鹽泰錫常宜公鐵兩用大橋供配電設計

盧 鋒

（中鐵上海設計院集團有限公司，上海 200070）

隨著我國經濟的高速發展，出行逐漸成為人們的必然行為，橋梁在其中起到了重要的作用，這就要求橋梁的建設要跟上歷史的腳步，橋梁是用于跨越障礙物（如河流、海峽、山谷和道路等）而使道路保持連續的人工構造物，它便利了兩岸的往來，又不阻擋山間水上的原有交通。我國橋梁的設計和建造水平在世界上處于領先水平，建設了梁式橋、拱橋、剛架橋和纜索承重橋（即懸索橋、斜拉橋）等各種結構體系的橋梁，橋梁的供配電技術在橋梁的設計、建造與運營中扮演越來越重要的角色，然而，橋梁供配電設計技術卻沒有很大的發展與創新[1]。

橋梁中主要的用電負荷有：安全監控系統、助航標志燈、航空障礙燈、消防設備、通信設備；道路照明、橋塔、箱梁和錨室等內部照明；檢修動力、警衛、收費系統和養護設施；景觀照明、除濕設備和辦公區生活用電等。從負荷的種類和分布位置來看，與建筑電氣有很大區別，其負荷以長距離、分散性、大范圍和小容量負荷為主，各類照明、電氣設備多安裝于高溫差、大震動的狹小空間中，根據不同的使用功能，設備的開啟時間有所不同，使用容量在白天和夜晚也有很大差異[2-3]。

綜上所述，橋梁的供配電設計技術落后于橋梁行業的發展，并且橋梁的用電負荷有其特殊性，與建筑電氣迥異，同時公鐵兩用大橋既有鐵路用電負荷又有公路用電負荷，在設計時更加復雜，因此有必要對公鐵兩用橋梁的供配電設計作全面的介紹[4]。

本文將以鹽泰錫常宜公鐵兩用大橋為例，詳細而全面地闡述橋梁供配電設計的主要內容，為我國橋梁的發展盡綿薄之力。

1 項目概況

鹽泰錫常宜鐵路位于江蘇省東部，主線大致走向：鹽城-興化-泰州-泰興-靖江-江陰-無錫-常州-宜興，在靖江、江陰之間跨越長江。全線跨度范圍大，影響深遠，為加快長三角一體化提供重要支撐。

鹽泰錫常宜公鐵兩用大橋位于江陰長江大橋下游3.3 km處，規劃江陰第三過江通道位置。從綜合利用過江通道資源角度，除鹽泰錫常宜鐵路外，還同步實現新長鐵路、公路功能過江。該項目是打通客運、貨運鐵路過江瓶頸、分擔江陰橋公路過江壓力的重要工程。

主跨1 780 m公鐵合建懸索橋方案跨度布置如圖1所示，總體效果如圖2所示。主梁跨度布置為（2×140+528+1 780+220×2+140）m。主跨1780m，其中懸索區段900m，吊跨比0.5，設置交叉索8對，跨中純懸索區段長700m。主纜矢跨比1/7.87，跨度布置為（896+1780+630）m。主塔采用混凝土門式結構，主塔塔高約312m，設上、中、下3道橫梁。南北各有一個重力式錨碇。主梁橫斷面采用上下層布置，上層為雙向8車道高速公路，整幅布置，鐵路橋面在下層橋面，為鹽泰錫常宜高鐵和新長鐵路各2線。

圖1 鹽泰錫常宜公鐵兩用大橋橋型布置圖（單位：m）

圖2 鹽泰錫常宜公鐵兩用大橋總體效果圖

本橋采用大跨度斜拉懸吊協作體系橋梁方案，其主要特點為：主跨大，主跨1 780 m是目前最大跨度的高速鐵路橋；荷載重，承擔四線鐵路、八線高速公路交通荷載；標準高，高速鐵路線路設計時速250 km/h。

2 供電及照明系統

2.1 鐵路層供電及照明系統

2.1.1 供電系統

鐵路層供電系統應滿足TB 10008—2015《鐵路電力設計規范》。在橋墩鐵路梁面對稱中心線處設置10/0.4 kV變配電設施。電源宜由鐵路電力貫通線供電，貫通線供電能力受限時，可采用外部電源。外部電源優先考慮從橋區附近的養護工區變電所專用10 kV回路接入。橋上10 kV電纜沿10 kV貫通線預留通道敷設。變配電裝置納入鐵路電力遠動系統的方式由全線總體統一考慮，僅在低壓配電柜內預留相關的RTU回路。

低壓側設置低壓配電柜，采用0.4 kV TN-S系統。在低壓配電柜設置主塔電梯、鋼梁檢查車、橋梁健康監測及航標專用回路。

設計時為塔內電梯、鋼梁檢查車預留供電容量及主線電纜通道。

根據GB5863—93《內河助航標志》要求配布助航標志，但橋梁助航標志為專項設計，因此僅按常規方案預留航標燈用電容量。

2.1.2 電力、通信、信號等電纜過橋布置

過橋通信、信號、接觸網及電力線路沿軌道兩側電纜槽道敷設。鋼梁橋段電纜槽道敷設在檢修走道下方。混凝土梁橋梁段，通信信號和高壓等電纜通道由土建預留于梁體溝槽內。電纜槽道尺寸及布置要求應滿足相關專業提出的要求。

2.1.3鐵路面員工走道照明

在鐵路橋面設置照明，夜間為巡道、維修提供良好的工作環境。應能滿足TB 10089—2015《鐵路照明設計規范》，選用節能減震型50 W LED燈，上下游對稱布置，3.5 m燈桿順橋向間隔30 m安裝于檢修走道欄桿扶手上。照明均采用微電腦時鐘自動控制系統。

2.1.4 鐵路面動力維修電源

在鋼梁段鐵路橋面的員工走道欄桿上設置動力開關箱，兩側交錯布置。單側間距約100 m，每回路遠端同時使用的最大容量為10 kW。

2.1.5 主塔塔內檢修走道照明

為便于檢修人員工作，在主塔內設有照明燈和電源插座。在每層平臺上方安裝一盞節能燈；每2層平臺安裝一個插座。電源插座可給臨時增設的照明或小型電動工具供電。

2.1.6 主塔航空障礙燈

航空障礙燈按照MH 5001—2013《民用機場飛行區技術標準》進行布設，在主塔頂部和塔身合適位置安裝航空障礙燈，主線電纜與塔內檢修照明共槽順塔壁內敷設，燈位附近穿可撓金屬管至燈位。該布置方式需經當地航空管理部門批準后實施。

2.2 公路層供電及照明系統

2.2.1 供電系統

外電源由地方1路10 kV市電網絡引入，采用10 kV高壓環網供電方案，通過10/0.4 kV變壓器對沿線的分散性負荷和主塔等處的集中性負荷進行供電，全橋每間隔1 km左右分布設置電氣照明變壓器1臺，詳細布置位置根據公路面負荷情況確定。橋上10 kV電纜沿10 kV預留通道敷設。

2.2.2 公路面道路照明

道路等級為高速公路，在N19-S12號墩間設置照明，道路及橋梁照明標準選用I級標準，根據CJJ 45—2015《城市道路照明設計標準》要求，具體指標為：路面平均亮度維持值2 cd/m2，路面亮度總均勻度最小值0.4，路面亮度縱向均勻度最小值0.7，路面平均照度維持值30 lx，路面照度均勻度最小值0.4，眩光限制閾值增量最大初始值10，環境比最小值0.5，功率密度值≤1 W/m2[5]。

公路面道照明采用10 m高燈桿間隔28 m兩側對稱布置，2 m伸臂配250 W LED路燈。供電回路均選用YJV型電纜，橋面電纜在防撞護欄外側電纜槽道和預埋管道內敷設。

2.3 夜景照明

夜景照明應滿足JGJ/T 163—2008《城市夜景照明設計規范》要求。夜景照明重點突出主塔、斜拉索、懸索及橋梁輪廓。主要包括：照明燈具布置、低壓供配電、控制、接線和安裝圖等。燈具及線管與主橋安裝部位外表涂裝顏色應與橋梁外裝一致，使其在白天與橋梁融為一體，不影響景觀效果。夜間，光線均勻地灑落在橋體上，突出橋梁結構之美，形成極佳的夜景效果。

2.3.1 橋梁輪廓

LED點光源安裝在公路層與鐵路層梁側，勾勒橋梁輪廓。

2.3.2 主塔照明

主塔部分的效果為全橋夜景照明的重點，根據被照區域的不同，在塔頂與梁部高程附近采用不同數量和不同角度的大功率LED投光燈分層將塔身各面洗亮。

2.3.3 斜拉索照明

索區為夜景照明的亮點。斜拉索采用照面的方式，從遠離主塔區域至靠近主塔區域設置功率由小到大的組合式LED投光燈，均勻照亮斜拉索迎江面。

2.3.4 懸索照明

懸索與吊索迎江側安裝點光源，展現其優美的弧形輪廓。

2.3.5 夜景照明控制系統

夜景照明控制系統采用智能遠程照明控制方式，LED燈光采用標準DMX512-A協議控制方式。現場設置主控，整體控制可納入總控[6]。

3 綜合接地系統

綜合接地系統應能滿足GB 50057—2010《建筑物防雷設計規范》、QX/T 330—2016《大型橋梁防雷設計規范》、GB/T 31067—2014《橋梁防雷設計規范》、TB 10180—2016《鐵路防雷及接地工程技術規范》和通號9301—2016《鐵路綜合接地系統》的要求。本橋綜合接地裝置為全線綜合接地系統的組成部分，與全線貫通地線可靠連接后綜合接地電阻要求小于1 Ω。接地裝置由接地極、水平連接線、接地引上線和接地端子等部分組成。

3.1 下部結構接地

全橋在每個橋墩處均設接地裝置。將每根樁基中的一根通長結構鋼筋作為接地極，在樁基的每節段處必須采用搭接鋼筋雙面焊接以保證全長電氣導通，另需將所有樁基的豎向主鋼筋并焊在一起，共同作為接地極。若有保留的鋼護筒，應利用它并接后作為接地極。

每墩至少設有2根接地引上線引至鐵路和公路梁底。接地引上線下端與承臺內環接接地極的鋼筋連接，上端與接地端子連接或留接地引出線便于和橋面接地帶（線）連接。接地線和墩身內水平接地連接線應充分利用直徑不小于φ16 mm的非預應力結構鋼筋。

3.2 上部結構接地

3.2.1 公鐵合建段鋼梁接地

主橋鋼梁鐵路橋在橋墩處的鋼梁底部設置接地角鋼，為不銹鋼連接線與墩帽處接地端子連接。在檢修走道處設有接地母排，在橋墩處接地母排與接地角鋼間、鋼梁底部的接地角鋼與墩帽處接地端子間均采用不銹鋼連接線連接。所有接地端子、接地母排、貫通接地線、金屬構件及電氣設備均應可靠連接，形成電氣導通的綜合接地系統。

主橋鋼梁防撞護欄處均設置40 mm×5 mm鍍鋅扁鋼作為貫通接地帶。貫通接地帶與鋼防撞護欄、鋼梁梁體及電氣設備均應可靠連接。

3.2.2 公鐵合建段混凝土梁接地

鐵路面混凝土梁上的接地端子布置在小里程側。每斷面處梁底、擋墻處、檢修走道處均設有接地端子。橋墩處梁底的接地端子與墩帽處接地端子采用不銹鋼連接線連接。利用梁內非預應力結構鋼筋將各處接地端子、接地連接鋼筋相連。

公路面在小里程側的梁底設置接地端子，采用不銹鋼連接線與墩帽處接地端子連接。利用梁體內非預應力結構鋼筋作為接地引下線。在混凝土防撞墻內均敷設40 mm×5 mm鍍鋅扁鋼作貫通接地帶。接地引出線在兩側與防撞護欄內貫通接地扁鋼連接。

3.2.3 鐵路單建段混凝土梁接地

鐵路單建段混凝土梁與公鐵合建段中鐵路混凝土梁接地相同。

3.2.4 主塔防雷接地

主塔塔身利用不小于φ16 mm非預應力結構鋼筋作為接地引上線，塔身每隔10 m左右利用結構箍筋作為水平均壓環[7]。每根塔柱頂部設置一座避雷針，所有避雷針及欄桿扶手均應與接地引上線可靠焊接。有多根接地引上線，下與基礎接地極連接，上與均壓環、塔頂避雷針連接。

4 涉電設施遷改

對AK184+200～AK191+500（除去水域面積，主河道：AK186+080～AK189+415）里程范圍內不滿足GB 50061—2010《66 kV及以下架空電力線路設計規范》和GB 50545—2010《110 kV～750 kV架空輸電線路設計規范》要求的涉電設施需遷改，遷改數量如表1。

表1 涉電設施遷改數量表

5 結束語

公鐵兩用橋梁的供配電設計是隨著我國建橋技術水平的提高而出現的新研究課題。本文對公鐵兩用橋梁的供配電設計進行了詳細介紹，包括供電系統，電梯、橋梁檢查車、除濕設備、助航標志、航空障礙燈、動力維修電源和健康監測等設備的配電，功能照明和景觀照明，防雷接地系統和涉電設施遷改等內容。設計既要滿足大橋的自身結構、交通、航道、航空安全及功能要求，設計的夜景照明要使橋梁成為藝術品與城市的名片，又要使得在橋梁后期運營及養護過程中設備檢修維護便利，對設計師的專業知識水平是一個挑戰，因此本文總結設計經驗，對今后的公鐵兩用橋梁供配電設計起到借鑒作用。