(guān)重要，主要有P 堿度、M 堿度、氯離子、PH 值等。鍋水水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果是否合格，以鍋爐水處理方法以及鍋爐壓力，對(duì)照我國(guó)現(xiàn)行的低壓鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行判斷。（4）. 蒸汽品質(zhì)的監(jiān)測(cè)。我國(guó)對(duì)低壓蒸汽鍋爐的蒸汽品質(zhì)監(jiān)測(cè)，目前尚無(wú)統(tǒng)一的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。但筆者認(rèn)為，優(yōu)良的蒸汽品質(zhì)，其蒸汽冷凝水中的各種雜質(zhì)含量應(yīng)該是很低的，PH 值應(yīng)呈中性或弱酸性（在沒(méi)有投加中和胺類緩蝕劑時(shí)）。比較簡(jiǎn)單的方法是通過(guò)化驗(yàn)蒸汽冷凝水的堿度、PH 值、氯離子、電導(dǎo)率等項(xiàng)目，來(lái)判斷蒸汽品質(zhì)的好與壞，如果這些監(jiān)測(cè)項(xiàng)目數(shù)值很高，則說(shuō)明蒸汽品質(zhì)已經(jīng)惡化。3. 調(diào)整運(yùn)行工況鍋爐運(yùn)行工況（

9、如壓力、水位、負(fù)荷等）對(duì)防止汽水共騰影響很大，它主要靠司爐工操作來(lái)控制。以下幾方面應(yīng)該注意：（1）. 在保證生產(chǎn)用汽的前提下，鍋爐運(yùn)行壓力不宜提升過(guò)高；（2）. 在保證安全運(yùn)行的前提下，運(yùn)行水位不宜過(guò)高，一般在中低水位即可；（3）. 蒸汽閥門開(kāi)啟不宜過(guò)快過(guò)猛；（4）. 鍋爐升壓盡可能平緩。4. 搞好鍋爐排污鍋爐排污一是排出鍋水中的沉淀物即水渣，二是排出一部分含鹽量較高的鍋水，補(bǔ)充新的給水，以降低鍋水濃縮倍數(shù)，防止鍋爐結(jié)垢以及產(chǎn)生汽水共騰。因此，對(duì)于含鹽量較高的給水來(lái)說(shuō)，搞好鍋爐排污，控制鍋水濃縮倍率，對(duì)防止汽水共騰至關(guān)重要。鍋爐排污分為定期排污和連續(xù)排污。蒸發(fā)量在4噸/小時(shí)以下的小型蒸汽鍋爐一

10、般只有定期排污。定期排污裝置一般安裝在鍋筒及聯(lián)箱底部，除了排出水渣等沉淀物以外，還有調(diào)整鍋水含鹽量的作用。也就是說(shuō)，當(dāng)鍋水含鹽量較高時(shí)，必須通過(guò)定期排污使其降低。定期排污的頻率及排污量應(yīng)根據(jù)鍋爐負(fù)荷及鍋水水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果而定，在正常供汽運(yùn)行中，為了保持鍋爐運(yùn)行工況平穩(wěn)，應(yīng)盡可能做到勤排、少排、均衡排，盡量避免大排大補(bǔ)。但也不能因?yàn)榕盼蹠?huì)降低鍋爐供汽壓力而長(zhǎng)時(shí)間憋住不排。蒸發(fā)量在6噸/小時(shí)以上的鍋爐，除定期排污裝置外，一般還有連續(xù)排污裝置（或稱之為表面排污）。連續(xù)排污裝置一般是安裝在沿鍋筒縱向正常水位以下80100毫米處，主要是為了排出汽水界面含鹽量、含硅量很高的鍋水及細(xì)小的晶?；驊腋∷?，減少泡沫

11、生成，防止汽水共騰，保證蒸汽品質(zhì)。連續(xù)排污，顧名思義就是連續(xù)不斷的排出鍋水。盡管如此，連續(xù)排污量的大小仍是有講究的，主要以鍋水含鹽量的化驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，通過(guò)調(diào)整連續(xù)排污閥門的開(kāi)啟程度來(lái)控制。這里需要特別指出的是，有的人認(rèn)為連續(xù)排污會(huì)浪費(fèi)水汽，故而將連續(xù)排污閥門長(zhǎng)期關(guān)閉不開(kāi)，這種做法顯然是十分錯(cuò)誤的。5. 投加消泡劑投加消泡劑可以破壞鍋水表面的膠體薄膜，降低鍋水表面張力，使氣泡易于破裂而不致于形成泡沫層，并可使鍋水在含鹽量較高的濃度下，仍能保證蒸汽品質(zhì)，有效防止汽水共騰，降低排污率，節(jié)約燃料，安全運(yùn)行。目前市售的消泡劑品種很多，適用對(duì)象及環(huán)境條件各不相同。因此，必須選擇專用于蒸汽鍋爐鍋水消泡的消泡

12、劑。參考文獻(xiàn)：鍋爐水處理湖北科學(xué)技術(shù)出版社1989.7出版李培元、錢達(dá)中、王蒙聚編著工業(yè)鍋爐水處理及水質(zhì)分析勞動(dòng)人事出版社1987.10出版姚繼賢主編水處理技術(shù)化東理工大學(xué)出版社2000.12出版陸柱、陳中興、蔡蘭坤、黃光團(tuán)編著n 電纜橫向滑移量，mm; a 電纜線膨脹系數(shù)，1/C; B 蛇形弧幅，mm; L 蛇形弧節(jié)距半長(zhǎng)度（半節(jié)距），mm; t 溫升，C; u 摩擦系數(shù)。2電纜水平蛇形布置水平蛇行布置的弧形設(shè)計(jì)需根據(jù)電纜占用空間、施工方便程度和軸向力等條件選擇，蛇行節(jié)距一般取69m 、弧幅取1個(gè)電纜直徑(1D 以上，對(duì)于特殊敷設(shè)條件，往往需要根據(jù)實(shí)際條件來(lái)選擇。蛇行弧的選擇與電纜截面無(wú)關(guān)。

13、3. 電纜垂直蛇行布置垂直蛇行敷設(shè)的軸向力受兩個(gè)支持點(diǎn)之間電纜自重影響，如圖3所示。圖2垂直蛇行敷設(shè)側(cè)視圖垂直蛇行弧形設(shè)計(jì)與水平蛇行弧設(shè)計(jì)相似，需根據(jù)電纜占用空間、施工方便程度和軸向力等條件選擇，但要在蛇行弧頂部設(shè)電纜支持金具。蛇行節(jié)距一般取35m 、弧幅取15D 以上。蛇行弧的選擇與電纜截面無(wú)關(guān)。銅線屏蔽電纜在溫度上升時(shí)，由于螺旋變形會(huì)使電纜向水平方向滑移，這現(xiàn)象已得到證實(shí)，因此在考慮電纜占用空間時(shí)要注意。4. 兩種電纜蛇形布置的比較在合理選擇蛇形形狀及夾具布置方式的條件下，兩種蛇形布置方式均能滿足電纜熱伸縮的要求，但是相對(duì)水平蛇形來(lái)說(shuō)。垂直蛇形布置的優(yōu)點(diǎn)是：能夠合理利用空間，在空間較有限區(qū)

14、域，結(jié)合電纜三角布置，能夠最大限度地節(jié)省敷設(shè)空間。但是，垂直蛇形布置的施工難度較水平蛇形大，施工時(shí)較難準(zhǔn)確地控制波幅。相反，水平蛇形布置占空間較多，但施工相對(duì)容易。另外，從蛇形的形狀來(lái)看，垂直蛇形2個(gè)支持點(diǎn)(波峰 間無(wú)法取第3個(gè)支持點(diǎn)，因此電纜支架的間距與蛇形形狀是相等的，支架間距一般較大(大于3m 。為滿足電纜自重及短路動(dòng)穩(wěn)定要求，必須加大支架本身的強(qiáng)度要求【1】；另外，在存在振動(dòng)的場(chǎng)合，支架間距大可能會(huì)造成電纜與振動(dòng)源諧振，加大了電纜金屬護(hù)套破壞的可能性。在這樣的條件下，應(yīng)盡量避免采用垂直蛇形布置。而水平蛇形布置則可將支架的間距控制在需要的范圍內(nèi)。三、目前國(guó)內(nèi)蛇形敷設(shè)的現(xiàn)狀及結(jié)語(yǔ)根據(jù)了解，國(guó)內(nèi)天荒坪電廠豎井內(nèi)采用了電纜蛇形布置，但并沒(méi)有采用夾具角度固定，而是采用了可動(dòng)夾具的形式(關(guān)于蛇形電纜夾具固定方式將另行討論 。在小洋山工程中共有2座電纜豎井，根據(jù)所采用的電纜參數(shù)及電纜豎井不是太高的特點(diǎn)，我們采用的是第2種固定方式，每隔1rn 即設(shè)置一處電纜夾具予以固定。采用蛇行敷設(shè)后，能把電纜金屬護(hù)套的畸變量分散到各個(gè)蛇行弧上，通過(guò)理論分析和試驗(yàn)證實(shí)金屬護(hù)套的畸變量沒(méi)有超過(guò)允許值，且裕度很大，因此一般