淺談充氣式電纜管道密封裝置的研制

國網北京房山供電公司 常笑宇 黃文駿 計 勍 劉羽千 陳煥璽

1 引言

現階段，城市基礎設施建設愈發完善，地下管線建設與維護工作的質量標準有所提高。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，預埋在提前開挖的溝槽內，并按照規定間隔設置人工井作為安全工作點，完成日常接線、檢修等工作。而人工井由水泥砌筑而成，各個井點之間相互連通，密封防水不當會導致管道內有水、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，影響電力設施的安全、穩定運行。因此，亟須一種有效、便捷的管道封堵設施解決該問題，維護電纜持續安全、可靠運行。

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性，其中需要先確定研制方案，即對裝置功能、組成部分、材料及類型等進行分析，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、防止小動物進出、可回收利用、可適應各種尺寸電纜通道[1]。

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

最后，在裝置使用要求方面，應實現安裝步驟少、省時省力，并且裝置本身體積小、方便運輸，結構結實不易破損。

可以選擇導氣管氣嘴或者活動充氣嘴。前者屬于一次性物品，后續無法再利用，但其充氣口位置含有自我填充膠質材料，充氣便捷、方便使用；后者可以結合密封裝置內部壓力狀態調節，補氣與放氣靈活，并可以循環使用。

防鼠層可以選擇金屬絲網以及化學物品，前者直接將金屬絲網加設在密封袋體表面，起到封堵裝置、預防老鼠啃食作用，材質安全，對人體與環境無毒害作用；后者是指將化學物品涂抹在密封袋體表面，但在封閉的電纜管道內會形成有毒害氣體，對檢修維護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，也易因涂刷不均勻對防火性能造成影響；高溫防火布可以直接對密封袋體進行包裹，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。搭配具有流動性的防水涂料，填充袋體之間的縫隙。同時，防水涂料具有良好的性能優勢，其彈性絕佳、黏結能力強，無毒害、環保、耐高溫、耐酸、耐堿，但安裝不便，對工藝要求高，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，密封裝置結構如圖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構

2.2 研制對策分析

采用橡膠塞、氣嘴底座與外罩組裝成活動充氣嘴，可循環利用3次以上，每次使用時密封性必須達到100%；防鼠層主要依靠金屬絲網發揮防鼠作用，加裝在密封裝置兩側，安裝后應保證老鼠進出率≤1%，利用超聲波焊接將金屬網固定在密封裝置材料壁；防火層主要依靠高溫防火布發揮作用，覆蓋在金屬絲網上，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，內外面均需粘貼[2]。

2.3 研制對策實施

活動充氣嘴應安裝在密封裝置材料壁內側，采用超聲波焊接，確定固定后，需要多次對充氣嘴進行充氣檢測，并在充氣狀態下對密封袋體的性能進行檢測。其充氣嘴使用次數超過3次且密封性為100%、各項檢測達到技術要求符合研制要求。具體測試要求見表1。本裝置測試結果均為通過。

表1 密封性測試項目及技術要求

防鼠層固定中在密封袋體兩側利用熱熔膠固定金屬絲網，經穿刺試驗檢驗金屬絲網效果，采用專門工具，試驗時內部氣壓應控制在0.18MPa，穿刺時保持垂直狀態（300N，持續60s），無穿刺現象符合技術要求，從而將老鼠進出率控制在1%內，測試結果顯示通過。

防火層固定中也需要利用熱熔膠，固定后需要進行耐火試驗。試驗應重復兩次，每次試驗方法相同，均為單根燃燒法，但試驗位置不同，第一次位置在上支架下緣與碳化起點之間，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，測試為504次。兩次燃燒試驗結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外兩面正中間位置，固定后需要進行密封性試驗。試驗分兩步進行，先通過充氣水浸法進行試驗，為試驗樣品沖壓，內部氣壓控制在0.3～0.35MPa，管道壓力根據內徑控制，方案中選擇內徑110mm 管道時試驗時的內部氣壓應控制在0.05MPa，在室溫條件下持續15min，無連續氣泡溢出符合技術要求；再進行水壓測試，樣品內部氣壓0.3～0.35MPa，水壓5m，持續30d，無移位與泄漏現象符合技術需求。測試結果顯示通過，防水膠條防水性可以達到100%。

3 充氣式電纜管道密封裝置的實際應用

3.1 電力管線密封方法

目前，應用于電網管道中的密封裝置多存在密封效果差、無法保證密封持續有效等問題，從現有技術條件來看，處理問題可以從三個方向出發。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出現開裂現象，且在進行電纜接頭處維護、檢修時需要破壞封堵結構，并在作業結束后重新進行密封，極為不便，也嚴重影響電網電纜擴容。三是研發充氣自補型管道密封裝置，可以解決管道密封難題。

根據電網管道的類型與特點，研發充氣自補型管道密封裝置是解決密封防水問題的恰當方式。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計，應用后可以為混凝土、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和用戶端受電室內[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，其兩側中線粘貼可承受高溫的防水膠條。充氣后，當氣壓達到2.8±0.2kg 時，位于兩側的膠條則會自動緊貼管道與電纜，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，預防抽出充氣管時出現氣體泄漏。該密封裝置在電網中應用，可以在電網管道施工或人工井下作業時創造干燥、清潔的環境，并且長時間內可以避免抽水浪費時間、資源，也可以有效預防老鼠進入，減少不必要的損失。同時，裝置對管線具有良好的保護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。在PVC、鋼管、鐵管、水泥等管道中均可應用，也適用于電纜管道管孔封堵，對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

本密封裝置的研制過程簡單，正確地安裝會對密封效果產生決定性影響。在明確材料的安裝位置后，應注意以下事項：安裝密封裝置的人員應接受崗前培訓，由廠家進行統一專業培訓，取得認可證書后才具備上崗資格；安裝必須按照程序進行，禁止隨意更改程序和調整安裝位置與方法；安裝時壓力密封測試是關鍵環節，可以直觀地反饋密封裝置的壓力，應全程記錄檢測過程以及測試結果；在固定防水膠條時，應將袋體表面清理干凈，避免影響黏結效果；若需要安裝在海底，應考慮海水壓力過大對密封裝置產生的影響；回收再利用前應對密封裝置進行細致檢查，查看有無雨水、污水、海水、異物入侵現象。

4 結語

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，經實際應用驗證效果可靠，應將成果積極推廣于電纜管道中，加強管道與電纜安全防護，維護電力系統與設施持續安全運行。同時，也為未來新型電纜管道密封裝置的研發提供思路，以便有效應對電纜管道在不同發展時期對密封防水提出的要求，持續、全面、有效預防地下電纜管道密封中出現的問題。