國網(wǎng)北京房山供電公司 常笑宇 黃文駿 計(jì) 勍 劉羽千 陳煥璽

1 引言

現(xiàn)階段，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)愈發(fā)完善，地下管線建設(shè)與維護(hù)工作的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有所提高。其中大部分地下電力管線均為水泥、塑料、玻璃鋼、MPP 管等材料，預(yù)埋在提前開挖的溝槽內(nèi)，并按照規(guī)定間隔設(shè)置人工井作為安全工作點(diǎn)，完成日常接線、檢修等工作。而人工井由水泥砌筑而成，各個(gè)井點(diǎn)之間相互連通，密封防水不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)有水、異物滲入，浸泡電纜、堵塞管道，加速電纜絕緣表層損壞，容易造成電纜故障，影響電力設(shè)施的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。因此，亟須一種有效、便捷的管道封堵設(shè)施解決該問題，維護(hù)電纜持續(xù)安全、可靠運(yùn)行。

2 充氣式電纜管道密封裝置的研制過程

2.1 研制方案確定

充氣式電纜管道密封裝置的研制具有系統(tǒng)性，其中需要先確定研制方案，即對(duì)裝置功能、組成部分、材料及類型等進(jìn)行分析，明確具體要求。本次研究裝置為一種密封袋，袋體由金屬涂層以及多層高分子材料組合而成，充氣膨脹后可自動(dòng)填充間隙，是一種完全柔性封堵裝置。

首先，在功能方面，充氣式電纜管道密封裝置至少應(yīng)具備以下功能：基本功能，包括密封防水性能、耐腐蝕、抗老化、安裝與拆除便捷、固定牢靠；附加功能，包括防火功能、防止小動(dòng)物進(jìn)出、可回收利用、可適應(yīng)各種尺寸電纜通道[1]。

其次，在材料及類型方面，根據(jù)功能的要求，密封裝置的氣嘴類型可以選擇導(dǎo)氣管、活動(dòng)充氣嘴，防鼠層可以設(shè)置金屬絲網(wǎng)與化學(xué)物品，防火層可以設(shè)置防火涂料、高溫防火布，防水層可以設(shè)置防水膠條、涂刷防水涂料。

最后，在裝置使用要求方面，應(yīng)實(shí)現(xiàn)安裝步驟少、省時(shí)省力，并且裝置本身體積小、方便運(yùn)輸，結(jié)構(gòu)結(jié)實(shí)不易破損。

可以選擇導(dǎo)氣管氣嘴或者活動(dòng)充氣嘴。前者屬于一次性物品，后續(xù)無法再利用，但其充氣口位置含有自我填充膠質(zhì)材料，充氣便捷、方便使用；后者可以結(jié)合密封裝置內(nèi)部壓力狀態(tài)調(diào)節(jié)，補(bǔ)氣與放氣靈活，并可以循環(huán)使用。

防鼠層可以選擇金屬絲網(wǎng)以及化學(xué)物品，前者直接將金屬絲網(wǎng)加設(shè)在密封袋體表面，起到封堵裝置、預(yù)防老鼠啃食作用，材質(zhì)安全，對(duì)人體與環(huán)境無毒害作用；后者是指將化學(xué)物品涂抹在密封袋體表面，但在封閉的電纜管道內(nèi)會(huì)形成有毒害氣體，對(duì)檢修維護(hù)人員的安全具有一定威脅。

防火層可以選擇防火涂料與高溫防火布，防火涂料是一種價(jià)格低廉的防火材料，具有良好的防火性能，但在安裝密封裝置期間需要人工涂刷，工作量大，也易因涂刷不均勻?qū)Ψ阑鹦阅茉斐捎绊?；高溫防火布可以直接?duì)密封袋體進(jìn)行包裹，具有良好的防火耐高溫效果。

防水層可以組合搭配防水材料，如防水膠條搭配防水涂料。通過防水膠條可以使密封裝置袋體與管道壁、電纜處于裹緊、貼牢狀態(tài)。搭配具有流動(dòng)性的防水涂料，填充袋體之間的縫隙。同時(shí)，防水涂料具有良好的性能優(yōu)勢，其彈性絕佳、黏結(jié)能力強(qiáng)，無毒害、環(huán)保、耐高溫、耐酸、耐堿，但安裝不便，對(duì)工藝要求高，尤其是基面處理難度較高。

基于上述分析，確定充氣式電纜管道密封裝置研制方案如圖1所示，密封裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 充氣式電纜管道密封裝置研制方案

圖2 充氣式電纜管道密封裝置結(jié)構(gòu)

2.2 研制對(duì)策分析

采用橡膠塞、氣嘴底座與外罩組裝成活動(dòng)充氣嘴，可循環(huán)利用3次以上，每次使用時(shí)密封性必須達(dá)到100%；防鼠層主要依靠金屬絲網(wǎng)發(fā)揮防鼠作用，加裝在密封裝置兩側(cè)，安裝后應(yīng)保證老鼠進(jìn)出率≤1%，利用超聲波焊接將金屬網(wǎng)固定在密封裝置材料壁；防火層主要依靠高溫防火布發(fā)揮作用，覆蓋在金屬絲網(wǎng)上，固定后保證能夠耐≥800℃以上明火炙燒；采用自身具有膠黏功能的防水膠條，其防水性能要求為100%，于密封裝置正中間位置使用，內(nèi)外面均需粘貼[2]。

2.3 研制對(duì)策實(shí)施

活動(dòng)充氣嘴應(yīng)安裝在密封裝置材料壁內(nèi)側(cè)，采用超聲波焊接，確定固定后，需要多次對(duì)充氣嘴進(jìn)行充氣檢測，并在充氣狀態(tài)下對(duì)密封袋體的性能進(jìn)行檢測。其充氣嘴使用次數(shù)超過3次且密封性為100%、各項(xiàng)檢測達(dá)到技術(shù)要求符合研制要求。具體測試要求見表1。本裝置測試結(jié)果均為通過。

表1 密封性測試項(xiàng)目及技術(shù)要求

防鼠層固定中在密封袋體兩側(cè)利用熱熔膠固定金屬絲網(wǎng)，經(jīng)穿刺試驗(yàn)檢驗(yàn)金屬絲網(wǎng)效果，采用專門工具，試驗(yàn)時(shí)內(nèi)部氣壓應(yīng)控制在0.18MPa，穿刺時(shí)保持垂直狀態(tài)（300N，持續(xù)60s），無穿刺現(xiàn)象符合技術(shù)要求，從而將老鼠進(jìn)出率控制在1%內(nèi)，測試結(jié)果顯示通過。

防火層固定中也需要利用熱熔膠，固定后需要進(jìn)行耐火試驗(yàn)。試驗(yàn)應(yīng)重復(fù)兩次，每次試驗(yàn)方法相同，均為單根燃燒法，但試驗(yàn)位置不同，第一次位置在上支架下緣與碳化起點(diǎn)之間，要求距離超過50mm，測試為377mm；第二次為燃燒向下延伸至上支架下緣間，要求距離在540mm 內(nèi)，測試為504次。兩次燃燒試驗(yàn)結(jié)果顯示防火層均能耐800℃以上明火炙燒。

防水膠條本身具有膠黏性，可以直接固定在袋體內(nèi)外兩面正中間位置，固定后需要進(jìn)行密封性試驗(yàn)。試驗(yàn)分兩步進(jìn)行，先通過充氣水浸法進(jìn)行試驗(yàn)，為試驗(yàn)樣品沖壓，內(nèi)部氣壓控制在0.3～0.35MPa，管道壓力根據(jù)內(nèi)徑控制，方案中選擇內(nèi)徑110mm 管道時(shí)試驗(yàn)時(shí)的內(nèi)部氣壓應(yīng)控制在0.05MPa，在室溫條件下持續(xù)15min，無連續(xù)氣泡溢出符合技術(shù)要求；再進(jìn)行水壓測試，樣品內(nèi)部氣壓0.3～0.35MPa，水壓5m，持續(xù)30d，無移位與泄漏現(xiàn)象符合技術(shù)需求。測試結(jié)果顯示通過，防水膠條防水性可以達(dá)到100%。

3 充氣式電纜管道密封裝置的實(shí)際應(yīng)用

3.1 電力管線密封方法

目前，應(yīng)用于電網(wǎng)管道中的密封裝置多存在密封效果差、無法保證密封持續(xù)有效等問題，從現(xiàn)有技術(shù)條件來看，處理問題可以從三個(gè)方向出發(fā)。一是通過提升人工井整體密封性提高電纜管道密封性，但由于成本高，無法大范圍推廣。二是利用堵漏王、水泥、防水泥等材料密封堵漏管道，但這種擋水方式有明顯缺陷，一些堵漏材料在熱脹冷縮作用下會(huì)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，且在進(jìn)行電纜接頭處維護(hù)、檢修時(shí)需要破壞封堵結(jié)構(gòu)，并在作業(yè)結(jié)束后重新進(jìn)行密封，極為不便，也嚴(yán)重影響電網(wǎng)電纜擴(kuò)容。三是研發(fā)充氣自補(bǔ)型管道密封裝置，可以解決管道密封難題。

根據(jù)電網(wǎng)管道的類型與特點(diǎn)，研發(fā)充氣自補(bǔ)型管道密封裝置是解決密封防水問題的恰當(dāng)方式。但需要保證密封裝置的防腐性、耐磨性、防火性等符合要求。本次研制密封裝置，主體材料為鋁合金型材，氣囊雙層彈性聚酯纖維織物采用厚度為3mm 的耐磨雙面PVC 涂層，可以抵抗大氣腐蝕，耐用性好。而防鼠層、防火層等均具有特殊設(shè)計(jì)，應(yīng)用后可以為混凝土、塑料等多類型的電纜管道提供完全的防水密封，并且阻止水滲入到地下變電站內(nèi)和用戶端受電室內(nèi)[3]。

3.2 充氣式電纜管道密封裝置工作原理與作用

本次研制的充氣式電纜管道密封裝置，是一種主體材料為金屬圖層、多層高分子材料的氣封袋，其兩側(cè)中線粘貼可承受高溫的防水膠條。充氣后，當(dāng)氣壓達(dá)到2.8±0.2kg 時(shí)，位于兩側(cè)的膠條則會(huì)自動(dòng)緊貼管道與電纜，從而做到完全防水，且充氣口含有的高分子材料可以自行填充，預(yù)防抽出充氣管時(shí)出現(xiàn)氣體泄漏。該密封裝置在電網(wǎng)中應(yīng)用，可以在電網(wǎng)管道施工或人工井下作業(yè)時(shí)創(chuàng)造干燥、清潔的環(huán)境，并且長時(shí)間內(nèi)可以避免抽水浪費(fèi)時(shí)間、資源，也可以有效預(yù)防老鼠進(jìn)入，減少不必要的損失。同時(shí)，裝置對(duì)管線具有良好的保護(hù)效果以及良好的適用性，由于使用柔性材料，可以做到完全柔性封堵，為線路提供二次保護(hù)。在PVC、鋼管、鐵管、水泥等管道中均可應(yīng)用，也適用于電纜管道管孔封堵，對(duì)管道與電纜形狀的限制較小，即使為橢圓形管道也可以安裝[4]。

3.3 充氣式電纜管道密封裝置安裝注意事項(xiàng)

本密封裝置的研制過程簡單，正確地安裝會(huì)對(duì)密封效果產(chǎn)生決定性影響。在明確材料的安裝位置后，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：安裝密封裝置的人員應(yīng)接受崗前培訓(xùn)，由廠家進(jìn)行統(tǒng)一專業(yè)培訓(xùn)，取得認(rèn)可證書后才具備上崗資格；安裝必須按照程序進(jìn)行，禁止隨意更改程序和調(diào)整安裝位置與方法；安裝時(shí)壓力密封測試是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可以直觀地反饋密封裝置的壓力，應(yīng)全程記錄檢測過程以及測試結(jié)果；在固定防水膠條時(shí)，應(yīng)將袋體表面清理干凈，避免影響?zhàn)そY(jié)效果；若需要安裝在海底，應(yīng)考慮海水壓力過大對(duì)密封裝置產(chǎn)生的影響；回收再利用前應(yīng)對(duì)密封裝置進(jìn)行細(xì)致檢查，查看有無雨水、污水、海水、異物入侵現(xiàn)象。

4 結(jié)語

充氣式電纜管道密封裝置的成功研制有效提升了地下電纜管道密封防水效果以及防火、防腐、防鼠性能，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證效果可靠，應(yīng)將成果積極推廣于電纜管道中，加強(qiáng)管道與電纜安全防護(hù)，維護(hù)電力系統(tǒng)與設(shè)施持續(xù)安全運(yùn)行。同時(shí)，也為未來新型電纜管道密封裝置的研發(fā)提供思路，以便有效應(yīng)對(duì)電纜管道在不同發(fā)展時(shí)期對(duì)密封防水提出的要求，持續(xù)、全面、有效預(yù)防地下電纜管道密封中出現(xiàn)的問題。