電纜工程的側壓力驗算

陳志鋒

（廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東江門529000）

0 引言

在城市化進程中，城市用電量逐年上升，而對城市清潔化的訴求使得城市中的架空輸電線路逐漸退出市民的視野之中，電力電纜輸電系統得以大力發展。運行經驗表明，除了外力破壞外，電纜擊穿事故主要由于施工過程中的操作不當引起，施工作業受到設計的影響，因此，電纜工程應嚴控設計、施工階段。本文主要介紹在電纜設計階段如何把控路徑的走向，為合理選擇電纜路徑提供數據支撐，避免給后期維護造成不可逆轉的損失。

1 電纜敷設情況分析

110 kV高壓電纜常見的敷設方式有電纜隧道、電纜溝、穿管、直埋等，在敷設過程中110 kV高壓電纜很容易受到損傷。110 kV高壓電纜采用穿管方式進行敷設，在敷設過程中，電纜管道中的混凝土殘渣很容易劃傷或磨損電纜的外表層，影響高壓電纜的安全使用。同時，在敷設過程中，110 kV高壓電纜彎曲部位易受到管壁的摩擦和機械損傷從而導致110 kV高壓電纜產生扭曲，管壁和電纜線之間發生摩擦損傷。

如果在設計階段沒有充分考慮施工時對電纜的影響，尤其是當電纜路徑的轉彎半徑不足或轉彎處的側壓力過大時，管道中的殘渣將對電纜的外護套造成致命損傷，并且可能會導致金屬護套變形、主絕緣變形，這將給后面的電纜附件制作造成難題，也給后期的運行維護埋下安全隱患。

2 校核方法

在設計階段可以根據DL/T 5221—2005《城市電力電纜線路設計技術規定》對電纜路徑是否合理進行驗算，在一般地形起伏不大的情況下，可以近似把路徑分為兩種情況：水平直線牽引、水平彎曲牽引。

（1）水平直線牽引可以使用以下公式進行計算：

（2）水平彎曲牽引可以使用李芬堡算式進行計算：

或者簡易算式（歐拉公式）進行計算：

側壓力：

式中，T為牽引力（N）；T1為彎曲前的牽引力（N）；T2為彎曲后的牽引力（N）；μ為摩擦系數，詳見圖1；W為電纜單位重量（N/m）；L為電纜長度（m）；R為電纜的彎曲半徑（m）；θ為彎曲部分的圓心角（rad）；P為側壓力（N/m）。

3 計算實例

江門某快速通道道路橋梁經過110 kV棠中線12#—13#檔，造成110 kV棠中線此檔對快速通道安全距離不足（線行下快速通道橋梁建成后距離架空線不足1 m），且棠中線上方有500 kV線路經過，升高棠中線將對500 kV線路安全間距不足，故需對110 kV棠中線12#—13#段進行架空線路入地電纜敷設的遷改。

本工程電纜線路的型號為YJLW03-Z 64/110 1×1200，截面1 200 mm2，單位重量18.76 kg/km，即184 N/m，新建線路路徑長約0.58 km，其中架空線路路徑長約0.16 km，電纜線路路徑長約0.42 km。電纜敷設方式：采用電纜溝、排管敷設，N1-A段為16.7 m埋管；檢查井A無角度，長約2 m；A-B段為75 m埋管；轉彎井B轉角90°，弧長約7 m；B-C段為279.2 m埋管；轉彎井C轉角90°，弧長約7 m；C-N2段為33.4 m埋管（圖1）。

圖1 110 kV電纜遷改工程路徑圖及各種牽引條件下的摩擦系數

由于受到現場位置的制約，施工須從N2塔往N1塔方向敷設，根據《城市電力電纜線路設計技術規定》，波紋鋁護套電纜護層容許最大側壓力為3 kN/m；根據電纜的截面可以算出該型號電纜的容許最大牽引力：

3.1 電纜盤出線段

受地形限制，本電纜盤出線段近似認為長度10 m，水平彎曲90°，轉彎半徑16 m，在滾輪上牽引，因該處為首端，選用上述公式（1）可得：

牽引力：T出線=μWL=0.2×184×10=368 N；

側壓力：P出線=T/R=368/16=23 N/m。

該處的牽引力及側壓力均在容許范圍內。

3.2 N2-C段

該段電纜長度33.4 m，水平直線無彎曲，在塑料管內牽引，選用上述公式（1）可得：

該段牽引力：TN2-C=μWL+T出線=0.3×184×33.4+368≈2212N。

該處的牽引力在容許范圍內。

3.3 轉彎井C

該段電纜長度7 m，水平彎曲90°，轉彎半徑3 m，在滾輪上牽引，選用上述公式（3）可得：

牽引力：TC=TN2-Ceμθ=2 212×e0.2×1.57≈3 029 N；

側壓力：P出線=T/R=3 029/3≈1 010 N/m。

該處的牽引力及側壓力均在容許范圍內。

3.4 C-B段

該段電纜長度279.2 m，水平直線無彎曲，在塑料管內牽引，選用上述公式（1）可得：

該段牽引力：TC-B=μWL+TC=0.3×184×279.2+3029≈18 444N。

該處的牽引力在容許范圍內。

3.5 轉彎井B

該段電纜長度7 m，水平彎曲90°，轉彎半徑3 m，在滾輪上牽引，選用上述公式（3）可得：

牽引力：TB=TC-Beμθ=18 444×e0.2×1.57≈25 251 N；

側壓力：P出線=T/R=25 251/3=8 417 N/m。

該處的牽引力在容許范圍內，但側壓力8 417 N/m嚴重超過了規定的3 000 N/m，因此該處的轉彎半徑不滿足設計要求。

3.6 B-A段

該段電纜長度75 m，水平直線無彎曲，在塑料管內牽引，選用上述公式（1）可得：

該段牽引力：TB-A=μWL+TB=0.3×184×75+25251=29392N。

該處的牽引力在容許范圍內。

3.7 檢查井A

該段電纜長度2 m，水平直線無彎曲，在滾輪上牽引，選用上述公式（1）可得：

牽引力：TA=μWL+TB-A=0.2×184×2+29 392≈29 466 N。

該處的牽引力在容許范圍內。

3.8 A-N1段

該段電纜長度16.7 m，水平直線無彎曲，在塑料管內牽引，選用上述公式（1）可得：

該段牽引力：TA-N1=μWL+TA=0.3×184×16.7+29 466≈30 388 N。

該處的牽引力在容許范圍內。

綜上，按照該設計方案，電纜在轉彎井B處側壓力過大，電纜的鋁護套將受到嚴重擠壓，給今后的運行埋下安全隱患，因此該設計方案應進行優化。

4 結語

本文通過某一遷改電纜工程實例，校核發現了該工程的設計存在缺陷，一旦按照設計進行施工將引起電纜側壓力過大，嚴重時將導致電纜的鋁護套嚴重變形，嚴重影響電纜的安全運行，給電纜的可靠運行埋下重大安全隱患。本文詳細介紹了電纜側壓力的計算過程，可為以后運行單位的校核提供參考。