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        超高壓大截面電力電纜隧道敷設(shè)方式分析

        2015-03-14 01:09:38陳勤嬌
        機電信息 2015年12期
        關(guān)鍵詞:導(dǎo)輪控制箱輸送機

        盛 青 陳勤嬌 林 波

        (1.上海久隆電力(集團)有限公司工程分公司,上海200090;2.國網(wǎng)上海市北供電公司,上海200940;3.國網(wǎng)上海檢修公司電纜中心,上海200090)

        0 引言

        為了滿足日益增長的城市電網(wǎng)負荷需求,電力電纜的截面直徑不斷增大,輸電電壓也已達500kV。傳統(tǒng)的電力排管由于在尺寸、散熱等方面的局限性已經(jīng)不能滿足大截面、高電壓電纜的敷設(shè)需求,需采用隧道方式進行電纜敷設(shè)。本文著重對目前實際施工中使用的超高壓大截面電力電纜隧道敷設(shè)方式進行介紹和分析。

        1 電纜隧道敷設(shè)方式簡介

        目前國內(nèi)成熟的電纜隧道敷設(shè)方式有2種:全聯(lián)動電動導(dǎo)輪方式和牽引加輸送方式。

        1.1 全聯(lián)動電動導(dǎo)輪敷設(shè)方式

        電纜從電纜盤經(jīng)過放線架前端1 000kg輸送機,再經(jīng)轉(zhuǎn)角滑輪組進入隧道豎井,根據(jù)豎井的深度在豎井內(nèi)放置1~2臺750kg輸送機,通過豎井進入隧道,沿隧道通過電動導(dǎo)輪進行敷設(shè)。隧道內(nèi)每隔3m配置一臺電動導(dǎo)輪,每一個分控制箱控制9臺電動導(dǎo)輪的運行,每一個總控制箱同時控制9臺分控制箱的運行(共計81個電動導(dǎo)輪作為一組)。敷設(shè)每盤電纜需使用3~4組電動導(dǎo)輪,每組電動導(dǎo)輪的總控制箱采用穩(wěn)定電源或發(fā)電機單獨供電。電纜尾端離開電纜盤前,將其與定速卷揚機連接,防止其突然下滑,并在卷揚機的控制下將尾端電纜勻速敷設(shè)入隧道,如圖1所示。

        圖1 電動導(dǎo)輪敷設(shè)方式示意圖

        1.2 牽引加輸送敷設(shè)方式

        牽引加輸送方式由傳統(tǒng)的排管電纜敷設(shè)方式演變而來,與全聯(lián)動電動導(dǎo)輪敷設(shè)方式的不同在于采用輸送機實現(xiàn)電纜的移動和轉(zhuǎn)向,如圖2所示。由于輸送機的出力比電動導(dǎo)輪大得多,因此敷設(shè)同樣規(guī)格的電纜所用的輸送機數(shù)量比電動導(dǎo)輪要少得多。

        圖2 牽引加輸送敷設(shè)方式示意圖

        2 敷設(shè)方式比較

        2.1 全聯(lián)動電動導(dǎo)輪敷設(shè)方式的特點

        2.1.1 全聯(lián)動電動導(dǎo)輪敷設(shè)方式的優(yōu)點

        (1)變頻聯(lián)動,自動化程度高。敷設(shè)用的輸送機、電動導(dǎo)輪、卷揚機、導(dǎo)向牽引機均由變頻聯(lián)動控制系統(tǒng)實現(xiàn)集中控制。該系統(tǒng)包括集中控制柜、導(dǎo)輪控制柜、卷揚機控制柜以及輸送機控制柜等,通過光纖通信技術(shù),構(gòu)成基于Profibus總線的自動化控制系統(tǒng)。每臺變頻調(diào)速控制箱可以獨立施行控制,也可以由網(wǎng)絡(luò)集中控制箱施行控制,既能實現(xiàn)所有設(shè)備統(tǒng)一的前進、后退、運行、停止等操作,也能實現(xiàn)對每臺設(shè)備的單獨控制,讓所有設(shè)備按序號順序啟動控制。

        (2)敷設(shè)距離長,可連續(xù)同步敷設(shè)。采用變頻控制技術(shù)和電壓轉(zhuǎn)換技術(shù)解決了電動導(dǎo)輪的驅(qū)動問題后,一組導(dǎo)輪聯(lián)動裝置包含6臺變頻調(diào)速控制箱和電壓轉(zhuǎn)換箱,每臺設(shè)備驅(qū)動電動導(dǎo)輪50只,總共可以驅(qū)動300只電動導(dǎo)輪,敷設(shè)距離達1 500m。在實際施工中,采用2組電動導(dǎo)輪實現(xiàn)的最長敷設(shè)距離為2 400m,以600m的電纜段長計算,可以實現(xiàn)4段電纜的連續(xù)敷設(shè)。整個電纜敷設(shè)作業(yè)面可以容納4段電纜的同步敷設(shè),縮短了每段電纜敷設(shè)的間歇時間。

        (3)分段控制,可分段獨立作業(yè)。通過光纖通信技術(shù)構(gòu)成的基于Profibus總線的自動化控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)單個輸送器械的獨立控制,也能實現(xiàn)任意一組輸送器械的獨立控制。因此,在長距離的敷設(shè)作業(yè)面上,不同段電纜的敷設(shè)環(huán)節(jié)不同,可以通過對相應(yīng)組別的輸送器械進行獨立操作,來實現(xiàn)不同敷設(shè)工序的獨立作業(yè)。以3段電纜為例:第一段電纜已經(jīng)敷設(shè)到位,開始搬上電纜支架并進行蛇形設(shè)置,此時可以操作最前端的600m電動導(dǎo)輪進行前進或后退來實現(xiàn)蛇形布置時余線的進退,從而精確控制蛇形幅值;第二段電纜也已敷設(shè)到位,正在進行蛇形設(shè)置的準(zhǔn)備工作,此時可以讓中間600m電動導(dǎo)輪處于停止?fàn)顟B(tài);第三段電纜還未敷設(shè)到位,正在向目標(biāo)區(qū)域前進,此時可以控制末端600m電動導(dǎo)輪按照敷設(shè)要求的速度同步運轉(zhuǎn),以實現(xiàn)電纜的安全、平穩(wěn)輸送。

        2.1.2 全聯(lián)動電動導(dǎo)輪敷設(shè)方式的缺點

        (1)系統(tǒng)龐大,組裝時間長。整個系統(tǒng)包含電源設(shè)備、控制設(shè)備、光纜電纜、電動導(dǎo)輪、輸送機和放線架,其中僅300只電動導(dǎo)輪就重達3 600kg,整個系統(tǒng)體積和重量都十分龐大,給設(shè)備運輸和貯存造成了很大困難。而且組裝整個系統(tǒng),部件的擺放、組裝、連接、調(diào)試十分耗時,以組建一組300只電動導(dǎo)輪為例,需要50個工日來完成系統(tǒng)組裝。

        (2)系統(tǒng)專業(yè)性強,操作維護困難。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)集中控制箱包括PLC、人機界面和光電轉(zhuǎn)換器等電氣設(shè)備。PLC作為整個網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的主站,實現(xiàn)與其他各從設(shè)備的數(shù)據(jù)交換和控制。人機界面采用SIEMENSMP370,屬于工業(yè)級設(shè)備,設(shè)置了操作按鈕轉(zhuǎn)換開關(guān)、聲光報警等裝置。操作人員需要具備一定的自動化設(shè)備操作經(jīng)驗,并經(jīng)過專門的培訓(xùn),才能操作整套聯(lián)動系統(tǒng)。

        2.2 牽引加輸送敷設(shè)方式的特點

        2.2.1 牽引加輸送敷設(shè)方式的優(yōu)點

        (1)系統(tǒng)簡單,操作維護容易。牽引加輸送敷設(shè)方式使用的器械包括卷揚機、輸送機、各種回轆。以敷設(shè)600m電纜為例,需要1臺卷揚機、10臺左右輸送機,再根據(jù)路徑現(xiàn)場情況設(shè)置若干回轆即可,20個工日即可完成系統(tǒng)搭建。卷揚機、輸送機的操作和維護都相當(dāng)便利,整個系統(tǒng)的運行可靠性較高。

        (2)輸出穩(wěn)定,對敷設(shè)環(huán)境適應(yīng)性強?,F(xiàn)有輸送機的最大出力可達到1 000kg,通過調(diào)節(jié)輸送機履帶凹形橡膠塊的夾緊力可以靈活調(diào)節(jié)電纜的輸送速度,在隧道內(nèi)坡度較陡和垂直的部分,輸送機可以起到很好的制動作用,防止電纜因自重發(fā)生滑移。通過調(diào)節(jié)輸送機的支架位置可以靈活調(diào)整輸送機的出力點和方向,以適應(yīng)隧道的高低差和水平轉(zhuǎn)向。如果將輸送機設(shè)置在布置電纜的支架平面上,可以實現(xiàn)電纜在支架上輸送,免去原先輸送到位后將電纜從輸送機搬上支架的工序,大量節(jié)約工時。

        2.2.2 牽引加輸送敷設(shè)方式的缺點

        (1)聯(lián)動性能差,現(xiàn)場協(xié)調(diào)指揮要求高。使用牽引機加輸送機方式進行電纜敷設(shè),各個器械之間距離較遠,需要通過各個器械的操作人員從無線對講機內(nèi)聽從現(xiàn)場敷設(shè)指揮人員的口令來控制器械的前進、停止和后退。如果各器械動作不同步,則會造成電纜受力不均衡,嚴(yán)重時會對器械和電纜本身造成機械損傷。所以,采用這種方式敷設(shè)電纜時,要求現(xiàn)場指揮人員具備足夠的專業(yè)知識和實踐經(jīng)驗。

        (2)系統(tǒng)構(gòu)成固定,現(xiàn)場靈活性差。由牽引機加輸送機組成的系統(tǒng)比較固定,只能進行同一區(qū)段電纜的敷設(shè)工作,不能進行多區(qū)段電纜的連續(xù)敷設(shè)。即在完成一段電纜的敷設(shè)之后,必須先將所有器械布置到下一段敷設(shè)區(qū)域,才能進行下一段電纜的敷設(shè),敷設(shè)工作的靈活性和連續(xù)性較差。

        3 適用性比較

        3.1 盾構(gòu)法、頂管法電力隧道

        盾構(gòu)式和頂管式隧道的工作井設(shè)置間隔通常都比較遠,兩個工作井之間的距離超過一段電纜的長度。全聯(lián)動電動導(dǎo)輪系統(tǒng)作業(yè)面較長,理論上在供電系統(tǒng)能滿足要求的前提下,該系統(tǒng)可以進行全隧道布置,實現(xiàn)電纜在隧道內(nèi)的輸送帶方式敷設(shè),通過總控制柜靈活控制各段電纜的前進、停止和后退。例如,上海的靜安至三林電力隧道中最長的工井間隔為1 412m,如表1所示,其中敷設(shè)的電纜盤長為720m和640m兩種。對于這種敷設(shè)條件,將電動導(dǎo)輪的布置長度擴展至2 200m,就能以#8工井為放纜孔,連續(xù)實施3段共計18盤電纜的敷設(shè)工作,大大縮短布置敷設(shè)器械的準(zhǔn)備工作時間。全聯(lián)動電動導(dǎo)輪系統(tǒng)的這些特點對于靈活設(shè)置放纜孔,合理制定電纜敷設(shè)方案十分有利,提高了盾構(gòu)式、頂管式電力隧道電纜敷設(shè)工作的施工效率。

        表1 靜安至三林電力隧道工井分布 單位:m

        3.2 開挖法電力隧道

        開挖法電力隧道的工作井設(shè)置距離通常比較近,通常一段電纜的敷設(shè)作業(yè)面上設(shè)置超過3座工井,全線放纜孔的設(shè)置受隧道結(jié)構(gòu)的影響較小。開挖法電力隧道的埋深較淺,通常為地表以下2~3m,且隧道整體根據(jù)地勢高低起伏存在高低差和較多的轉(zhuǎn)向。如果采用電動導(dǎo)輪,則需要對陡坡段和轉(zhuǎn)角段的電動導(dǎo)輪進行特別固定,必要時設(shè)置專人看護,防止敷設(shè)過程中導(dǎo)輪發(fā)生側(cè)翻或偏移,對電纜造成損傷。如果采用輸送機,則可以充分發(fā)揮輸送機單個出力大的優(yōu)勢,以敷設(shè)600m電纜為例,只需固定10臺左右輸送機就可以運轉(zhuǎn),確保敷設(shè)過程的可靠性。如果將輸送機設(shè)定在電纜敷設(shè)位置的作業(yè)面,還可以實現(xiàn)電纜輸送和支架就位同步進行,大大節(jié)省勞動力,提高效率。

        4 結(jié)語

        目前城市電網(wǎng)中電力隧道的應(yīng)用越來越多,為了適應(yīng)不同的線路環(huán)境條件和線路運行條件,電力隧道的規(guī)模、形式和結(jié)構(gòu)都各不相同。為了充分滿足電纜敷設(shè)的技術(shù)要求,應(yīng)該靈活選擇最合理的敷設(shè)方式,規(guī)避事故風(fēng)險,提高敷設(shè)質(zhì)量,為線路可靠運行打下堅實的基礎(chǔ),同時也為今后更長距離、更高電壓等級、更多電纜回數(shù)的電纜線路隧道敷設(shè)積累寶貴的經(jīng)驗。

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