摘要：本文通过对非开挖铺管中敷设高压电力电缆的载流量进行计算，着重对回路数、回路间距、埋设深度、保护管内径等影响因素进行对比分析，总结出了上述因素对载流量的影响规律。通过对这些因素进行组合应用，能够大幅提高非开挖铺管敷设方式下电缆的载流量，这对工程设计施工具备重要指导意义。
关键词：高压电力电缆线路；非开挖铺管；载流量计算
目前非开挖水平定向钻技术在我国城市高压电力电缆线路建设中被广泛应用，由于其对交通干扰小、对原状地貌及构筑物影响少等优点，在设计和施工中被广泛选用。然而，在非开挖水平定向钻铺管（以下简称非开挖铺管）与其他电缆敷设方式相比其载流量较小。因此，有必要对在非开挖铺管中敷设高压电力电缆线路的载流量影响因素进行分析，并提出能提高其载流量的方法和措施，以此指导电缆线路设计过程中对非开挖铺管参数的选定，并在施工中指导对施工技术指标的管控。
1 非开挖铺管技术在高压电力电缆线路中的应用及特点
非开挖水平定向钻是指采用水平定向钻机成孔并敷设管道的方法，简称HDD（horizontal directional drilling），其主要施工工艺要点包括钻导向孔、扩孔、铺管、构筑工井等环节。[1]早在20世纪80年代，非开挖铺管技术已经开始在美国、日本等发达国家的市政管线施工中被广泛应用并形成完整成熟的产业。[2]非开挖水平定向钻技术在20世纪末得以引入我国，目前已成为我国市政管线施工中最常用的铺管施工方式之一，在高压电力电缆线路建设中也被广泛应用。
非开挖铺管中的电缆由于排列紧密、周边原始土壤热阻率较高等因素，电缆散热条件较差，在工程同等条件下，与其他常规敷设方式相比其载流量的计算结果最低，往往是一条高压电力电缆线路载流量的瓶颈限制部位，其输送容量同等条件下一般为电缆沟（回填沙）的70%~80%。对非开挖铺管中敷设的电力电缆载流量大小影响因素进行计算分析，以此有针对性的改善制约载流量的因素，对提高其载流量有着十分重要的积极意义。
2 非开挖铺管敷设高压电力电缆的载流量计算方法及边界条件
本文采用CYME国际输配电公司开发的Cymcap6.0电缆载流量计算软件开展计算，该软件是目前公认电力电缆载流量计算最为准确和高效的软件。该软件对电力电缆载流量的计算是基于IEC60287和IEC60853标准开展的。
为方便横向比较和区分不同变量对载流量计算结果的影响，本文在计算过程中对一些边界条件进行了规定，主要包括以下几个方面。
（1）计算高压电力电缆统一选用YJLW03-Z-64/110-1×1200型110kV铜芯交联聚乙烯绝缘皱纹铝护套聚乙烯外护套电力电缆，铜导体截面为1200mm2。
（2）计算土壤温度取30℃，土壤热阻1.2K*m/W，管材选取壁厚为10mm聚乙烯电缆保护管。
（3）多回路时只计算平衡荷载时的最大载流量，为100%持续工作电流，电缆导体最高温度取90℃。
3 非开挖铺管敷设高压电力电缆的载流量计算结果影响因素分析
影响电力电缆的载流量的因素较多，在电缆确定条件下，这些因素主要包括限制电缆散热条件的相关因素。针对非开挖铺管敷设形式，这些因素主要有单孔回路数、回路间距、埋设深度、电缆保护管管径、电缆保护管回填介质等，本文针对这些主要因素开展讨论。
3.1 回路数及回路间距对载流量计算的影响
单孔内回路数对载流量的影响计算结果如图1所示，双回同孔外孔径尺寸为700mm，埋深2.0m，保护管内径200mm，中心预留备用管；一回一孔的外孔径尺寸为500mm，孔间距1.0m，埋深2.0m，保护管内径200mm。在图示安装位置条件下，双回同孔时最大静态载流量841A，一回一孔时最大静态载流量886A，增幅约5%。事实上，从多回同孔调整为一回一孔，单孔中电缆数量减少，电缆的散热肯定是能够得到改善的，对应载流量升高的结果是显而易见的，这与其他文献中的结果一致[3]。
图1 双回路同孔与一回一孔输送容量计算结果对比
在上述计算条件上，回路间距与载流量的关系计算结果可如图2所示，计算中埋设深度统一设置为2.0m，保护管内径取200mm。计算结果表明，一回一孔时，其载流量随着回路间距增大而提高，但其提高趋势逐渐放缓。
图2 载流量与回路间距的关系
上述计算结果对于设计的实际指导意义在于，当采用多回路同孔铺管的载流量计算值无法满足要求时，有条件时应当考虑采用一孔一回的方式，其载流量提升效果十分明显；同时，采用一孔一回的敷设方式对减小非开挖钻孔孔径而降低塌孔风险、减少拖管阻力等方面也有明显的积极意义。随着不同孔非开挖铺管回路间距的增大，其载流量提高效果也较为明显，同时随着间距增大提高趋势逐渐放缓。这就要求我们在条件允许时应尽量拉大回路间距，但仍需考虑在回路间距加大后对线行占地宽度的影响与载流量提升比例之间进行权衡。
3.2 埋设深度对载流量计算的影响
非开挖铺管中敷设电缆的散热主要是通过土壤向周边扩散热量，但由于地表与地层深处的散热条件不一致，导致不同埋设深度对铺管中电缆载流量是有直接影响的，埋设深度与载流量的关系计算结果如图3所示，计算中回路间距统一设置为2.0m，保护管内径取200mm。
图3 载流量与埋设深度的关系
从图中计算结果可以看到，由于地层深处相对于地表处的散热更差，因此随着埋深增加非开挖铺管的载流量是逐渐减小的，但减小趋势逐渐放缓。这在工程中的实际指导意义在于从提高线路载流量角度出发应当尽量减少非开挖铺管的埋设深度，但仍要考虑到浅埋深存在塌孔、地陷的风险，甚至实际工程中非开挖铺管的埋设深度往往是受到交叉管线深度的限制而不能自主选择。
3.3 电缆保护管管径对载流量计算的影响
非开挖铺管中同一个钻孔内的电缆保护管基本是紧密排布，保护管的管径对载流量的影响主要体现在影响电缆相间距离上，管径越大使得电缆相间间距变大从而相间电缆的散热条件会得到改善。保护管内径与载流量的关系计算结果如图4所示，计算中双回路铺管的埋设深度为2.0m、回路间距为2.0m，管材选用壁厚为10mm的HDPE管。
图4 载流量与保护管内径的关系
从图中计算结果可以看出，随着保护管内径的增大载流量基本呈线性提高，增大效果比较明显，管径由175mm提高至275mm时，载流量提升比例约7%。此时保护管径增大了约50%，每回路非开挖钻孔孔径也由450mm增大至650mm，几何尺寸增大的绝对值并不明显，对施工工程量及难度没有本质提高。同时，还应当看到管径增大对电缆的施放也是是否有利的。
4 提升非开挖铺管中电力电缆载流量综合措施分析
从以上计算结果可以看出，通过拆分多回路、增大回路间距、减小埋深、增大保护管内径等措施，对提升非开挖铺管中电缆的载流量是有利的，尤其在同时采取多种措施共同作用时，其提高效果非常明显。例如，将双回路同孔（孔径600mm、等边六边型布置）、保护管内径取175mm、埋深4m的双回路非开挖铺管，调整为一回一孔（孔径650mm、等边三角形布置）、孔间距3m、保护管内径取275mm、埋深3m时，单回载流量计算值由808A提高至956A，提升幅度达18%。这样的提升幅度在工程实际中意义巨大，使得采用非开挖铺管时的载流量能与采用直埋排管、回填沙电缆沟等敷设方式的载流量基本匹配，这意味着整条电缆线路的载流量限制值得以提升，整体输送容量得以提高。这与通过增大电缆导体截面来提高载流量的方式相比，其节省工程投资、降低工程建设难度上的优势十分明显。
5 结论
本文通过对非开挖铺管中高压电缆的载流量进行计算分析发现，通过拆分多回路、增大回路间距、减小埋深、增大保护管内径等措施，能够提升非开挖铺管中电缆的载流量。当以上措施综合应用时，其提升幅度非常明显，能够使得采用非开挖铺管的载流量与采用其他敷设方式时相匹配，能够大幅提升电缆线路的输送容量。相关结论在工程设计、施工过程当中具备重要的参考意义。
参考文献：
［1］于大海，冯凯.非开挖技术的发展及其在电缆排管工程中的应用［J］.城市公用事业，2004，18（6）：27-28
［2］陈忠平，董长富.非开挖铺设电缆排管技术［J］.上海电力，2003，第2期：167-169
［3］乐彦杰，宣耀伟等.不同敷设方案下的非开挖顶管敷设段双回路电缆载流量对比计算［J］.水电能源科学，2017，35（6）：182-185
论文作者:黄寅茂
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
标签：流量论文; 回路论文; 电缆论文; 非开挖论文; 间距论文; 内径论文; 电力电缆论文; 《电力设备》2018年第16期论文;