廣州市電力設(shè)計(jì)院有限公司 廖曉蘇

?

高壓電纜沿橋梁敷設(shè)的設(shè)計(jì)分析與研究

廣州市電力設(shè)計(jì)院有限公司 廖曉蘇

【摘要】隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，高壓電纜沿橋敷設(shè)的技術(shù)被不斷的應(yīng)用，極大的促進(jìn)了交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展。文章對(duì)廣州明珠灣大橋沿橋敷設(shè)高壓電纜進(jìn)行了技術(shù)因素分析與研究，具體描述了橋梁伸縮對(duì)電纜敷設(shè)的影響以及對(duì)沿橋梁敷設(shè)電纜接地系統(tǒng)的研究，對(duì)促進(jìn)交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響。

【關(guān)鍵詞】高壓電纜；沿橋；敷設(shè)；設(shè)計(jì)

1　引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，目前擁有成熟實(shí)用的在橋梁上敷設(shè)高壓電纜的技術(shù)，就像1988年在瀨戶大橋上敷設(shè)的長(zhǎng)達(dá)八千米的充油電纜以及1992年在湘江大橋上敷設(shè)的長(zhǎng)達(dá)八百米的交聯(lián)電纜等。國(guó)家在2005年頒布的《城市電力電纜線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中明確的提出“城市高壓電力電纜跨河流要優(yōu)先考慮對(duì)城市的交通橋梁以及交通隧道進(jìn)行電纜敷設(shè)”。大橋進(jìn)行電纜敷設(shè)的難度不管是在技術(shù)上還是在施工設(shè)計(jì)上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于陸地，所以要正確的對(duì)大橋伸縮以及車(chē)輛運(yùn)動(dòng)形成的振動(dòng)對(duì)電纜的影響進(jìn)行處理，還要正確的對(duì)待高壓電纜金屬護(hù)套換位接地技術(shù)等的使用，對(duì)于高壓電纜在橋梁上進(jìn)行敷設(shè)具有深遠(yuǎn)的影響。

2　工程背景

廣州明珠灣大橋是南沙明珠灣區(qū)的重要交通通道，路線橫跨南沙街和珠江街，西起于珠江街萬(wàn)環(huán)西路，向東跨越龍穴南水道后，東接虎門(mén)聯(lián)絡(luò)道，全線大致呈西南～東北走向，全長(zhǎng)約9143m，規(guī)劃為60m寬的城市主干路，雙向八車(chē)道。該大橋由多部分組成，分別有副航道橋、主航道橋、兩岸引橋以及中意引橋等。大橋建設(shè)后敷設(shè)高壓電纜是必不可少的工序之一，但是從海底進(jìn)行高壓電纜的敷設(shè)不僅費(fèi)用高，而且還不安全，修理保養(yǎng)都不容易進(jìn)行，所以大多選擇沿橋梁或者是沿著橋梁堤壩進(jìn)行高壓電纜的敷設(shè)，這樣一來(lái)，敷設(shè)高壓電纜的難度減小了，運(yùn)行維修和保養(yǎng)的費(fèi)用也減少了，但是，進(jìn)行沿橋梁敷設(shè)高壓電纜的設(shè)計(jì)難度比較大，進(jìn)行施工的技術(shù)也比較的復(fù)雜，存在的問(wèn)題也比較多，本文結(jié)合工程的實(shí)際，對(duì)橋梁伸縮對(duì)高壓電纜的影響以及高壓電纜的接地系統(tǒng)進(jìn)行了研究，從中獲得一定的經(jīng)驗(yàn)。

3　橋梁伸縮對(duì)電纜敷設(shè)的影響

在橋梁上進(jìn)行高壓電纜敷設(shè)不僅要考慮到大橋自身的熱伸縮，還要考慮到大橋受環(huán)境溫度以及汽車(chē)移動(dòng)負(fù)載的變化的影響。對(duì)于那些長(zhǎng)度比較大的橋梁具有較大的伸縮量，如果不盡快的采取相應(yīng)的對(duì)策，電纜隨著橋梁的拉伸就會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的張力，在橋梁多次反復(fù)拉伸的情況下，高壓電纜的金屬護(hù)套便會(huì)斷裂，受到絕緣擊穿而受到損害。

經(jīng)驗(yàn)證明，橋梁以及高壓電纜在不同的環(huán)境溫度下都會(huì)產(chǎn)生不同程度的伸縮，所以要注重橋梁伸縮對(duì)高壓電纜產(chǎn)生的影響，及時(shí)采取措施進(jìn)行解決處理。蛇形敷設(shè)以及在橋梁的兩端以及橋墩之間的伸縮縫里加入電纜伸縮裝置都是不錯(cuò)的選擇，這樣可以減少橋梁伸縮對(duì)高壓電纜的影響，有利于高壓電纜正常的進(jìn)行工作。圖1為電纜伸縮裝置的工作原理圖。

圖1　電纜伸縮裝置的工作原理圖

橋梁會(huì)根據(jù)環(huán)境溫度以及承載重量的變化發(fā)生伸縮，主要決定因素為荷載形式、溫差、大橋的結(jié)構(gòu)以及長(zhǎng)度等，計(jì)算大橋精確伸縮量的公式為：

M=kal?t

其中k=1.4-2.0，m是大橋的伸縮量，a是線膨脹系數(shù)，L是大橋的長(zhǎng)度，?t是大橋經(jīng)受的溫差，根據(jù)公式計(jì)算，明珠灣大橋的伸縮量為800mm。電纜伸縮裝置的選型應(yīng)該能夠吸收橋桁的熱伸縮，且保證敷設(shè)于伸縮裝置上的電纜不發(fā)生過(guò)分的彎曲。經(jīng)調(diào)研，沈陽(yáng)古河的Off set 伸縮弧裝置有比較成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，本工程針對(duì)OFFSET裝置布置參數(shù)、電纜支撐固定方式與間距等參數(shù)計(jì)算進(jìn)行初步的分析。

大跨度Offset 的電纜的設(shè)計(jì)中，伸縮量變大的話，Offset 的尺寸也變大，對(duì)于通常的沒(méi)有約束力的自由式Offset，僅依靠電纜的剛性的話，部分地集中吸收伸縮量，可能導(dǎo)致Offset 不能有效地工作。因此需使用使Offset 內(nèi)各部分的電纜均等變化的裝置—均等差動(dòng)式機(jī)構(gòu)。作為這種情況的設(shè)計(jì)條件，先細(xì)分成對(duì)應(yīng)于預(yù)測(cè)的汽車(chē)以及鐵道荷載條件、溫度變化條件等的伸縮量，分別預(yù)測(cè)30年內(nèi)（作為電纜的耐用年限）的發(fā)生次數(shù)、應(yīng)變量，有必要將Offset 尺寸設(shè)置成滿足以下條件：

a.最大伸縮的時(shí)候，在電纜是帶有鋁套管制電纜的情況下電纜的彎曲半徑為30d 以上（d：套管平均外徑）。

b.為了使包鋁能承受30年內(nèi)的反復(fù)伸縮，累計(jì)受害系數(shù)( Σmn / N )為 0.5 以下。

由于無(wú)論何種伸縮狀態(tài)Offset 的彎曲半徑都維持在30d 以上的要求，有必要滿足下式。

其中：

F：大跨度Offset寬度（大跨度Offset 拉伸時(shí)）；

L：大跨度Offset長(zhǎng)度的1/2（大跨度Offset 拉伸時(shí)）。

c.防止伸縮的措施。

不管是橋梁還是高壓電纜在環(huán)境溫度的影響之下都會(huì)產(chǎn)生一定程度的伸縮量，如果達(dá)不到橋梁設(shè)計(jì)的要求，脫離了橋梁每個(gè)橋墩之間的水平的伸縮距離小于或者等于一百五十毫米的硬性規(guī)定，橋梁的使用將會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的后果，帶來(lái)不必要的損失，威脅人們的生命健康安全。所以廣州珠江大橋的建設(shè)采用了以下措施來(lái)減少橋梁以及高壓電纜的各種伸縮對(duì)高壓電纜帶來(lái)的不好的影響。

要全程使用蛇形敷設(shè)將包括橋梁和高壓電纜的全部的伸縮變形進(jìn)行吸收，然后將箱梁里的高壓電纜敷設(shè)在電纜支架上面。與此同時(shí)，還要將電纜伸縮裝置分別安置在鋼架橋的兩端、每個(gè)橋墩之間的伸縮縫里以及橋梁的兩端位置，安裝電纜伸縮裝置的空間大小要根據(jù)大橋自身的條件來(lái)設(shè)置，保證橋梁在任何環(huán)境溫度下的伸縮都可以得到解決。不僅要考慮橋梁的伸縮，為了減少工程建設(shè)成本，延長(zhǎng)高壓電纜的壽命，還要對(duì)高壓電纜的彎曲半徑進(jìn)行控制，保證電纜伸縮裝置在最大伸縮的程度。

4　沿橋梁敷設(shè)電纜接地系統(tǒng)的研究

4.1選擇接地連接的方式

考慮到明珠灣大橋橋梁所處自然環(huán)境的影響，對(duì)電纜接地連接方式還要采取一定的措施。例如，用螺栓連接的接地線以及接地極經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間車(chē)輛以及其他原因的振動(dòng)，就會(huì)使接地線連接面變得不夠緊密，導(dǎo)致摩擦加大，并且受到鹽霧的影響使接接地線或者接地極觸面的電阻增大，一旦接地線或者接地極出現(xiàn)短路，便會(huì)引起著火燒毀接地栓，導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的后果，威脅人們的生命健康，所以采用接地扁鐵與接地極進(jìn)行焊接的方式是比較安全可靠，在選擇接地連接的方式上一定要經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的考慮，選擇最適合實(shí)際情況的接地方式，保證大橋可以在安全的條件下為人們服務(wù)，促進(jìn)交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展。

4.2高壓電纜金屬護(hù)套接地方式

廣州明珠灣大橋在高壓電纜的敷設(shè)過(guò)程中需要分段進(jìn)行敷設(shè)，要想減少高壓電纜接頭的數(shù)量就必須要保證每段高壓電纜的長(zhǎng)度不低于850米。高壓電纜金屬護(hù)套的感應(yīng)電壓在負(fù)荷最大的情況下可以達(dá)到85瓦，將金屬護(hù)套的電壓值提高有利于減少絕緣接頭的配置問(wèn)題，不僅可以縮短工作時(shí)間而且可以提高電纜運(yùn)行的可靠性。在明珠灣大橋高壓電纜敷設(shè)的工程中，是將本段高壓電纜分為2部分，每一部分內(nèi)部?jī)商幗饘僮o(hù)套相互交叉連接，每一部分的兩端都直接接地。金屬護(hù)套進(jìn)行交叉互聯(lián)可以限制高壓電纜本身的感應(yīng)電壓能力，不需要再設(shè)置專(zhuān)門(mén)的回流線，并且可以限制接地線或者接地極發(fā)生短路時(shí)對(duì)金屬護(hù)套的破壞。

5　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，要想確保高壓電纜能夠在橋梁上安全的運(yùn)行，進(jìn)行高壓電纜敷設(shè)時(shí)要采取一定的措施，就像蛇形敷設(shè)措施等，這些措施在實(shí)踐中發(fā)揮了巨大的作用，極大的促進(jìn)了高壓電纜的安全運(yùn)行以及交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]孟毓.高壓電纜線路[J].上海電力,2012,18(12):122-123.

[2]鄭肇驥,王焜明.電力電纜施工手冊(cè)[M].北京:水利電力出版社,2013(20):234-235.

[3]李宗廷,王佩龍,趙光庭,等.電力電纜線路手冊(cè)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2012(10):456-457.

廖曉蘇（1979-），男，工程師，大學(xué)本科，從事電力工程設(shè)計(jì)工作。

作者簡(jiǎn)介：