復合支架在高壓電力電纜線路中的應用

楊先進，李廣帥，王炯耿，張杰

（1.國網浙江省電力公司杭州供電公司，杭州310009；2.國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

復合支架在高壓電力電纜線路中的應用

楊先進1，李廣帥1，王炯耿2，張杰2

（1.國網浙江省電力公司杭州供電公司，杭州310009；2.國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

近年來杭州地區批量輸電線路由架空導線改成了入地電纜，如何選取和應用大量支撐和固定電力電纜的支架成為一個突出的問題。通過傳統金屬電纜支架和復合材料電纜支架技術、經濟參數的對比，充分顯示了復合材料制成電纜支架的優越性，著重介紹了螺栓固定式復合電纜支架的安裝與使用情況。

電力電纜；復合；支架

城市電纜化程度是衡量城市電網技術經濟水平的重要標志，大量采用地下電力電纜線路取代架空輸電線路的輸電方式，已成為城市電網發展的主要趨勢。在電纜構筑物中用來支撐和固定電纜的支架或構架及夾具，對于電纜的安全運行起著重要作用[1]，尋求一種高強度、安裝簡便、耐腐蝕、非磁性物質的電纜支架是電纜可靠運行的必要前提。

1 不同電力電纜支架的性能對比

截至2013年底，國網杭州供電公司管轄的35 kV及以上高壓電纜線路共計393條（段），電纜線路總長度約1 000 km，其中電纜溝體或隧道支架主要采用鐵質、鋼質等金屬材料制成。這種傳統的金屬電纜支架有不耐腐蝕、機械強度低、絕緣性能差、阻燃溫度低及渦流損耗大等缺點，且隨著電纜線路運行時間的不斷增加，電纜溝支架逐漸出現腐蝕、老化現象，無法滿足承重需要。

新型復合材料電纜支架，是以樹脂為基體，玻纖為增強材料，利用先進復合材料成型工藝制成，適用于電纜支撐和固定。與原電纜支架的性能對比見表1，顯然新型復合材料電纜支架具有明顯的優勢。

（1）復合材料中纖維與基體的界面能有效阻止裂紋擴展，拉伸強度高于金屬材料的30%；同等受力條件下，復合材料支架繞度小于金屬材料。具有強大的支撐力，機械強度好，達到國內標準的最高承受力要求，能支撐更多電纜，可以擁有更長的懸空距離。

（2）絕緣性能好，電氣強度達到14 MV/mm，由于復合材料為非磁物質，能徹底消除環流，因此電纜運行過程中不會再產生渦流損耗；且耐水、耐油，在酸、堿、鹽環境中不會被腐蝕、銹蝕或霉蛀。

（3）支架表面光滑，減少了因電纜與支架之間摩擦而對電纜造成的損傷；多孔位設計使電纜擺放固定、方便有序、整齊美觀，便于檢修；采用方形結構，適合建筑施工，便捷且防滑；具有30年以上的超長壽命，經久耐用。

（4）因其回收無價值，需由特殊設備及工藝處理，綠色環保且防盜。

由表1可以看出，新型復合材料支架重量更輕，性能更好，全壽命使用成本更低，還大大降低了更換電纜支架所帶來的安全風險，因此采用新型復合材料電纜支架將大大提高施工效率，保證安全可靠。

2 復合電纜支架施工要點

2.1 主要特點

螺栓固定式復合電纜支架適合在磚砌、混凝土澆筑的電纜溝壁中安裝，特別是在拱形、圓形等弧形的電纜隧道中使用，不需預埋，強度高，安裝簡捷，膨脹螺栓固定方便，組合間距可自由調節，不需要立柱，安裝成本大大低于同類型、同質量的角鋼類電纜支架。同時兼具阻燃、絕緣、耐腐蝕、強度高、抗老化、抗靜電、施工方便、造價低、防盜等優點。

2.2 規格型號

螺栓固定型支架是由單個托臂靠膨脹螺栓與電纜構筑物固定的支架形式。托臂也可以用于弧形隧道的安裝，一般在電纜溝內必須一次性規劃完成。圖1是復合電纜支架結構，支架型式及尺寸為杭州某220 kV電纜工程采用，也可根據工程實際需要進行調整。復合電纜支架的安裝效果見圖2。

圖1 復合電纜支架

圖2 復合電纜支架安裝效果

2.3 復合支架在電纜溝中的安裝

復合支架在電纜溝中安裝形式如圖3所示。在支架安裝前要進行劃線，確定位置；用電錘對電纜溝壁進行鉆孔，并用膨脹螺栓固定支架。在弧形隧道里要注意選配合適的墊片，保持支架的水平安裝。

圖3 復合支架安裝示意

2.4 蛇形敷設

電纜蛇形敷設按照設計要求是全波形垂直方向蛇形敷設，220 kV電壓等級2 500 mm2截面的電纜在現場實際施工中，由于電纜和支架的角度過大而且很難精確調整到同一角度，支架橫檔不易固定。按照圖4作半波長垂直蛇形敷設，蛇形幅度0.15 m可大大降低施工的難度，同時也保證蛇形裕度。

圖4 電纜的蛇形敷設

根據蛇形敷設的具體要求，先調整好支架位置，敷設最上層支架電纜，預留回路安排在下層。電纜敷設時，牽引頭可放置在手推平板車上，根據輸送機的推進速度人力牽引往前行進。電纜夾具內放置橡膠墊襯，防止電纜刮傷。電纜從牽引頭一端開始上支架，輸送機配合逐段往前輸送電纜滿足蛇形需要。電纜每敷設1個蛇節后，需要立即緊固高點螺栓。

3 復合支架應用效果

3.1 經濟效益凸顯

按照電纜設計使用壽命30年計算，以杭州某220 kV雙回路電纜工程中12 m的電纜溝體支架安裝為例，分別計算復合材料和鍍鋅角鋼電纜支架造價。雙回路每隔3 m安裝1副支架，需安裝10套支架，而鋼支架使用年限為20年，期間需要更換1次支架，共需安裝20套，電纜支架經濟性能對比如表2所示。

表2 電纜支架經濟性能對比

從表2可見復合材料電纜支架單價比普通鋼支架高，但考慮到鋼支架易腐蝕，其使用壽命比復合支架短，期間需更換1次電纜支架，實際運行維護費用比復合支架高。因此，復合電纜支架全壽命周期費用將小于鋼電纜支架。

3.2 渦流損耗大大降低

隨著高電壓、大截面單芯電纜的大量應用，在鋼結構電纜支架上的渦流損耗逐步引起了設計、施工和運行維護人員的關注。以北京供電公司的某電纜為例，在巡檢中發現隧道內1條1 mm ×2 500 mm 220 kV交聯聚乙烯電纜的鋼結構支架溫度異常，實測溫度達60℃，電纜表面溫度45℃，支架比隧道空氣溫度高22℃。鋼結構支架上的損耗和電纜電流以及電纜與支架間距離緊密相關，經計算[2]，當電纜載流量在500～1 000 A變化，電纜與支架距離在100～200 mm時，支架上渦流損耗計算值為2～10 W。雖然單根支架渦流損耗不大，但電纜線路很長，電纜支架數量很大時，總計損耗就相當可觀了。

以杭州某220 kV電纜工程為例，雙回路電纜全溝體敷設路徑長度4.5 km，整個工程鋼結構電纜支架有6 000個。如果以每個支架因渦流損耗2 W的電能計算，這6 000個支架總損耗將達到12 kW，每年消耗電能將達到11萬kWh，渦流經濟損耗達5萬元/年，而采用復合材料的電力電纜支架可以有效減少這種渦流損耗。

4 結語

新型復合材料電纜支架解決了傳統金屬電纜支架易腐蝕所帶來的使用壽命短、維護困難、運營成本高及有渦流損耗等問題，在杭州某220 kV電纜工程中應用表明，新型復合材料電纜支架在城市電網中有著良好的應用前景。但值得注意的是，220 kV及以上電壓等級電纜應考慮蛇形敷設，電纜溝體深度應預留蛇形裕度，通過調整支架安裝位置滿足蛇形敷設要求，另外電纜支架與溝體的連接方式應優先采用預埋件連接，避免因支架安裝損傷已建電纜溝體。

[1]GB/T 50217-2007電力工程電纜設計規范[S].北京：中國電力出版社，2007.

[2]梁永春，柴進愛，李彥明，等.有限元法計算交聯電纜渦流損耗[J].高電壓技術,2007（9）∶196-199.

（本文編輯：楊勇）

Application of Composite Holder in the High-voltage Power Cables

YANG Xianjin1，LI Guangshuai1，WANG Jionggeng2，ZHANG Jie2
（1.State Grid Hangzhou Power Supply Company，Hangzhou 310009，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

In recent years，a batch of transmission lines in Hangzhou are changed from overhead type to underground cables.The selection and use of a large amount of holders for supporting and fixing power cables obviously become a problem.By comparing technical and economical parameters of traditional metal holders with those of composite holders，composite holders are obviously superior to the metal ones.The paper mainly introduces installation and use of bolt-fixed composite cable holder.

power cable；composite；holder

TM757

：B

：1007-1881（2014）01-0023-03

2013-09-25

楊先進（1982-），男，湖北咸寧人，工程師，從事輸電線路運行、檢修管理工作。