高速铁路项目建设中新型电缆爬架的设计.doc

高速铁路项目中新型电缆爬架的创新设计

发布人：李培红

中铁电化局一公司五分公司自强QC小组
2010年12月

一、QC小组概况与成员简介
QC小组概况
小组名称
中铁电化局一公司五
分公司自强QC小组
成立时间
2010年3月
格 言
再想想也许还有更好的办法
课题名称
高速铁路项目建设中新型电缆爬架的设计
课题类型
现场型
组长
张俊
活动时间
2010.02.15至2010.03. 15
课题注册
2010-2
注册编号
QC2010-
接受QC教育时间
48小时
QC小组的组成人员
序号
姓名
性别
年龄
文化程度
职务
小组分工
1
张俊
男
30
本科
总工
组长
2
李培红
男
46
大专
工程师
副组长
3
张永春
男
35
高中
电力队长
组员
4
贾宝松
男
31
中专
电力队长
组员
5
霍红果
男
25
大本
技术主管
组员
6
罗亮
男
26
大本
技术员
组员
7
吕佳泽
男
26
大专
技术员
组员
8
王哲
男
24
大专
技术员
组员
9
李月森
男
26
高中
工长
组员
10
张保连
男
26
高中
工长
组员

二、工程概况
沪宁客专是中国高速铁路建设中的又一条高等级高速客运专线，设计时速350公里，是连接南京上海的铁路运输大动脉，是上海铁路局所辖线路中的最高等级客运专线。途经镇江、丹阳、常州、无锡、苏州、等市，正线全长300公里。我分公司电力专业施工任务为南京至上海全线10KV电力供电系统的设备安装施工。
三、课题相关介绍
1、高铁概述：
中国的高速铁路建设起步晚、发展速度快，从通车里程到运营速度均成为了世界的顶尖水平，其巨大成功令世界瞩目和向往，也给国人增添了强大的民族自信心和自豪感。但局外人很难想象如此的辉煌成果是怎样得来的，它是众多的决策者、设计者、建设者长期不懈努力、无数的技术革新和工艺攻关的结晶。
世界级的品牌就要有世界级的品质，无论外观效果和内在工艺都要与之相对应。不可否认在高铁建设的很多领域我们已经走到的世界前列，但也不能忘记众所周知的事实：中国的基础工业与世界发达国家还有很大差距，主要体现在各线设计标准不统一，单体产品的精度不高。如此等等差距是中国高铁成为世界品牌中存在的毗瑕，也是每个高铁建设者应该清醒认识到的问题。只有每个系统、每项工艺都达到世界先进水平，才能真正成为世界级品牌。
2、设计攻关初衷：
中国高铁线路多采用封闭式高架设计，由此产生了桥下设备电缆上下桥墩的安装工艺问题。在已经建成的高速铁路中，电缆爬桥墩的方案呈现多样化，思路繁多虽各有优势也各有缺陷。从外观效果和实用角度分析均无法达到集外形美观、超大容量、检修方便、成本经济等多项指标于一身。
看到差距就要努力追赶，自强不息、精益求精的理念是我们追求不断创新的动力。能否设计出一种新型电缆爬架，使以上各项指标均得到满足为我们小组提出了攻关课题。
四、课题攻关：
1、查阅保护管设计标准：已建成各线的电缆爬桥墩保护方式大体采用两种：1、PVC类电缆保护管保护；2、电缆槽扣盖方式。
此两种保护方式均存在如下问题：1、保护管只能承载一条三芯电缆，因管内无法固定，电缆处于悬吊状态，高大桥墩管内的电缆受力较大，当电缆发生故障时管内电缆不易检查，高大桥墩上的电缆也不易徒手检修。进出所处电缆条数很多时，采用保护管方式尤为不宜。2、电缆槽扣盖方式解决了容量问题，但在紧急抢修情况下，高大桥墩内的检修同样会成为很棘手问题。
2、提出新设计方案：
1）结构方案：爬梯能解决高空徒手检修问题，电缆槽能解决容量问题。由此在爬梯的两侧安装长方形电缆槽使设计方案迈出了第一步。
2）单芯电缆的外磁场特性：高铁中普遍采用的单芯高压电缆防护结构为：绝缘层外包裹铜屏蔽层，可有效屏蔽电场辐射；为提高强度铠装护套均采用非磁性铝合金材料，磁场辐射无法抑制，这正是单芯电缆不能单独穿越铁磁闭合管环的原因。
3）单芯电缆品字型绑扎研究：我小组查阅了大量的相关资料并经过相关计算后得出如下答案：a当10KV高压电力电缆在品字型绑扎状态下，不论是否平衡，三相电流的矢量和为零，由此各芯产生的磁场相互抵消，电缆周围的磁场强度几乎为零；b当10KV高压电力电缆发生单相接地或两相短路情况下，三相电流的矢量和不为零，电缆周围的磁场会产生较大变化；c当三相电缆不绑扎情况下，由于各芯存在间距，则磁场不能很好叠加，外部磁场不为零。
结论：1、当电缆电流较强时，三芯品字型绑扎成为必然；2、因电缆单相接地或两相短路故障不可避免，所以铁磁材料制成的保护管环不宜应用于单芯电缆供电系统。
4）新型铝镁合金板电缆槽的应用：经过材料的特性学习和生产厂家咨询，我组确定了铝镁合金板材制槽的方案：铝镁均为非磁性金属元素，且其合金板材具有强度高、易成型、重量轻等特点，综合价格与铁制电缆槽相当，经与设计充分沟通，最终确定了用该材质制槽。
3、产品定型：
在材质确定和方案定型后，小组成员在施工现场结合生产厂家人员进行了大量的配件整合优化工作：爬梯支撑、爬梯结构、电缆槽结构、连接片、防护围栏，锯齿孔爬梯等多个单体均进行了多项反复论证，配件图也随之进行了多次改进，最终定型大量生产。

电缆爬梯及槽道示意图

电缆爬梯示意图
电缆槽道采用铝镁合金材质安装在电缆爬梯的两侧，其中电力电缆槽道在电缆爬梯外侧，通信、信号电缆槽道在电缆爬梯内侧，按照每2米一个组成单位由连接片连接，并安装接地线以保证电缆安全，安装时可根据桥墩的高度可随意组合，其槽道深度根据电缆型号分为电力150mm，通信、信号120mm；

电缆槽道示意图

连接片示意图
每隔1米由槽钢构成的支架固定电缆槽道于电缆爬梯两侧。

槽钢支架示意图

支架与桥墩连接采用膨胀螺栓，有效地保证的支架的稳定性；各部之间采用螺栓连接，保证结构的牢固性。
电缆安装完毕后，电缆槽道外侧要加盖防护板密闭，避免雨水损伤电缆。更有效保护电缆，延长电缆的使用寿命；电缆爬梯外侧也要加盖防护板，防止当地百姓爬高损伤电缆，避免发生重大事故。

电缆爬梯正面图

电缆爬梯侧面图

4、攻关成果：由于该成果集材料选用独特、总体布局美观、承载电缆容量大、检修方便、安全可靠、综合经济成本合理等诸多优势于一身，经铁道部及上海路局验收组验收，得到了良好评价，成为了沪宁线四电集成项目的一大亮点。在其后的高铁项目中得到了广泛推广。电缆爬架的设计方案最终取得了两项国家专利：
1、高铁非磁性新材料专利；专利号
2、电缆爬架外观设计专利。专利号

0
40
60
80
100
进取
精神
团队精神
改进意识
质量意识
工作热
情干劲
分析、解决
问题能力
QC工具
运用技巧
小组综合素质自我评价表

序号
评价内容
活动前（分）
活动后（分）
1
团队精神
80
95
2
质量意识
85
95
3
进取精神
90
95
4
QC工具运用技巧
65
80
5
工作热情干劲
85
95
6
改进意识
85
95
7
分析、解决问题能力
80
95

十二、标准化与巩固措施
为巩固小组活动成果，提高小组成员的业务素质及施工水平，做好现场服务，增强企业的竞争力，我们采取了以下措施：
1、本次活动的成果可以借鉴应用到其他工程的施工项目，并纳入五分公司施工工艺标准中。
2、组织员工技术比武，提高安装精度水平。
十三、活动反省及今后打算
1、活动反省
（1）、选择此课题时，部分成员认为不易改善及不易出成果， 对此课题信心不足。但事后证明，只要改善意识强烈，并按照QC小组活 动程序一步一步进行，就一定能达到预期目标。由此全体成员认识 到改善意识的重要性。
（2）、在本次活动中，有优点也有不足：
优点：小组成员在活动中积极地想办法，查资料。增长了知识、增强了自信心，进一步提高了团队的发明创造能力。
不足：QC手法的运用有待提高。
2、今后打算
（1）、为提升QC小组活动质量，每月要组织一次专业知识学习心得恳谈会。
（2）、在活动过程中我们充分认识到，只要用心钻研，视野开阔， 我们还会有更多的收获，牵引供电中的高压电缆上网方案还有很多工艺需要提高。
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