高壓電纜沿橋梁敷設的設計分析與研究

廣州市電力設計院有限公司 廖曉蘇

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高壓電纜沿橋梁敷設的設計分析與研究

廣州市電力設計院有限公司 廖曉蘇

【摘要】隨著經濟的發展和科技的進步，高壓電纜沿橋敷設的技術被不斷的應用，極大的促進了交通運輸業的發展。文章對廣州明珠灣大橋沿橋敷設高壓電纜進行了技術因素分析與研究，具體描述了橋梁伸縮對電纜敷設的影響以及對沿橋梁敷設電纜接地系統的研究，對促進交通運輸的發展具有深遠的影響。

【關鍵詞】高壓電纜；沿橋；敷設；設計

1　引言

隨著經濟的發展和科技的進步，目前擁有成熟實用的在橋梁上敷設高壓電纜的技術，就像1988年在瀨戶大橋上敷設的長達八千米的充油電纜以及1992年在湘江大橋上敷設的長達八百米的交聯電纜等。國家在2005年頒布的《城市電力電纜線路設計技術規定》中明確的提出“城市高壓電力電纜跨河流要優先考慮對城市的交通橋梁以及交通隧道進行電纜敷設”。大橋進行電纜敷設的難度不管是在技術上還是在施工設計上都遠遠的大于陸地，所以要正確的對大橋伸縮以及車輛運動形成的振動對電纜的影響進行處理，還要正確的對待高壓電纜金屬護套換位接地技術等的使用，對于高壓電纜在橋梁上進行敷設具有深遠的影響。

2　工程背景

廣州明珠灣大橋是南沙明珠灣區的重要交通通道，路線橫跨南沙街和珠江街，西起于珠江街萬環西路，向東跨越龍穴南水道后，東接虎門聯絡道，全線大致呈西南～東北走向，全長約9143m，規劃為60m寬的城市主干路，雙向八車道。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。大橋建設后敷設高壓電纜是必不可少的工序之一，但是從海底進行高壓電纜的敷設不僅費用高，而且還不安全，修理保養都不容易進行，所以大多選擇沿橋梁或者是沿著橋梁堤壩進行高壓電纜的敷設，這樣一來，敷設高壓電纜的難度減小了，運行維修和保養的費用也減少了，但是，進行沿橋梁敷設高壓電纜的設計難度比較大，進行施工的技術也比較的復雜，存在的問題也比較多，本文結合工程的實際，對橋梁伸縮對高壓電纜的影響以及高壓電纜的接地系統進行了研究，從中獲得一定的經驗。

3　橋梁伸縮對電纜敷設的影響

在橋梁上進行高壓電纜敷設不僅要考慮到大橋自身的熱伸縮，還要考慮到大橋受環境溫度以及汽車移動負載的變化的影響。對于那些長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的對策，電纜隨著橋梁的拉伸就會產生過大的張力，在橋梁多次反復拉伸的情況下，高壓電纜的金屬護套便會斷裂，受到絕緣擊穿而受到損害。

經驗證明，橋梁以及高壓電纜在不同的環境溫度下都會產生不同程度的伸縮，所以要注重橋梁伸縮對高壓電纜產生的影響，及時采取措施進行解決處理。蛇形敷設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的選擇，這樣可以減少橋梁伸縮對高壓電纜的影響，有利于高壓電纜正常的進行工作。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

橋梁會根據環境溫度以及承載重量的變化發生伸縮，主要決定因素為荷載形式、溫差、大橋的結構以及長度等，計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，L是大橋的長度，?t是大橋經受的溫差，根據公式計算，明珠灣大橋的伸縮量為800mm。電纜伸縮裝置的選型應該能夠吸收橋桁的熱伸縮，且保證敷設于伸縮裝置上的電纜不發生過分的彎曲。經調研，沈陽古河的Off set 伸縮弧裝置有比較成熟的運行經驗，本工程針對OFFSET裝置布置參數、電纜支撐固定方式與間距等參數計算進行初步的分析。

大跨度Offset 的電纜的設計中，伸縮量變大的話，Offset 的尺寸也變大，對于通常的沒有約束力的自由式Offset，僅依靠電纜的剛性的話，部分地集中吸收伸縮量，可能導致Offset 不能有效地工作。因此需使用使Offset 內各部分的電纜均等變化的裝置—均等差動式機構。作為這種情況的設計條件，先細分成對應于預測的汽車以及鐵道荷載條件、溫度變化條件等的伸縮量，分別預測30年內（作為電纜的耐用年限）的發生次數、應變量，有必要將Offset 尺寸設置成滿足以下條件：

a.最大伸縮的時候，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年內的反復伸縮，累計受害系數( Σmn / N )為 0.5 以下。

由于無論何種伸縮狀態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）；

L：大跨度Offset長度的1/2（大跨度Offset 拉伸時）。

c.防止伸縮的措施。

不管是橋梁還是高壓電纜在環境溫度的影響之下都會產生一定程度的伸縮量，如果達不到橋梁設計的要求，脫離了橋梁每個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定，橋梁的使用將會出現嚴重的后果，帶來不必要的損失，威脅人們的生命健康安全。所以廣州珠江大橋的建設采用了以下措施來減少橋梁以及高壓電纜的各種伸縮對高壓電纜帶來的不好的影響。

要全程使用蛇形敷設將包括橋梁和高壓電纜的全部的伸縮變形進行吸收，然后將箱梁里的高壓電纜敷設在電纜支架上面。與此同時，還要將電纜伸縮裝置分別安置在鋼架橋的兩端、每個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大橋自身的條件來設置，保證橋梁在任何環境溫度下的伸縮都可以得到解決。不僅要考慮橋梁的伸縮，為了減少工程建設成本，延長高壓電纜的壽命，還要對高壓電纜的彎曲半徑進行控制，保證電纜伸縮裝置在最大伸縮的程度。

4　沿橋梁敷設電纜接地系統的研究

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境的影響，對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過長時間車輛以及其他原因的振動，就會使接地線連接面變得不夠緊密，導致摩擦加大，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短路，便會引起著火燒毀接地栓，導致出現嚴重的后果，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過嚴密的考慮，選擇最適合實際情況的接地方式，保證大橋可以在安全的條件下為人們服務，促進交通運輸業的發展。

4.2高壓電纜金屬護套接地方式

廣州明珠灣大橋在高壓電纜的敷設過程中需要分段進行敷設，要想減少高壓電纜接頭的數量就必須要保證每段高壓電纜的長度不低于850米。高壓電纜金屬護套的感應電壓在負荷最大的情況下可以達到85瓦，將金屬護套的電壓值提高有利于減少絕緣接頭的配置問題，不僅可以縮短工作時間而且可以提高電纜運行的可靠性。在明珠灣大橋高壓電纜敷設的工程中，是將本段高壓電纜分為2部分，每一部分內部兩處金屬護套相互交叉連接，每一部分的兩端都直接接地。金屬護套進行交叉互聯可以限制高壓電纜本身的感應電壓能力，不需要再設置專門的回流線，并且可以限制接地線或者接地極發生短路時對金屬護套的破壞。

5　結語

綜上所述，要想確保高壓電纜能夠在橋梁上安全的運行，進行高壓電纜敷設時要采取一定的措施，就像蛇形敷設措施等，這些措施在實踐中發揮了巨大的作用，極大的促進了高壓電纜的安全運行以及交通運輸業的發展。

參考文獻

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廖曉蘇（1979-），男，工程師，大學本科，從事電力工程設計工作。

作者簡介：