一种防水防盗型电缆工井系统的研制

2022-10-27嘉兴市恒光电力建设有限责任公司卢天白张乾龙于鹏浩王德法周咏槟曹晨宇国网嘉兴供电公司丁一岷

电力设备管理 2022年18期

嘉兴市恒光电力建设有限责任公司卢天白张乾龙于鹏浩王德法周咏槟曹晨宇国网嘉兴供电公司丁一岷江洪

1 引言

高压电力电缆因其具有运行可靠、维护工作量小、受外界环境影响小且有助于提高功率因数等优点，越来越多应用于城市扩张和发展所需求的能源传输电力网架系统及用户用电系统，成为了城市输电的“大动脉”[1-2]。若电缆长期运行在水环境中，潮气和水分侵入电缆内部后会对电缆的绝缘性能产生严重影响。由于交联聚乙烯绝缘电缆正常运行时，导体温度可以达到90℃，因此当潮气或水分浸入电缆就会导致导体氧化，使导体电阻增加、纯度不够、含有杂质，而导体电阻的增加让电缆线损增加，并且导体在含有杂质的地方容易发热，发热部分的绝缘会发生老化现象，形成“水树”，当老化程度到一定程度时，进而演变成“电树”，绝缘就会被击穿，发生短路。

因此，电缆长期运行在水环境中，不仅存在重大安全隐患，也将大大缩短电缆寿命。由于目前电缆工井无法有效防水，致使电缆工井内积水严重，使电缆处于潮湿甚至水浸泡的运行环境中。此外，当需要进行电缆检修或者带电检测工作时，电缆工井需要人工排水不仅费时费力，还会影响工作进度，增加停电时间，有可能进一步扩大故障范围，这不利于电力系统供电的可靠性。同时，由于电力电缆价值较高，故经常发生电力电缆盗窃事件，给相关企业造成重大经济损失的同时，严重破坏了电网安全稳定运行。当前，电缆工井的应用研究主要包括工井的结构强度、施工混凝土成分比例、工井除湿等方面，对于工井的防水、防盗应用研究还比较少[3-5]。

本文围绕电缆工井的防水、防盗问题展开深入研究，设计一种防水防盗型电缆工井系统。从电缆工井盖板和电缆井壁边缘的结构优化方面减少地表水流入电缆工井。为防止不可抗因素导致电缆工井积水严重，设置抽水通风系统作为电缆工井防水的后备保护，旨在解决现存电缆工井积水问题，提高作业效率，改善高压电缆运行环境，保障电缆安全稳定运行。该系统将以防水为主，排水为辅，两方面共同作用，达到预期效果。在实现防水与排水的同时，在工井盖板与工井本体之间装设防盗电子锁，实现防盗功能。

2 电缆工井积水来源

2.1 电缆工井表面水渗透

电缆工井表面渗水主要来自地表降雨及地表水流。浙江嘉兴地处东亚季风区，雨水充沛。由于地处中纬度，夏季湿热多雨的天气较多，据统计近10年来，嘉兴地区出现1269天雨天天气，平均年降水量1168.6mm。传统电缆工井的盖板相邻并排敷设盖在电缆工井口，其相邻两块盖板之间的缝隙较大，密封效果一般，而嘉兴常年雨天天气较多，部分地区排水能力不够，致使不仅直接落在井盖上的雨水会沿着井盖缝隙渗透进入电缆工井，其他地方的雨水也会沿着电缆工井表面渗透流进电缆工井。

2.2 电缆工井地下水蔓延

2.2.1 管道水渗透

高压电力电缆在敷设过程中，通常采用排管和顶管两种模式。排管即为在敷设过程中开挖基坑沟槽，敷设管道后在用水泥覆盖回填，而顶管为直接地下用顶管机械进行开挖钻孔，然后在进行管道敷设。顶管和排管的作用都是为了保护电缆不受损坏和为电缆敷设提供通道，减少电缆受应力过大。排管材质较顶管强度较弱，接头处可能存在缝隙；顶管强度较强但施工过程损害管材概率较大，且焊接处容易留存缝隙。因此，两种管道在制作过程中由于接口焊接工艺和敷设过程中导致管道产生细微裂纹，致使管道内会渗入水。电缆穿管敷设时，普通水泥封堵效果不好时，水流沿着管道流进电缆工井。

2.2.2 电缆工井壁渗入

当电缆工井壁结构墙体由于重型车辆重压或者其他原因致使地基下沉，周围土基会对工井壁产生应力。当工井壁因强度设计裕度、土建施工工艺甚至土建材料质量等原因不能承受工井壁受到的应力要求时，工井壁就会开裂出现裂纹，周围土壤中的水会沿着裂纹进入电缆工井。

2.2.3 集水井涌入

现常用的集水井通常与地下排水管道或者水源连通，当电缆井中积水较少时，积水会汇集到集水井并流出。若电缆工井处于低水位，常常会出现周围地下水从集水井中倒灌涌入电缆工井，致使电缆工井积水严重。

2.3 电缆工井的积水统计

对嘉兴市区多条高压电缆中间接头井打开井盖进行检查，其积水量统计见表1。从表1可以看出，工井内积水现象较为普遍，且积水量占电缆工井总体积44.0%，不利于高压电缆正常稳定运行。此外，若需进行井内电缆检修及带电检测工作，需进行抽水工作，所增加作业时间平均为40min，增加了作业成本。

表1 电缆工井积水量统计表

3 电缆工井的设计

3.1 工井盖板的设计

针对电缆工井盖板拼接处缝隙较大，密封性不好，对电缆工井盖板进行优化改进。新型工井盖板的截面图如图1所示。新型工井盖板借鉴船舶上甲板拼接防水功能。将原有电缆工井盖的两侧进行改进，一侧加装由防滑角铁制作的沟槽，以供地表水疏通，流向预制的疏水沟槽。另一侧加设盖沿并设计倒角，防止地表水沿井盖下壁流入电缆工井。井盖包含若干个拼接配合的盖板，相邻两个盖板上两个卡扣上下错位搭接，即将原有电缆工井平面拼合盖板设计成字母搭扣拼接型式，减少盖板间隙。新型电缆工井盖板敷设图如图2所示。

图1 单块盖板的截面图

图2 电缆井盖敷设

3.2 电缆工井壁及其周围环境的设计

由于新型电缆工井盖板的密封性，电缆盖板上的地表流水会沿着盖板上的疏水凹槽流向工井边缘，为防止地表水渗透进电缆工井，对电缆工井壁进行结构优化，即在电缆工井的边缘设计积水凹槽，同时在积水凹槽的底部增加疏水孔，如图3所示。为疏导储存流经井盖的地表水，对工井壁周围的土建环境进行优化，即设计碎石储水层。碎石储水层与积水凹槽通过疏水孔洞连通，碎石储水层底部与雨水井相连。

图3 电缆井壁边缘结构图

在工井土建施工时，加强过程管控，用合适的混凝土配比，增加混凝土振捣时间，杜绝井壁出现渗水裂纹，必要时在井壁墙面加装止水螺栓。当流经电缆井盖上的地表水量较小时，水会沿着新型井盖的疏水沟槽流进井壁边缘的积水凹槽。地表水流会短暂滞留在积水凹槽中，由于积水凹槽底部的疏水孔与周围的碎石储水层连通，因此积水会缓慢流进碎石储水层，此时碎石储水层起到海绵吸水的作用，防止地表水流进电缆工井。结合高压电力电缆的日常维护和检修，开井对积水凹槽及其周围进行清理，防止异物积累，降低使用效果。

3.3 集水井的优化及抽水通风系统的设计

3.3.1 集水井的优化

由于集水井与周围地下水源连通，若工井处于低水位，常常会出现地下水从集水井中涌入，将集水井设计为可密封集水井，在集水井底部预埋不锈钢箱体，并在集水井口设置盖板，防止地下水从集水井中涌入倒灌。

3.3.2 抽水通风系统的设计

考虑到暴雨、连续降雨等天气影响，增设智能排水系统，作为防水功能后备措施。此外，井内工作属于有限空间作业，作业前需保证井内通风至少15min，为在保证安全前提下提高作业效率，在电缆接地箱内设置风扇，确保自动通风。将抽水通风系统集成于现有智能接地箱模块内，智能接地箱是现有高压电缆接头处实现远程测量、监视电缆环流的装置。目前，电网中的输变电设备在线监测装置，其常用的取电方式有沿线路敷设低压配缆取电、太阳能、风能、电流互感器感应取电等，各有其优缺点。该系统采用太阳能取电及CT 电缆本体取电混合供电方式，避免因天气原因造成供电不足的情况，提高水泵的供电可靠性以及智能排水系统的可持续性，抽水通风系统如图4所示。

图4 抽水通风系统

在可密封集水井内放置抽水泵及水位控制系统，选择恒浮力式液位传感器放置于集水井中，当集水井内水位高于设定阈值时，将信号通过智能接地箱传输系统传至远端。并触发控制回路，启动抽水泵将水排至雨水井或周围土壤中。

3.4 防盗系统的设计

电力电缆的基本结构由线芯、绝缘层、屏蔽层和保护层四部分组成，其中绝大部分电缆的线芯材料是铜，由于铜的回收价值高，所以一些不法分子打起了电力电缆的主意，电力电缆盗窃事件也时有发生。由于电力电缆在运行时其中流过的电流大，故盗窃电力电缆的危险性高，但在电缆线路中，往往在高压电缆旁会平行敷设一根阻抗较低的回流缆，并两端接地，其作用是当电缆线路发生接地故障时，短路接地电流可以通过回流缆流回系统的中性点，进行故障电流的分流，同时抵消大部分故障电流所形成的磁场对邻近通信和信号电缆产生的影响。

在电缆线路正常运行的情况下，回流缆上流经的零序电流较小，对人体不至于构成生命威胁，给不法分子带来了可乘之机，现实中被盗的也大多是回流缆。传统工井盖板结构简单，没有防盗设计，打开时只需用工具将其撬起即可打开。针对传统盖板的不足，本文中的新型工井盖板在结构上进行改进，相邻两个盖板上两个卡扣上下错位搭接，前后存在限位关系，只能按顺序开启，故只需将第一块盖板与工井本体锁住，即可实现工井整体防盗功能。

鉴于明锁结构会造成工井盖板面上有凸起，且防盗效果不佳，故采用暗锁结构。将一遥控式电子锁固定于第一块盖板下方，同时在工井本体对应位置开孔作为锁槽。用遥控器控制电子锁向前移动插入锁槽时，即为关闭状态，向后缩回时即为开启状态。此外，采用柱塞式行程限位开关监测盖板状态。将行程开关固定于工井边沿，当盖板盖上之后行程开关触头被压缩，盖板打开后行程开关自动复位。将行程开关的常闭触点串入盖板状态监测回路，当盖板盖上后，常闭触点断开，当盖板打开时，行程开关复位，常闭触点闭合。防盗系统示意图如图5所示。