110 kV 复合平滑铝套电缆敷设关键工艺设计

金金元， 陈朝晖， 冯毓敏， 金宏磊， 张仲奇

（1.浙江晨光电缆股份有限公司，平湖 314204； 2.国网厦门供电公司，厦门 361000；3.浙江大有集团有限公司，杭州 310000）

0 引 言

近年来，电网系统运行的110 kV 皱纹铝套电缆数次出现电腐蚀现象，严重时会造成电缆击穿，为电网安全运行带来严重隐患。 在这种环境下，110 kV复合平滑铝套电缆产品应运而生。 该产品结构中的半导电缓冲层与铝套内表面整体紧密接触后电场分布更加均匀，可避免在绝缘屏蔽表面产生电腐蚀现象。 在国外，平滑铝套电缆已有多年的敷设及运行经验，但在国内，该产品还属于新技术产品。 如何保证电缆在穿管、隧道、直埋等敷设时质量完好是电缆生产厂家与安装施工单位需要共同解决的问题。 皱纹铝套电缆已有多年的施工经验积累，已有一整套的敷设施工工艺安装规范，工艺也已逐渐成熟。 但平滑铝套电缆的敷设施工才刚刚起步，需要制定完善的敷设施工规范。 因此，为确保平滑铝套电缆的运行质量，敷设施工时应按照GB 50168—2018《电气装置安装工程电缆线路施工及验收标准》进行操作［1］，控制影响敷设施工质量的关键因素。 本工作对110 kV 复合平滑铝套电缆敷设施工中的关键工艺进行了分析说明。

1 敷设前的开盘验收

110 kV 平滑铝套电缆敷设有直埋敷设、管道敷设、隧道敷设等多种方式。 其中直埋敷设比较少；管道敷设在高压电缆敷设中的应用最普遍、最广泛；而隧道敷设一般在大城市等经济发达地区应用较为广泛。 与皱纹铝套电缆到货验收规则基本相同，平滑铝套电缆到货后或在敷设施工前要对电缆进行现场开盘验收，内容如下：①检查电缆的出厂合格证、试验报告、安装使用说明书等相关资料；②对电缆盘外的包装铁皮进行拆卸，在拆卸过程中应注意避免包装铁皮上的钉子挫伤电缆或施工人员；③电缆表面应有保护包装膜，在揭下包装膜时，不能用刀片等锋利器具割划，避免划伤电缆，要手工轻轻打开；④包装物全部拆开后，检查电缆两个端头是否密封完好，是否有牵引头，是否牢固可靠等；⑤用玻璃片均匀刮掉距离电缆两端约1 m 处的外护套表面黑色导电层，刮掉导电层的长度在10 ～15 cm，电缆护套四周不能有导电层残留；⑥全部检查完成后，在保证安全情况下，对电缆外护套进行直流耐压或绝缘电阻试验，试验电压按标准要求进行，试验全部合格后才可准备施放电缆。

2 敷设时的关键工艺设计

2.1 敷设时的环境温度要求

平滑铝套电缆敷设的环境温度应不低于0 ℃，如果低于0 ℃时，电缆的外护套及绝缘材料的脆性和硬度增加，此时电缆会变硬、变脆，在低温下敷设电缆容易造成外护套开裂等事故，并且国家标准GB 50168—2018 中也规定电缆在敷设前24 h 内的平均温度以及敷设现场的温度应不低于0 ℃［1］。因此，平滑铝套电缆敷设施工应该避开寒冷期间或者采取适当的加温措施，以保证电缆的安全敷设。当施工现场的环境温度低于0 ℃时，施工人员应采用适当的方法将电缆加热到0 ℃以上；对于环境温度条件非常苛刻的地方，施工人员也应想方设法对需安装的平滑铝套电缆进行预热后，方可按相应的电力安装规程进行正常作业。

2.2 电缆敷设方式

研究结果表明，110 kV 平滑铝套电缆比皱纹铝套电缆结构更紧密，电缆外径更小，不仅可以增加电缆装盘长度，减少现场电缆接头的数量，还可以降低敷设施工成本。 在敷设平滑铝套电缆时，如果电缆装盘长度较长，电缆盘的旋转速率不宜过快，否则会导致电缆内圈松弛，从而引起盘上的电缆跨线或打结。 因此，施工人员在敷设装盘长度1 km 以上的平滑铝套电缆时，应认真组织讨论施工放线方案，施工放线时不必一次性从头至尾放完，可以把电缆盘置于敷设现场中间，采用两头同时放缆的工艺；在放缆过程中，电缆应采取预退扭措施，可以将电缆从盘上绕出后盘绕成“∞”或“S”形，以保证电缆布放平直。放缆时应防止平滑铝套电缆出现扭转、打小圈、打结、浪涌等现象，以免损伤电缆内部的绝缘层，造成严重电缆施工事故。

2.3 电缆敷设中的“3 个力”

110 kV 平滑铝套电缆敷设时如何控制好拉力、牵引力、侧压力是敷设中的三大关键技术。

（1）拉力。 平滑铝套电缆在施工过程中承受的机械性能拉伸力和压扁力应不超过GB 50168—2018 标准规定［1］（投标书中另有规定的除外）。 在放缆过程中，应保证电缆从电缆盘上平稳放出，大长度电缆尽可能采用主动放缆的方式；如果电缆长度小于300 m，也可以采用被动放缆，但一定要注意拉力控制，也有可能会因牵引张力失控造成电缆承受张力过大，从而损坏电缆护套或绝缘层。

（2）牵引力。 牵引平滑铝套电缆时，牵引力主要作用在电缆导体上，并且电缆端头须安装可靠的防水牵引头，牵引电缆从电缆盘上平稳放出。 电缆外护层基本不受力，但可承受适当的张力和侧压力；如果是管道敷设，应预先清理管道内的杂物，保证牵引力不受强大阻力［2］。 敷设施工时的牵引力不应大于标准规定的数值，平滑铝套电缆大多是铜导体电缆，其导体允许抗拉强度最大为70 MPa。 施工时应由专人采用有效联络工具（如对讲机等）进行指挥协调，牵引速率不允许过快。

（3）侧压力。 有转弯的电缆线路，在弯曲部分的内侧，电缆被牵引力的分力和弯曲物的反作用力共同作用而使其受到的一种压力，这种压力称为侧压力。 侧压力是牵引力与电缆弯曲半径之比，侧压力与电缆的结构有很大关系。 平滑铝套电缆敷设时，如果侧压力过大将会压扁电缆。 对于平滑铝套电缆，主要考虑作用在外护套上的侧压力不能超过允许值。 因为110 kV 平滑铝套电缆是属于单芯电缆，外护层具有绝缘要求，电缆牵引敷设时，除了防止外护层被刮伤、擦破外，在弯曲部分内侧更要避免出现过大的侧压力，以避免压坏外护层从而影响外护层的绝缘性能。 平滑铝套电缆的外护层的允许侧压力最大为3 kN·m-1。

2.4 电缆固定方式

在输变电系统中，110 kV 电缆是用来传输大功率的，110 kV 电缆的截面比较大，可以达到1 600 ～2 000 mm2，当负荷变动时，电缆截面越大，受热胀冷缩的影响也越大，电缆就会受到周期性应力和应变的影响。

因此，在设计平滑铝套电缆的固定方式时，须充分考虑如何将这种应力和应变控制在最小允许范围内。 当敷设较大截面电缆时，应遵循整条电缆线路刚度一致的原则，采用挠性固定或刚性固定的方式。

（1）挠性固定。 挠性固定允许电缆在受热膨胀时产生一定的移位，但要加以妥善的控制使这种移位对电缆的金属护套不产生过分的应变而缩短寿命［3］。 挠性固定是沿平面或垂直部位的电缆线路成蛇形（一般为正弦波形）敷设的形式，通过蛇形波幅的变化来吸收由于温度变化而引起电缆的伸缩。敷设电缆时按设计选定的蛇形波节进行敷设［4］，在调整蛇形波节后用夹具固定电缆。 当电缆垂直敷设时，夹具的间距和蛇形波的最佳幅值取决于电缆的质量和刚度，一般采取夹具的间距（L）为3 ～6 m；当水平蛇形敷设时，夹具的间距可适当大一些，水平蛇形敷设时的初始幅值以相邻夹具间距的5%为宜。可采用蛇形方式将电缆固定在支架上，使得电缆因转弯而产生的弯曲应力得到释放，从而有效地避免了铝套与尾管焊接点因铝套应力集中而发生开裂的现象，水平蛇形敷设示意图见图1。

图1 水平蛇形敷设示意图

平滑铝套电缆水平蛇形敷设现场见图2。

图2 平滑铝套电缆水平蛇形敷设现场

（2）刚性固定。 即两个相邻夹具间的电缆在受到由于自重或热胀冷缩所产生的轴向推力后不能发生任何弯曲变形［3］。 平滑铝套电缆品字形蛇形敷设现场见图3。 与电缆在直埋敷设时一样，导体的膨胀全部被阻止而转变为内部压缩应力，以防止在金属护套上产生严重的局部应力。 因此，电缆线路在空气中敷设时，必须装设夹具使电缆不产生弯曲；电缆采用沟道敷设方式时，应用夹具将平滑铝套电缆分段固定，特别在电缆终端处一定要用带弹簧的电缆夹来固定电缆；这是因为110 kV 平滑铝套电缆都是单芯电缆，必须采用非磁性材料制成的夹具固定，并且固定夹具内应衬垫柔软的绝缘橡皮。 总之，无论采用何种方式敷设，均应将平滑铝套电缆排列整齐，严禁交叉，按规定在一定间隔处将其固定，并安装标志牌。

2.5 电缆弯曲敷设的设计

图3 平滑铝套电缆品字形蛇形敷设现场

在电缆敷设过程中，平滑铝套电缆若需弯曲布放，例如从地面牵引上杆架、从地面牵引入电缆管孔等，则应采用滑轮进行导向，且平滑铝套电缆的弯曲半径应符合GB 50217—2007《电力工程电缆设计规范》中规定的要求，即弯曲半径最小应大于20 倍电缆外径［4］。 电缆牵引上杆或穿管转弯敷设时，施工人员应在转弯处的挡线轮上涂覆润滑剂，使电缆在转弯时承受的侧压力和拉力最小［5］，进一步保证平滑铝套电缆的完好性。

平滑铝套电缆穿管敷设安装示意图见图4。 值得注意的是，在平滑铝套电缆转弯布放过程中，如果操作不当（例如弯曲半径太小或未采用规定尺寸的挡线轮等），电缆将承受较大的应力和侧压力，有可能导致平滑铝套电缆被挤压甚至变形，致使绝缘层受损。 如果压伤了电缆内部绝缘，会对竣工耐压试验造成影响，更有可能造成电缆被击穿事故。 平滑铝套电缆牵引上杆或穿管时的弯曲控制与普通皱纹铝套电缆有些不同，施工安装单位应足够重视，必须严格按照安装规程进行作业。

图4 平滑铝套电缆穿管敷设安装示意图

2.6 其他特殊控制

在不连续作业的情况下，平滑铝套电缆两端头必须做密封防潮处理，用电缆热缩封帽封住电缆端头，以防止电缆内部浸水或受潮。 后续施工时，应事先再检查一下电缆两个端头，观察电缆内部是否进水受潮，检查符合要求后方可继续施工；采用管道敷设时，应避免管道浸水，若管道内有水，应及时抽出；在有供热管道区域（如北方地区）敷设时，应尽量使平滑铝套电缆的敷设路径远离供热管线；在白蚁经常出现的地方（如南方地区）敷设时，电缆外护层设计为防蚁保护层，或有防蚁的药物处理措施；在敷设施工中如发生电缆放缆设备故障、管道堵塞或其他特殊原因，造成电缆外护层被擦伤或擦破，应及时采取修补措施，直到电缆外护层耐压试验或绝缘电阻试验通过后，方可继续敷设电缆。

3 敷设后的检查和试验

（1）敷设后的外观检查。 在电缆敷设完成后，要对电缆的整体外观进行检查，以确保电缆的现场安装敷设质量。

（2）敷设后的试验检查。 根据110 kV 高压电缆国家标准GB／T 11017—2014 中的规定［6］，试验应在电缆和附件安装完成后的新线路上进行。 ①非金属外护套直流耐压试验，在电缆金属套与地之间对外护套施加10 kV 直流电压，保持1 min 非金属外护套不被击穿为合格，确保电缆外护套的完好性。②绝缘交流电压试验，交流电压波形应基本为正弦波形，频率应为20～300 Hz。 施加交流电压128 kV，保持1 h 电缆绝缘层不被击穿为合格；也可以施加交流电压64 kV，保持24 h，电缆绝缘层不被击穿为合格， 两种试验方法均可以。 安装试验应按GB 50168—2018执行。

（3）通过上述试验后的电缆线路，只有确认工程全部竣工、符合设计要求、施工质量达到有关规定后，电缆线路才可正式投入试运行。

4 结束语

本工作主要对110 kV 平滑铝套电缆在敷设前、敷设中和敷设后的关键工艺进行了说明，特别对电缆敷设的环境温度、敷设方式、固定方式以及电缆敷设中的拉力、牵引力、侧压力等3 个力进行了分析。

平滑铝套电缆的敷设施工与普通的皱纹铝套电缆有很多不同的要求，对于平滑铝套电缆应从设计、生产、应用等方面开展系统的研究，明确电缆产品的适用范围和应用现场环境，编写电缆施工规范。 最终确保电缆的敷设质量，为电网的安全运行奠定良好的基础。

国外的平滑铝套电缆已有成熟产品及敷设应用经验，但国内对平滑铝套电缆的敷设技术应用和研究还处于起步阶段。 目前，国产的110 kV 平滑铝套电缆已在国网北京电力公司、厦门供电公司和杭州供电公司等得到应用，但需不断积累敷设及应用经验，将来产品的应用量才会不断扩大。

采用平滑铝套电缆可以节约生产成本和运行成本，增加电缆的载流量，降低了缓冲层发生烧蚀故障的风险。