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(wú)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(guò)橋工程。

從國(guó)內(nèi)已有的經(jīng)驗(yàn)來(lái)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(guò)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(guò)橋時(shí)的防火措施、在線監(jiān)測(cè)等。

2電纜過(guò)橋的安全性分析

高壓電纜過(guò)橋從設(shè)計(jì)施工到運(yùn)維全過(guò)程,都需充分考慮高壓電纜過(guò)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(méi)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(wú)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(guò)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(guò)閾值時(shí),就會(huì)對(duì)通信、監(jiān)控線路帶來(lái)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(guò)橋時(shí)需要考慮鄰近人員有無(wú)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(guò)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(lái)人身安全問(wèn)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,一方面對(duì)高壓電力電纜過(guò)橋時(shí)電纜本身的安全性進(jìn)行了研究,包括高壓電力電纜過(guò)橋時(shí)的防火措施等:另一方面探討了高壓電力電纜過(guò)橋時(shí)產(chǎn)生的影響,包括高壓電力電纜對(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,驗(yàn)證了高壓電纜隨橋敷設(shè)的可行性。