全地下变电站工程电缆出入口与市政通道连接技术研究

一、引言

近年来，根据城市规划发展需求，城区用电负荷日益增长，原城区变电站已不能满足城区用电负荷需求，需新建城区变电站工程，解决城区用电负荷增长问题，但根据近年来选址工作的局限性及结合城市规划的要求，变电站选址工作较为困难，或出现无地可选情况。根据一线城市发展规划，在选址困难、受城市规划影响条件下，通过建设城市地下变电站工程可解决上述难题。

二、防水工程的总体原则与难点

2.1 地下水作用时间长

110kV 文化宫地下变电站基坑长期浸没于地下水位之下，在持续渗透压力作用下，结构墙体与施工缝、变形缝等节点部位易出现应力集中现象。根据地下工程防水规范要求，长期承受 0.3MPa 以上水压时，混凝土结构裂缝宽度需控制在 0.2mm 以内，但实际工程中，地下水侵蚀导致的混凝土碳化、钢筋锈蚀问题会加速裂缝扩展，进而引发密封失效。例如某城市地下变电站因地下水长期作用，运营 5 年后出现贯穿性裂缝，渗漏点多达 12 处。

2.2 结构节点复杂

电缆出入口、设备吊装口等特殊部位需穿透主体结构，且需预留动态调节空间。以电缆通道为例，常规地下工程节点防水可采用整体浇筑工艺，但变电站需满足电缆定期检修、扩容更换需求，其密封节点既要保证水密性，又要适应 ±15mm 的位移量。此外，设备吊装口与主体结构衔接处存在材质差异（如混凝土与金属门框），热胀冷缩产生的变形差易导致密封胶开裂，形成渗漏隐患。

2.3 防洪要求高

当遭遇百年一遇暴雨或临近江河水位暴涨时，地下变电站可能面临双向水压威胁。外部洪水通过市政管网倒灌，内部设备区需维持干燥环境，形成" 密闭积水环境 "。若电缆出入口防水失效，积水将沿电缆沟迅速蔓延至变压器室、配电室等核心区域。据统计，因防水失效导致的变电站停电事故中，83% 发生在极端降雨期间，单次事故直接经济损失可达数百万元。

2.4 解决问题

110kV 文化宫变电站位云南省第一个地下变电站工程，本工程本工程基坑深 21.7m ，且临近盘龙江，场区地下水丰富，防水薄弱点为电缆进出线工井，工井均位于道路以下。本工程室内电缆竖井与道路下方通道工井连接处修建双重工井保护，竖井与外层工井之间采用电缆穿墙密封套管。

三、电缆出入口的防水薄弱点特性

3.1 结构穿透性

电缆从地下变电站主体结构穿出时，需在混凝土墙体预留直径 200-500mm 的孔洞。常规封堵方式多采用 C20 细石混凝土二次浇筑，但施工过程中易出现蜂窝麻面、振捣不密实等问题。根据《地下工程防水技术规范》（GB 50108-2023），混凝土浇筑过程中振捣时间不足、分层厚度超标均会导致孔隙率增加。实测数据显示，采用普通混凝土封堵的电缆孔洞，在 0.1MPa 水压下，12 小时后渗漏率高达 45% 。同时，电缆与孔洞间隙若未采用柔性密封材料填充，地下水会沿电缆外护层形成 " 虹吸效应 "，加速渗漏进程。典型案例显示，某沿海变电站因未设置遇水膨胀止水条，暴雨后 6 小时内电缆通道积水深度达 80cm ，导致继电保护装置短路故障。

3.2 工况复杂性

电缆敷设时需频繁调整角度与位置，施工过程中的拉扯、扭转易破坏密封结构。某变电站改造项目中，因更换老旧电缆导致原有密封胶条撕裂，形成 3 处渗漏点。后期运维阶段，电缆周期性热胀冷缩（温度变化导致 ±8mm 位移量）、检修时的拆装操作，都会使刚性密封结构产生微裂缝。根据材料力学分析，当混凝土接缝处位移量超过 2mm 时，其抗渗性能下降 60% 以上。传统混凝土封堵无法适应动态位移，需采用复合型密封材料，实现刚柔结合的防水效果。如硅酮密封胶与水泥基渗透结晶型防水涂料的复合应用，可使密封结构在 -20C～80C 温度区间内保持良好弹性。

3.3 外部环境影响

道路下方的电缆出入口工井长期承受多重荷载作用，包括路面行车动荷载（峰值可达 0.8MPa ）、地下水位波动荷载以及周边管线施工扰动。某城市主干道下的电缆工井，因邻近雨水管破裂，3 个月内累计积水深度达 1.2 米，导致井壁密封胶条老化速度加快 3 倍。此外，工井内积水若无法及时抽排，形成的静水压力（1 米水深产生 10kPa 压力）将持续作用于密封节点，当压力超过密封材料极限强度时，即发生倒灌事故。根据现场监测数据，某地下变电站工井在连续暴雨后，井内外水位差达 2.5 米，瞬间水压超过密封胶条设计承压值 30% ，引发大面积渗漏。研究表明，长期浸泡在含氯离子的地下水中，密封材料的拉伸强度年均下降 15%-20% ，加速密封失效进程。

四、关键技术

本工程室内电缆竖井与道路下方通道工井连接处修建双重工井保护，第一层工井为变电站主体竖井，竖井与外层工井之间采用电缆穿墙密封套管，套管气密性能达到2.5bar（25m 水深压力），能有效防止工井内积水倒灌问题，外层工井内两侧设置集水坑，集水坑内设备两台水泵，以达到较好的抽排效果，空管处采用专用管堵封堵。

窗墙密封套管技术要求：由于本工程为全地下变电站，变电站防水等级较高，本工程防水隐患最大点为电缆进出口处，且根据电力行业标准，110kV 高压电缆所用保护管不能为钢质材料，故此，针对本工程采用的电缆窗墙密封系统，需有如下说明要求：

1. 本工程采用的电缆窗墙密封系统包含了预埋套管及套管内密封系统。2. 预埋套管材质：ABS 工程塑料、套管内密封系统材质EPDM 橡胶。。3. 一个孔中的所有电缆及管道压力密封系统，必须为单一的整体，不能为数个拼装式的组件，否则不易安装到一个平面内。4. 为了适应不同外径的电缆及管道，可以调整密封材料厚度的橡胶应该是互相咬合的形式，不能为单一的层叠形式，否则容易漏水。5. 为了直观可见需要密封的电缆及管道外径，可以调整密封厚度的橡胶材料上，应有直径的数据显示。6. 电缆穿墙密封系统的密封等级为： 2.5Bar 7. 管道穿墙密封系统的密封等级为： 5.0Bar 8. 预埋组装式穿墙套管，在没有穿电缆前，必须是密封状态，应保证混凝土浇筑时不能有水和杂物进入预埋套管，盖子的密封等级应为：⩾2.5Bar. 。9. 应确保电缆及管道穿墙密封系统拧紧时，必须有明显的直观显示，例如：颜色标识或者扭矩显示。

五、结语​

全地下变电站的电缆出入口防洪倒灌问题，是制约其安全运行的关键瓶颈。110kV 文化宫地下变电站通过 “双重工井技术” 的创新应用，以 “主动截排 + 被动封堵” 的协同设计，有效解决了这一难题，为同类工程提供了可复制的技术方案。

参考文献：

[1] 中国电科院助力地下电缆数字化建设 [J]. 新疆交通运输科技 ，2018，000（005）：42-42.