電力電纜城市隨橋敷設(shè)的可行性理論分析

摘要：從安全性角度，對(duì)高壓電力電纜隨橋敷設(shè)的可行性進(jìn)行了理論分析。對(duì)高壓電纜過橋時(shí)電纜本身的安全性進(jìn)行了研究，同時(shí)探討了高壓電力電纜過橋產(chǎn)生的影響，包括對(duì)城市橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，對(duì)周圍環(huán)境的電磁影響，對(duì)通信線路的影響，對(duì)人員和車輛的影響等，驗(yàn)證了高壓電纜隨橋敷設(shè)的可行性。關(guān)鍵詞：高壓電力電纜；隨橋敷設(shè)；電磁環(huán)境；安全性0引言目前國(guó)內(nèi)外已有多項(xiàng)工程利用跨?；蚩缃髽蜃鳛殡娏νǖ雷呃确笤O(shè)電纜。為減少工程投資，充分利用城市公共資源作為電力通道走廊，研究城市橋梁敷設(shè)高壓電纜線路的可行性具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。雖有橋上電纜敷設(shè)的先例，但均為跨越江河或海洋的橋梁，在城市立交橋上大規(guī)模隨橋敷設(shè)高壓電纜尚無先例。鑒于高壓電纜隨橋敷設(shè)的特殊性，本文研究了高壓電力電纜隨橋敷設(shè)對(duì)城市橋梁的影響。1國(guó)內(nèi)高壓電纜敷設(shè)于橋梁內(nèi)的先例高壓電纜隨橋敷設(shè)在國(guó)內(nèi)已有先例，如廣州海珠大橋，1986年在橋上敷設(shè)了110kV的1×800mm2交聯(lián)電纜，橋長(zhǎng)250m；東海大橋，2010年橋上敷設(shè)了雙回25km的110kV1×630mm2交聯(lián)電纜，上海長(zhǎng)江大橋，橋上敷設(shè)了220kV交聯(lián)電纜，隧道敷設(shè)長(zhǎng)度7.7km，橋梁敷設(shè)9.2km，為我國(guó)首例220kV電力電纜過橋工程。從國(guó)內(nèi)已有的經(jīng)驗(yàn)來看，目前的電纜隨橋敷設(shè)技術(shù)可行，安全可靠，電纜本身在橋上并未發(fā)生過故障，只有當(dāng)橋體本身結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞或受外力影響時(shí)，才會(huì)直接損壞電纜。而城區(qū)地形復(fù)雜多變，需充分考慮電纜對(duì)城市橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，對(duì)周圍環(huán)境的電磁影響，對(duì)通信線路的影響，對(duì)人員和車輛的影響等，同時(shí)對(duì)高壓電纜隨橋敷設(shè)時(shí)電纜本身的安全性進(jìn)行研究，包括高壓電力電纜過橋時(shí)的防火措施、在線監(jiān)測(cè)等。2電纜過橋的安全性分析高壓電纜過橋從設(shè)計(jì)施工到運(yùn)維全過程，都需充分考慮高壓電纜過橋?qū)蛄喊踩斐傻挠绊懸约半S橋敷設(shè)運(yùn)行電纜的安全性。2.1電纜自身的防火特性現(xiàn)110kV級(jí)以上電壓等級(jí)電力電纜通常采用C級(jí)阻燃單芯銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣皺紋鋁護(hù)套聚乙烯外護(hù)套電力電纜，電纜具有阻燃特性。即使發(fā)生火災(zāi)也能有效避免毒煙造成的人身傷害以及火災(zāi)的大范圍蔓延。2.2電纜防火措施為進(jìn)一步提高電纜運(yùn)行的安全性，可采用防火措施，避免外部因素對(duì)電纜的影響。（1）橋上電纜敷設(shè)可采用難燃輕型封閉式電纜槽盒，在電纜自身防火的基礎(chǔ)上加強(qiáng)阻燃效果。（2）電纜表面采用防火涂料、包帶等，貫穿墻壁，通往橋梁的豎井，接板部位采用防火涂料與密封填料。在電纜大彎曲位置，如電纜伸縮補(bǔ)償裝置段可采用防火包帶保護(hù)；電纜進(jìn)出孔位置可采用防火夾板或防火包。（3）電纜運(yùn)行期間，安裝分布式光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)電纜溫度，對(duì)電纜及中間接頭定期檢查，避免事故的發(fā)生。3隨橋敷設(shè)電纜對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響分析對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土，當(dāng)溫度低于250℃時(shí)，溫度升高對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響比較小，而且沒有規(guī)律。但是高于300℃時(shí)，則混凝土強(qiáng)度損失隨溫度的升高而增加。交聯(lián)電纜線芯溫度一般不大于90℃，事故時(shí)雖可能達(dá)到250℃，但時(shí)間極短（0.2～0.6s），電纜表面不大于60℃，電纜本身產(chǎn)生的熱量不足以對(duì)大橋產(chǎn)生影響。另外高壓電纜的交變磁場(chǎng)可使周圍鋼筋混凝土中的鋼筋產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)的交變電流又會(huì)在鋼筋中產(chǎn)生熱量，但是此感應(yīng)電流一般很小，產(chǎn)生的熱量不大，對(duì)鋼筋混凝土的熱穩(wěn)定性影響基本上可以忽略不計(jì)。因此，高壓電力電纜產(chǎn)生的熱量根本不足以對(duì)大橋的鋼筋混凝土產(chǎn)生影響。4隨橋敷設(shè)電纜對(duì)電磁環(huán)境的影響分析高壓電力電纜的電磁環(huán)境影響敏感對(duì)象主要為人體、車載電子系統(tǒng)、心臟起搏器、殘疾人車、移動(dòng)通信設(shè)備、橋上的工頻磁場(chǎng)敏感設(shè)備如顯示器等。4.1工頻電場(chǎng)電力電纜由于其外部絕緣層和屏蔽層的存在，大大減小了外部的工頻電場(chǎng)。依據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，工頻電場(chǎng)的干擾作用很弱，因此，220kV交聯(lián)聚乙烯電纜敷設(shè)于橋梁上時(shí)，不會(huì)影響周圍的工頻磁場(chǎng)分布和無線電干擾水平。4.2工頻磁場(chǎng)高壓電力電纜周圍會(huì)產(chǎn)生一定的工頻磁場(chǎng)，但遠(yuǎn)小于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的公眾暴露限值。（1）220kV電纜通道外，工頻磁場(chǎng)分布遠(yuǎn)小于戴心臟起搏器者的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)限值。（2）對(duì)《電源頻率磁場(chǎng)抗擾試驗(yàn)》（IEC61000-4-8）中工頻磁場(chǎng)抗擾度要求等級(jí)最高的1類敏感電子設(shè)備，建議采用液晶顯示器，以防近距離干擾。（3）工頻磁場(chǎng)對(duì)車道上行駛的汽車、車載設(shè)備、殘疾人車不會(huì)造成干擾。（4）電纜的布置排列方式對(duì)周圍磁場(chǎng)有一定影響，但均在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)。5隨橋敷設(shè)電纜對(duì)通信線路的影響分析高壓電力電纜線路與通信、監(jiān)控線路平行敷設(shè)時(shí)，由于電纜中有交變電流通過產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，并在通信、監(jiān)控線路上出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)超過閾值時(shí)，就會(huì)對(duì)通信、監(jiān)控線路帶來不良影響，輕者使通信質(zhì)量下降、信號(hào)失真，重者危及通信設(shè)備及人身安全。依據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，新敷設(shè)220kV電力電纜單相接地短路時(shí)會(huì)對(duì)周圍弱電系統(tǒng)（通信、控制電纜）產(chǎn)生影響。當(dāng)接近段距離≤3m時(shí)，建議弱電系統(tǒng)加強(qiáng)接地保護(hù)并盡可能減少接近段長(zhǎng)度。同時(shí)可采取措施進(jìn)一步降低大橋上敷設(shè)電纜對(duì)通信線的影響。（1）局部改善大橋上市政管線敷設(shè)用金屬通道的接地電阻，使其成為良好的屏蔽體，以降低電信線路被感應(yīng)的磁感應(yīng)電壓。（2）高壓電力電纜采用交叉互聯(lián)金屬護(hù)套接地方式，利用電力電纜的金屬護(hù)套作為屏蔽線，明顯降低了鄰近平行導(dǎo)線的感應(yīng)電勢(shì)。（3）大橋上的通信、監(jiān)控電纜線路建議采用非金屬光纖，在通信線路上設(shè)置隔離變壓器等降低電纜對(duì)通信線路的影響，避免電纜線路單相短路情況下對(duì)周邊通信線路造成影響。6隨橋敷設(shè)電纜對(duì)人身安全的影響分析電纜過橋時(shí)需要考慮鄰近人員有無跨步電壓和接觸電壓對(duì)人身造成危害。經(jīng)計(jì)算，在正常運(yùn)行情況下，電力電纜線路每一絕緣段長(zhǎng)不大于600m時(shí)，最大絕緣的泄漏電流為0.171mA，該電流遠(yuǎn)小于人體感應(yīng)電流0.7mA，不會(huì)危及人員生命危險(xiǎn)。當(dāng)電纜線路發(fā)生短路接地故障，220kV電纜線路假定其短路電流50kA，電纜金屬護(hù)套為交叉互聯(lián)接地，以交叉點(diǎn)接地區(qū)段為1km計(jì)算，則在金屬護(hù)套上最高可能感應(yīng)電壓為6.9kV左右，小于外護(hù)套25kV耐壓水平，電纜外護(hù)層絕緣完全能承受不被擊穿，而且保護(hù)系統(tǒng)一般在不到0.2s（最多不超過0.6s）的時(shí)間內(nèi)就可將故障切除，故不會(huì)因電纜故障而帶來人身安全問題。7結(jié)語(yǔ)本文從安全性方面，對(duì)高壓電力電纜隨橋敷設(shè)的可行性進(jìn)行了理論分析