不同材质电缆支架在电力隧道的应用探索

不同材质电缆支架在电力隧道的应用探索

洪天丰

广州轨道交通建设监理有限公司  广东广州  510010

摘要：以广州地区电力隧道（管廊）电缆支架为例，结合500kV楚庭电力隧道电缆支架方案比选，介绍普通钢和不锈钢传统材质的电缆支架应用情况，为类似电缆支架选择提供借鉴。

关键词：电力隧道；电缆支架；不同材质；应用效果

1、概况

电缆支架角钢电缆支架和压型钢板支架统为传统材质的，具体工程应用中过程中有一定的缺陷存在。尤其是针对长距离电力隧道中敷设大截面、大容量电缆时，往往存在如下问题：

（1）使用传统金属支架时，当电缆传输电流时在周围产生磁场，该磁场对金属支架作用并在相邻的金属支架之间形成磁场闭合回路，产生磁力环流，若电流强度比较高时，该磁力环流反作用于电缆，使电缆温度升高，增加电缆电流与支架之间涡流损耗。

（2）其次，传统金属材质电缆支架在南方潮湿地下空间中容易出现腐蚀，降低电缆支架的使用寿命，常见的处理型式是对电缆支架进行静电粉末喷涂或热浸锌等技术处理，在比较恶劣的电力管沟或电缆隧道中，防锈腐蚀问题还是经常发生，从而影响整个线路的安全和无故障使用期。

500kV楚庭电力隧道长约19.2km（含南大干线共建段），隧道内敷设4回500kV电缆、4回220kV电缆，为长距离、大容量500kV电力隧道；隧道主要采用盾构（顶管）、明挖方式。盾构（顶管）为内径3.6m，外径4.1m圆形断面，明挖净空为2.6米（宽）*3.46m（高）。其工程建设、电缆敷设运行的要求也理应提高，选择性能优良、安全可靠、便于安装的电缆支架成为本工程切实的需求。设计双回路电缆线路支架盾构（顶管）隧道采用普通钢环形支架+不锈钢水平托架，明挖隧道、工作井及500米顶管隧道试验段全覆盖采用304不锈钢支架。

2、电缆支架主要技术、性能指标

电缆支架主要技术指标有：承载力、防火阻燃、耐腐蚀性、耐久性以及技术经济性。

2.1主材

普通钢支架和不锈钢支架均具有强度高、刚度好、力学性能稳定、防火性能优异、安装工艺成熟、安装质量可靠等特点。两者不同在于耐腐蚀性能、耐久性能差异及造价差异。

表1  普通钢支架与不锈钢支架对比表

2.2防腐

（1）普通钢

常用表面防腐处理措施为：静电喷涂与热浸锌。

1）静电喷涂是利用静电高电压使极性粉末涂料分子极化的作用，用静电喷枪将聚酯类、或聚酰胺类、或环氧类等等合成高分子粉末涂料喷到已经经过表面处理（如磷化处理）的需要进行涂复的工件表面，再让工件经过烘房，而形成牢固的耐腐蚀性优良的涂膜层。静电粉末喷涂的技术特点如下：

①静电粉末喷涂工艺简单, 一般无需刮腻子和喷底漆, 一次完成涂覆, 加工周期短, 适合大、中、小批产量生产。

②外观美观, 光滑耐酸、碱、盐及有机溶剂等漆膜易剥落, 不耐冲击腐蚀, 漆膜附着力极强, 冲击性能好。

2）热浸锌是将除锈后的钢构件浸入600℃左右高温融化的锌液中，使钢构件表面附着锌层，锌层厚度对5mm以下薄板不得小于65μm，对厚板不小于86μm。热浸锌的技术特点如下：

①整个钢材表面均受到保护，无论在凹陷处管件内部，或任何其它涂层很难进入的角落，溶化锌均很容易均匀的覆盖上。

②镀锌层的硬度值比钢材还大。故其抗冲击及抗磨耗性均相当良好。

③在边角区，锌层往往比其它地方还厚，且有良好的韧性及抗磨耗性。而其它涂层在此边角处，往往是最薄最不易施工，最易受伤害处，故常须再维护。

④即使因受很大的机械伤害或其它原因。造成一小部份的锌层脱落，将铁基裸露，此时，周围锌层就会发挥牺牲阳极的功能，来保护此处钢铁，使其不受侵蚀。而其它涂层则刚好相反，锈会马上生成，且迅速漫延至涂层下面，引起涂层剥落。

⑤锌层在大气中的消耗是非常缓慢的，约为钢铁腐蚀速率的1/17至1/18，且是可预估的。其寿命远超过其它任何涂层。

⑥镀层寿命在某一特定的环境下，主要视镀层厚度而定。而镀层厚度又受钢铁厚度而决定，即越厚的钢铁易得较厚的镀层，故同一个钢构中厚的钢铁部位一定也得到较厚的镀层，以保证得到更长的寿命。

⑦因美观、艺术，或在特定严重腐蚀环境使用时，镀锌层可再施以上漆处理，只要漆的系统选用正确、施工容易，其防蚀效果比单独上漆及热浸锌寿命加起来还要好上1.5~2.5倍。

（2）不锈钢

不锈钢支架耐腐蚀，但是不锈钢价格是普通钢的两倍，具有耐腐蚀、增强强度、钢材变形不易破裂和环保性能，不易锈蚀，且具有良好的延展性和韧性。适用于恶劣环境（湿、酸碱等户内外环境）下使用，用于腐蚀性较强的介质中，特别是对环境条件要求较高的潮湿、沿海地区。

3、电缆支架设计型式及技术要求

3.1电缆支架典型设计

电力隧道电缆支架，于隧道侧壁上预留螺栓套管，将环形电缆支架用螺栓固定于隧道侧壁上，并将水平电缆托架用螺栓安装在环形支架上。环形电缆支架与水平电缆支架截面型式均为槽钢。明挖段隧道于侧壁上预埋钢板，将槽钢立柱焊接在预埋钢板上，并将水平电缆托架用螺栓安装槽钢立柱上。

图1电缆支架断面布置图

3.2技术要求

（1）电缆支架的加工应符合下列要求:

1）钢结构支架所用钢材应平直，无显著扭曲。下料后长度偏差应在5mm以内，切口处应无卷边、毛刺。

2）钢支架应焊接牢固，无显著变形。支架各横撑间的垂直净距应符合设计要求，其偏差不应大于2mm。层间净距应不小于两倍电缆外径加10mm;充油电缆为不小于两倍电缆外径加50mm。

3）电缆支架应安装牢固，横平竖直。各电缆支架的同层横档应在同一水平面上，其高低偏差不应大于5mm。在有坡度的电缆沟内或建筑物一I-安装的电缆支架，应有与电缆沟或建筑物相同的坡度。电缆支架横档至沟顶、楼板或沟底的最小距离。

4）组装后的钢结构立柱，其垂直偏差不应大于其长度的0.2%，支架横撑的水平误差不应大于其宽度的0.2%，立柱对角线的偏差不应大于对角线长度的0.5%。

5）电缆托架的制作、安装应符合设计的要求。

6）电缆支架必须先涂防腐底漆，刷漆应均匀完整。

7）位于湿热、盐雾以及有化学腐蚀地区的电缆支架，应作特殊的防腐处理或热镀锌，也可采用其他耐腐蚀性能较好的材料制作支架。涂层厚度一般达到100um以上，涂层硬度4H；涂层附着力不大于1级；涂层耐冲击1级；耐腐蚀1000H盐雾试验。一般使用年限按30年考虑。

（2）电缆支架可由生产厂家制作或现场加工，考虑到施工现场加工设备的数量、制作精度和生产效率，对于批量生产的电缆支架宜采用生产厂家制作的方式，参建主体应对厂家进行考察，对支架生产原材料进行见证取样送检。

4 、500千伏楚庭电缆支架优化方案探索

4.1方案对比

针对目前楚庭隧道电缆支架投资较高、环形支架加工难度较大的问题，拟提出四种解决方案，分别如下：

表2 方案优化对比表

4.2造价对比

根据2022年初市场调查数据显示，Q235普通钢电缆支架综合单价约13000元/吨，304不锈钢电缆支架综合单价约27000元/吨。

4.3结论

综合以上要素比选，方案四在既有加工工艺、同类型隧道应用情况、远期更换条件上均有一定优势，且为完善不锈钢电缆支架的设计、加工、安装工艺提供了有利条件，故建议按方案四，即选取楚庭西线#1至#1A隧道作为不锈钢支架试验段，东西线其余段环形支架采用普通钢支架，水平支架采用不锈钢，作为推荐方案。

5、电力隧道电缆支架应用效果

5.1普通钢应用情况

（1）静电粉末喷涂防腐

优点：粉末涂层达 100um 厚以上,涂层完整的情况下，可减少与空⽓间发⽣氧⽓接触，表⾯氧化反应，确保防酸碱性、防锈作⽤，涂层颜⾊保持鲜艳，表⾯美观，使⽤寿命可持达 10 年以上，如图2；

缺点：粉末涂层在运输、安装中遇到磕碰，容易成片（块）脱落涂层，局部暴露与空⽓发⽣氧化反应，出现锈迹，特别是隧道出现渗水情况下锈蚀严重，如图3。

图2静电粉末喷涂电缆支架                    图3隧道渗水导致个别支架锈蚀严重

（2）热浸锌防腐

优点：镀锌层可完全覆盖，在良好的环境下，使⽤寿命可⻓达10年以上；

缺点：镀锌涂层厚度薄，在运输、安装⼯程中遇到磕碰，容易脱锌，局部发⿊，影响产品的美观性与使⽤寿命。

图4热浸锌电缆支架                     图5运输过程保护不到位造成防腐层破损

5.2不锈钢应用情况

优点：不锈钢⼯艺⽐热浸锌、静电粉末喷涂⼯艺在使⽤寿命⽅⾯上⼤⼤提⾼，不锈钢使⽤寿命可达 50 年以上，不锈钢的耐腐蚀性远超出热浸锌、静电粉末喷涂⼯艺，在⽣产、运输、安装⽅⾯不必担⼼碰撞，安装效果简洁美观；

缺点：不锈钢造价⾮常昂贵，⽐热浸锌、静电粉末喷涂造价成本⾼出1倍以上。

图6不锈钢电缆支架

5.3验收技术指标

电缆支架作为成品材料进场验收，主要对外观质量及质量保证文件进行检查，包括成品保护、尺寸规格、防腐厚度、检验报告等。

6、存在的问题及建议

（1）支架从厂家到项目部，项目部到作业面存在多次转运工序，过程中可能造成防腐涂层脱落。因此在防腐技术要求上应充分考虑耐磨性，同时搬运过程中做好包裹、下垫等保护措施。

（2）电力隧道环形支架需与接地体进行连接，焊接施工过程中会对防腐涂层进行破坏，因此在焊接施工完成后需对焊接区域进行二次防腐处理。

（3）针对隧道渗漏水问题，建议将个别较大渗漏点进行引流处理。

7、结语

在满足电缆敷设和运行要求下电缆支架配置，坚持结构合理、性能优越、费用经济、外形美观理念，为今后电力隧道电缆支架设计提供借鉴。

参考文献

[1]周辉，方浩，张永隆.新型电缆支架在长距离500kV电力隧道中的应用[J] 华东电力 2010 （4）

[2]吴彦伟，郭广才.中型电力盾构隧道电缆支架设计及应用技术[J] 广东建材 2013 （11）

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