传统电缆埋设孔洞基础上智能型可充气囊研发及效益分析

传统电缆埋设孔洞基础上智能型可充气囊研发及效益分析

李鹏辉 2.李春晖 吴勇 侯伟 3.高静

1.国网河南省电力公司新蔡县供电公司2.国网河南省电力公司驻马店供电公司3.国网河南省电力公司确山县供电公司

摘要：目前常用的封堵材料主要是无机防火泥、防火包和有机防火树脂、膨胀发泡剂等，以及机械密封装置，如依靠硅橡胶弹性变形密封的封堵器和充气密封袋等。这些措施尽管能起到封堵效果，但由于受冷热环境影响，容易出现封堵材料垮塌、脱离反而形成大的空洞，给设备运行环境带来防火、防潮、防小动物入侵带来更大隐患。以机械原理或充气为主的封堵方法尽管效果明显，但产品的维护条件较差，产品产品中存在的问题如何解决时本文研究的重点。因此，项目针对以往充气气囊产品存在的不足，有必要研究一种更为简单可靠持久的充气气囊封堵装置，解决目前充气气囊长期使用后存在的各种隐患和不足，从而进一步提高电缆管道运维检修技术水平。

关键词：传统电缆；埋设孔；智能型可冲气囊；研发及效益研究

项目成果简化施工工艺且免维护，封堵效果可靠安全，投资少，寿命长，能够满足各种尺寸电缆管道和空管口封堵需求。成果产品在试点地区安装应用一段时间后，根据应用效果进行工艺改进，具备批量生产条件，后续在各级电网技改和其它建筑领域中进行广泛推广应用。其在地下电缆井中封堵管口具有显著的优势，施工工艺简化且无需维护，使用效果相较于传统的电缆设备也更好，在提高工作效率的基础上又成本低、寿命长，极大节约检修维护成本和投资成本，具备大范围推广应用价值，实现投入产出效益最大化目标，间接经济效益显著。

一、项目研究内容和实施方案

（一）项目主要研究内容

1.研究自适应电缆和空管口两种封堵需求的气囊结构设计和新型纳米结构囊体材质

为适应电缆管道不同应用需求，考虑管道有电缆穿过和空管口等应用场景，优化充气装置结构，采用多层结构，利用充气膨胀的原理实现管孔的封堵效果，纳米孔结构囊体材质，中间层填充惰性气体，有效防止气囊充爆和受环境影响的老化问题，设计寿命最大10年。

2.研究可裁剪防噬咬封边结构设计和材质选型

考虑到地下管道不方便安装维护和小动物噬咬破坏的因素，项目采用可裁剪防噬咬封边结构设计，既方便安装，同时又能起到防范外力破坏的作用。

3.研究基于物联自组网通信的气压监测及数据汇聚技术

考虑到电缆管道结构复杂和维护检修不便性，为保证各充气气囊气压可测可控，研究气囊气压无源无线监测及无线组网通信技术，各气囊气压通过压力传感器以无线组网方式进行压力数据采集、汇聚和上传，方便边缘网关集中监测管理。

4.研究可充气气囊状态集中监测预警边缘网关及数据安全共享技术

研究气囊状态集中监测预警就地化管理网关，气囊传感数据可与边缘网关通过无线通信进行数据交互，APN加密保证数据安全传输。兼容多种无线组网通信方式，广泛适应不同组网环境。

（二）理论研究和试验内容与项目总目标的因果关系

项目研究提出纳米孔结构囊体材质，优化设计气囊结构，满足不同应用场景下应具备隔热、防潮、耐腐蚀、抗氧化、持久耐用的要求，同时采用可裁剪防噬咬封边结构设计，既方便安装，同时又能起到防范外在破坏的作用，最后考虑到考虑到电缆管道结构复杂和维护检修不便性，研制带气压传感的智能型气囊，实现气囊气压状态集中监测预警，有效解决气囊漏气泄压、密封失效等问题，提升电缆管道智能化运维检修技术水平。

（三）在项目开发过程具体实践方案及相关结论

本次开发主要针对新型电缆穿孔封堵智能型可充气囊研制及功能测试，以及气囊状态集中监测边缘网关研制及功能测试进行研究。从结构、功能、主要技术指标几个方面进行研究，并得出相关结论。

1.结构设计

项目研制一种适应电缆和空管口两种封堵需求的智能型可充气囊，基于纳米多孔碳的碳/碳复合材料优良机械性能，采用复合式三明治结构设计，内外层为特殊镜面铝箔多层复合材料，中间层为环保型有机复合材料制备的纳米孔结构的囊体材质，实现优秀的隔热、防潮、耐腐蚀、抗氧化性能；中间填充惰性气体，管道缝隙通过气体的膨胀达到有效封堵缝隙和减缓材料老化；同时整体采用可裁剪防小动物噬咬的封边设计，既方便安装，同时能防止气囊边缘因外在破坏而失效，从而达到持久可靠封堵效果。

2.功能设计

考虑产品维护简单和状态可检测需求，气囊安装无源无线压力传感器，由于主要进行气压监测和预警，数据收发容量很小且通信距离较近，主要考虑无线信号可靠传输及抗干扰能力等，因此，选用433MHz小无线通信模块实现传感器和边缘网关通讯。

3.主要技术指标

新型电缆穿孔封堵智能型可充气囊具备优秀的隔热、防潮、耐腐蚀、抗氧化性能，适用直径φ50-φ500mm电缆穿墙孔，纳米囊体材料，可充惰性或常规气体，适应-20℃-120℃，设计寿命10年。

传感器监测气压范围0-3.5Bar，气压精度±0.1Bar，监控温度范围-40-125℃，温度精度±1℃，传感器静态<10uA，发射功率≤100mW，传感器工作电压2.2-3.3V，工作频率433.92±0.05MHz，自组网通信距离1000米，电池续航寿命5年。

二、项目的创新点以及问题的具体解决措施

（一）项目的先进性；

研究提出一种适应电缆和空管口两种封堵需求的可充气、气压泛在感知与智能预警的气囊，成本低，安装使用便利，寿命长。

（二）项目创新点；

1.选用新型添加纳米技术的囊体材质，有效防止气囊充爆和受环境影响的老化问题，寿命长（最长10年），一定情况下还可重复使用。

2.可裁剪防小动物噬咬的封边设计，避免边缘因外在破坏而失效。

（三）项目解决的主要问题。

项目研制一种适应电缆和空管口两种封堵需求的智能型可充气囊，引入纳米技术囊体材质，优化结构设计，既方便安装，同时又能起到防范外在破坏和老化问题，有效解决气囊漏气泄压、密封失效、维护麻烦及使用寿命短等问题，提高电力电缆管道智能化运维检修技术水平。

结束语：综上所述，本文主要针对传统电缆埋设孔洞基础上智能型可充气囊研发及效益进行分析，将项目的创新点以及问题的具体解决措施最为研究目标，从项目研究内容和实施方案、项目的创新点以及问题的具体解决措施两个方面出发，最终得出实践结论，完成智能型可充气囊研发在结构、功能、技术指标上获得相应的研究成果，为电缆埋设孔洞工作提供后续的发展力量。

参考文献：

[1] 电缆三维跟测传统与新技术的比较及适用性分析[J]. 华东电力, 2011, 039(008):1357-1359.

[2] Schulg,E, 冯懿中. 新型电缆和管线埋设装备[J]. 邮电设计技术, 1993, 000(005):68-70.
作者简介：李鹏辉 男 汉族 新蔡县 1974年10月 本科 研究方向：电气工程及其自动化