電力電纜城市隨橋敷設的可行性理論分析

引言

目前國內外已有多項工程利用跨海或跨江大橋作為電力通道走廊敷設電纜。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,研究城市橋梁敷設高壓電纜線路的可行性具有重大的經濟效益和社會效益。雖有橋上電纜敷設的先例,但均為跨越江河或海洋的橋梁,在城市立交橋上大規(guī)模隨橋敷設高壓電纜尚無先例。鑒于高壓電纜隨橋敷設的特殊性,本文研究了高壓電力電纜隨橋敷設對城市橋梁的影響。

1國內高壓電纜敷設于橋梁內的先例

高壓電纜隨橋敷設在國內已有先例,如廣州海珠大橋,1986年在橋上敷設了110kV的1×800mm2交聯電纜,橋長250m:東海大橋,2010年橋上敷設了雙回25km的110kV1×630mm2交聯電纜,:上海長江大橋,橋上敷設了220kV交聯電纜,隧道敷設長度7.7km,橋梁敷設9.2km,為我國首例220kV電力電纜過橋工程。

從國內已有的經驗來看,目前的電纜隨橋敷設技術可行,安全可靠,電纜本身在橋上并未發(fā)生過故障,只有當橋體本身結構發(fā)生破壞或受外力影響時,才會直接損壞電纜。而城區(qū)地形復雜多變,需充分考慮電纜對城市橋梁結構穩(wěn)定性的影響,對周圍環(huán)境的電磁影響,對通信線路的影響,對人員和車輛的影響等,同時對高壓電纜隨橋敷設時電纜本身的安全性進行研究,包括高壓電力電纜過橋時的防火措施、在線監(jiān)測等。

2電纜過橋的安全性分析

高壓電纜過橋從設計施工到運維全過程,都需充分考慮高壓電纜過橋對橋梁安全造成的影響以及隨橋敷設運行電纜的安全性。

2.1電纜自身的防火特性

現110kV級以上電壓等級電力電纜通常采用C級阻燃單芯銅芯交聯聚乙烯絕緣皺紋鋁護套聚乙烯外護套電力電纜,電纜具有阻燃特性。即使發(fā)生火災也能有效避免毒煙造成的人身傷害以及火災的大范圍蔓延。

2.2電纜防火措施

為進一步提高電纜運行的安全性,可采用防火措施,避免外部因素對電纜的影響。

(1）橋上電纜敷設可采用難燃輕型封閉式電纜槽盒,在電纜自身防火的基礎上加強阻燃效果。

(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,如電纜伸縮補償裝置段可采用防火包帶保護:電纜進出孔

位置可采用防火夾板或防火包。

(3）電纜運行期間,安裝分布式光纖監(jiān)測系統在線監(jiān)測電纜溫度,對電纜及中間接頭定期檢查,避免事故的發(fā)生。

3隨橋敷設電纜對橋梁結構的影響分析

對于橋梁結構的鋼筋混凝土,當溫度低于250℃時,溫度升高對混凝土強度的影響比較小,而且沒有規(guī)律。但是高于300℃時,則混凝土強度損失隨溫度的升高而增加。

交聯電纜線芯溫度一般不大于90℃,事故時雖可能達到250℃,但時間極短(0.2～0.6s）,電纜表面不大于60℃,電纜本身產生的熱量不足以對大橋產生影響。另外高壓電纜的交變磁場可使周圍鋼筋混凝土中的鋼筋產生感應電流,感應的交變電流又會在鋼筋中產生熱量,但是此感應電流一般很小,產生的熱量不大,對鋼筋混凝土的熱穩(wěn)定性影響基本上可以忽略不計。因此,高壓電力電纜產生的熱量根本不足以對大橋的鋼筋混凝土產生影響。

4隨橋敷設電纜對電磁環(huán)境的影響分析

高壓電力電纜的電磁環(huán)境影響敏感對象主要為人體、車載電子系統、心臟起搏器、殘疾人車、移動通信設備、橋上的工頻磁場敏感設備如顯示器等。

4.1工頻電場

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。依據以往工程經驗,工頻電場的干擾作用很弱,因此,220kV交聯聚乙烯電纜敷設于橋梁上時,不會影響周圍的工頻磁場分布和無線電干擾水平。

4.2工頻磁場

高壓電力電纜周圍會產生一定的工頻磁場,但遠小于現有標準的公眾暴露限值。

(1）220kV電纜通道外,工頻磁場分布遠小于戴心臟起搏器者的國際標準限值。

(2）對《電源頻率磁場抗擾試驗》(IEC61000-4-8）中工頻磁場抗擾度要求等級最高的1類敏感電子設備,建議采用液晶顯示器,以防近距離干擾。

(3）工頻磁場對車道上行駛的汽車、車載設備、殘疾人車不會造成干擾。

(4）電纜的布置排列方式對周圍磁場有一定影響,但均在標準允許范圍內。

5隨橋敷設電纜對通信線路的影響分析

高壓電力電纜線路與通信、監(jiān)控線路平行敷設時,由于電纜中有交變電流通過產生交變磁場,并在通信、監(jiān)控線路上出現感應電動勢,當感應電動勢超過閾值時,就會對通信、監(jiān)控線路帶來不良影響,輕者使通信質量下降、信號失真,重者危及通信設備及人身安全。

依據以往工程經驗,新敷設220kV電力電纜單相接地短路時會對周圍弱電系統(通信、控制電纜)產生影響。當接近段距離≤3m時,建議弱電系統加強接地保護并盡可能減少接近段長度。同時可采取措施進一步降低大橋上敷設電纜對通信線的影響。

(1)局部改善大橋上市政管線敷設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的磁感應電壓。

(2)高壓電力電纜采用交叉互聯金屬護套接地方式,利用電力電纜的金屬護套作為屏蔽線,明顯降低了鄰近平行導線的感應電勢。

(3）大橋上的通信、監(jiān)控電纜線路建議采用非金屬光纖,在通信線路上設置隔離變壓器等降低電纜對通信線路的影響,避免電纜線路單相短路情況下對周邊通信線路造成影響。

6隨橋敷設電纜對人身安全的影響分析

電纜過橋時需要考慮鄰近人員有無跨步電壓和接觸電壓對人身造成危害。

經計算,在正常運行情況下,電力電纜線路每一絕緣段長不大于600m時,最大絕緣的泄漏電流為0.171mA,該電流遠小于人體感應電流0.7mA,不會危及人員生命危險。

當電纜線路發(fā)生短路接地故障,220kV電纜線路假定其短路電流50kA,電纜金屬護套為交叉互聯接地,以交叉點接地區(qū)段為1km計算,則在金屬護套上最高可能感應電壓為6.9kV左右,小于外護套25kV耐壓水平,電纜外護層絕緣完全能承受不被擊穿,而且保護系統一般在不到0.2s(最多不超過0.6s)的時間內就可將故障切除,故不會因電纜故障而帶來人身安全問題。

7結語

本文從安全性方面,對高壓電力電纜隨橋敷設的可行性進行了理論分析,一方面對高壓電力電纜過橋時電纜本身的安全性進行了研究,包括高壓電力電纜過橋時的防火措施等:另一方面探討了高壓電力電纜過橋時產生的影響,包括高壓電力電纜對城市橋梁結構穩(wěn)定性的影響,對周圍環(huán)境的電磁影響,對通信線路的影響,對人員和車輛的影響等,驗證了高壓電纜隨橋敷設的可行性。