公共隧道敷设高压电缆的关键技术研究
天津市电力公司滨海供电分公司（天津市300450）迟福建张建海
多为专用随速，由于消防规范等强制性规定要求，国内尚无35kV及以上高压电缆随交通等公美题道共同数设的先例.滨海新区中央大通海河隧道工程建设高压电力走廊，不但为打通海河南北高压走府提供量委通道，而且能够节约大量的 城市地下空间、航通及建设投费.考虑到电缆运行、事政对随道安全及电缓内通过的大电流对随道内平行的通信、监控等弱电信号的影响，业主单位、建设主管部门等对此商有优 出.针对各方美心的主委问题微一深入论述，为高压电力电缆随交通随通教设疑供充分的理论依据.
【摘要】高压电力电境采用醒通方式数设已经具有比较的防火和消防等问题.前两项内容是文章主要研究成熟的设计、施工、建设及运行维护经验.现有的电螺随道的重点，也是相关部门最为关心的隐性支持条件.
1国内外应用现状
1.1国内各主要城市应用情况
国内隧道建设、消防等相关规范一般不允许10kV以上电缆随隧道共同建设，220kV及以上电缆均采用沟槽或专用电缆隧道敷设，如北京、上海、重 庆、香港等城市220kV隧道多为专用，少部分与通信、供水等共用，没有与交通隧道共同敷设的220kV及以上高压电缆.国内随交通隧道敷设的电缆道工程. 最高电压等级为110kV，应用在成都市蜀都大道隧
【关键词】公共题道：教设；高压电缆；关键技术
0引言
成都市蜀都大道全长6665米，为东西向横穿城区的交通主干道，为保证地下空间的充分利用、美化市容市貌，在蜀都大道交通隧道的两侧同时规划建设了电力、给排水、通信等七种市政管线.为满足 电缆敷设、运行维护及与其他设施的安全，蜀都隧道为电缆单独设电缆隧道空间，空间内尺寸为1.8×2米（宽×高）.该电缆隧道内除敷设110kV充油式以下电压等级电力电缆十六回. 单芯电力电缆两回（六根）外，还计划敷设35kV及
中央大道海河隧道做为滨海新区综合交通规划体系中沟通海河南北最重要的一环，可以在很大程度上解决海河南北交通不畅的问题，保证滨海新区 各行政区、功能区之间的快捷联系，对于完善滨海新区路网、促进滨海新区发展都具有重要的意义.同时，该隧道还可以做为联系海河南北的电力、供水、供热、通信等多种基础设施的重要通道.
但是，不同公用事业单位的不同性质、不同规模的管线公用交通隧道，各种管线相互间的安全要求及对隧道本体的安全要求都比专用隧道高的多.特别是多回220kV高压电缆敷设在公共隧道内一个 狭小的空间里，电缆火灾、电网故障等突发事件的发生均可能影响公共隧道的安全及使用寿命.而隧道受到影响，不但是巨额经济损失，更有可能发生重大安全事故.所以国内各隧道业主单位、规划设计单位、建设主管部门对此均存在较大顾虑其至不充许 10kV以上电缆随交通隧道共同敷设.
1.2国外在用公共题道
国外对地下空间的综合开发与利用给予了很高的评价，有很多国外学者甚至认为一个发展成功的 大都市，在相当一部分程度上取决于该城市的地下空间开发与利用.在伦敦、巴黎、柏林等很多欧美国家的城市，与地铁、交通隧道同时建设公共基础设施隧道的情况非常多.最著名的有建设在英法多佛海峡隧道，该隧道设计为两回高铁隧道加中间输助设 施通道，辅助隧道内数设3回220kV电缆至隧道内220kV变电站的实例，供隧道内电力负荷需求.
海河道南部为响螺湾商务区、北部为于家量商务区，根据两区总体规划核算出来的电力负荷都题，对两区的供电将产生很大影响.因此，为了实现 是非常大的，如果不能解决输电线路路由及联络问多回220kV高压电力电缆随交通隧道敷设，必须要
多佛隧道横跨英吉利海峡，为连接英法两国最重要的交通隧道，全长50千米，其中海底部分长37 千米.在隧道中段建设有一座220kV变电站为整个隧道服务系统及高速铁路的电力机车提供电能，从理论上解决电缆运行时电流对隧道本身钢筋混藏英国和法国各数设3回220kV电缆至变电站，其中 土结构的影响，对通讯、监控等弱电系统的干扰及危一回电缆专供电力机车、一回用于服务系统、一回备害，另外还涉及电缆隧道通风、排水、监控，以及隧道用.该隧道为20世纪随公共隧道敷设电缆电压等
级最高的应用实例.
2建设必要性分析及电缆隧道工程简介
2.1必要性分析
设施随产业布局呈南部方向的带状结构，面横穿滨 滨海新区南北狭长、东西偏窄，造成了区内电力海新区中部的海河成为了南北两侧电力联系的重要成了滨海500kV站-翻阳路220kV站-泰保220 地理屏障，虽然经过几十年的发展建设，目前已经形kV站-海门220kV站-上古林220kV站和滨海500kV站-孟港后-葛沽-学府路-上古林两条链式通道，但是目前海河南部两侧的高压电力网络要求.根据天津市电力公司远景年高压电力网络规 联络仍然子分薄弱，难以适应滨海新区快速发展的划，滨海新区最终将再建设两回220kV高压线路走廊，最终形成多点受电、多通道联络的”三横四纵”的220kV城市高压配电网络结构.
图1海河隧道沉管内景效果图
文章论述的中央大道海河隧道既是联络滨海新区核心区的最重要的中部220kV联络通道，由于该走廊横跨海河中重要的航运通道，同时南部的响螺湾中心商业区和北部的于家堡中心商务区极高的地 区定位对市政景观要求非常之高，天津市政府及滨海新区政府已多次指示不允许架空线路横跨该段海河.两方面的矛盾决定了该走廊的建设不能取消，又不能采取架空方式，那么建设电缆隧道成为了最 可行、最便利的首选方案.如果能与海河公共交通隧道结合建设，不但能够节约巨额建设资金，而且有利于资源的综合利用.
图2中央大道海河驱道横断面图
3关键技术研究
3.1220kV高压电缆对钢筋混凝土管廊的影响
的电流产生的电磁场在钢筋混凝土结构的闭合钢筋 电缆对钢筋混凝土的影响主要体现电缆中流通回路产生的感应电流的电、动稳定性对隧道混凝土中钢筋的力学性能的影响.以砂、石和水泥为主要材料的混凝土浇注在钢筋龙骨中的钢筋混凝土结 构，在温度300℃以内时，抗压强度并未受温度变化影响很大，一般认为变化幅度在-8%~5%之间；但是当温度超过500℃后，锅筋混凝土的弹性模量和屈服强度都有明显的下降，对钢筋混凝土的结构安全和使用寿命产生很大危害.表1列出了最大故 障电流下故障切除时间与钢筋温升、膨账关系，从表中数据可以看出，在最大故障电流（三相短路）保护动作时间最长时，闭合的钢筋在电磁感应电流作用下的温升和膨胀仍能满足钢筋混凝土的结构安全. 从表中还可以看出，故障切除时间越短，对温升、账越小，因此除考虑到隧道内保护措施的同时，采取快速有效的电力保护及自动化装备是十分必要的.（上报计算基于如下假设：隧道内环境温度30
2.2工程简介
大道立交，以隧道的形式穿越了现状新港路、永泰 中央大道海河隧道工程北起胜利路，南至津滨路、规划友谊路、规划中心公园、规划于新路、规划南大街、海河、规划滨河南路、津沽公路，在津沽公路南侧升至地面，路线全长4.2公里，隧道全长3.38公 里，，其中地下暗埋部分为2900米，采用双向6车道的沉管隧道施工工艺.海河隧道交通部分效果图如图1所示.
工、同步投人运行，全长315米.隧道断面量“Ⅲ” 电缆隧道随交通隧道沉管段同步设计、同步施字型，在两侧的隧道内分别设计敷设供电、供水、供热、供气、通信等公用设施.交通隧道右侧空间由中隧道宽2.6米，高3.2米，设计最终可以数设6间 间隔断一分为二，其中上方空间为电缆隧道.电缆220kV高压电缆.海河隧道横断面图及电缆隧道方位等见图2、图3所示.
5°℃、电缆至混凝土内钢筋最近距离0.25m、电压等mm、膨胀系数1.0×10-%/℃） 级220kV、故障下最大电流4000A、钢筋直径20
表1最大故障电流下故障切除时间与 钢温升、膨胀关系表
敏障切除时间（∞)00.51.01.52.02.53.0钢第翻升（℃） 1≤00 1. 433.78 8. 24 14 91|25. 39领肺慕账度(% )00. 0010.0050.0130.032|0.069|0. 106
为确保电缆在正常及故障电流的作用下不会危及隧道质量及结构的安全，在项目立项前即委托天津市建筑科学研究院进行了《220kV高压电缆对钢筋混凝土管廊的影响》的专题论证.结论认为截至目前国内未出现由于高压电缆随桥、隧道敷设而引 起钢筋混摄土结构安全事故的案例、220kV高压电缆在铠装等屏蔽措施下的工频电磁场低于相关规定的数值，同时建议按照GB50010-2002（混凝土结构设计规范）配置钢筋时选用HRB400及以下等级钢 筋.
3.2220kV高压电统对通信线路的危险和干扰分析
电力线路中交变电流产生的交变磁场会在与其平行数设的通信线路中感应出电动势，平行距离越 长、两线距离越近、在通信线路上产生的惑应电动势就越高.当感应电动势达到一定程度时就会对通信线路带来不利影响，导致通信质量下降、信号失真、监控设备误动或拒动，甚至危及人身安全.
目前广泛采用的高压电力电缆由于使用技术先进的屏藏及接地手段，可以消除由于静电感应产生
图3中央大道海河道纵断面图
=9.96 V
的电动势，但是无法消除电磁感应产生的电动势，因此需要从通信线路中的纵电动势、电压噪音、危险电 压三个方面进行校验.根据设备及电网运行经验，做如下假设：正常运行时最大电流/=2550A，最严重故障时电流1=4000A，大地电导率g=1/30x10-；感应电动势E=jaMLK（E--感应的织电动 势（V）、K---屏蔽系数、L-电力电缆对通信电缆平行长度（km）、/通过电力电缆线芯的电流（A）、M-互感（H/km，工频时为（7.535-j）x10*、800 Hz时为（4.765-j）×10-）.
1）纵电动势（电力电缆在正常运行时对通信电缆的感应电动势）
E一一以大地为回路电力电缆金属护套电流
对通信电缆的感应电动势（V）：
EX一零序电流对通信电缆的感应电动(A）
2）电压噪音（电缆中负荷电流含有的高次谐波对通信电缆的感应电动势）
式中：E-由负荷电流的等值干扰电流IN对通信电缆的感应电动势（mV）；
Em-一由零序电流的等值干扰电流1ON对
通信电缆的感应电动势（mV）.
3）危险电压（发生短路等故障时由故障电流引起的对通信电缆的感应电动势）
上述计算结果均低于国际电报和电话咨询委员保护导责（1987年版）》第XXI章“电气装置中的高电位对邻近的电信装置和工作人员的危害影响的 保护”及我国1987年10月1日实施的国家标准（GB-6830-86）的有关规定.
3.3电缆隧道的文灾成圆及消防措施
出，多数情况下都是由于多种不利因素共同作用引 分析国内外电缆及隧道火灾事故，从中可以着起.例如：电缆长时间运行发热而隧道内又没有良好的通风，从面导致隧道内或电缆材料起火；电缆超负荷运行使绝缘老化导致电击穿；隧道内外来火源 引起电缆燃烧等.在与交通隧道共同敷设的电缆发生火灾时，不仅仅是电力设备本身的损失，更有可能使隧道内车辆通行受阻、导致城市交通混乱、造成的社会不良影响更大.因此，确保电缆隧道的安全及 充分的防火措施比独立的电缆隧道更为重要.
做为隧道及电缆的防火措施有多种，需按照隧道结构、空间布局、电缆的敷设方式及环境条件摄出最佳方案.结合消防主管部门的具体要求，提出在海河隧道的电缆隧道内主要采取“监、防、消”三方 面措施结合，重在”监、防”.其中“监”是指利用监视系统随时掌握电缆运行情况、装设温感烟感等预警装置、道内电缆全段装设测温装置实施探测电缆及隧道内的温度数据：“防”是指设在隧道中设若 干堵防火墙将隧道分成区段用以隔离起火的电缆段、在各区段防火墙装设防火门封闭起火段防止火势蔓延、电缆缠绕防火阻燃带、选用阻燃电缆；“消”是指针对发生火灾后的消防措施，主要有设置自动 爆炸式灭火装置、配置快速保护装置以毫秒级切断故障电流、在电缆接头处装设防爆盒、装设强制通风系统.
3.4其他
1）防水
在预设部位安装视频设备、水位报警探头等组成图像、感应双重监控系统，防止电缆隧道被淹.
2）接地故障
从本地（隧道内）及电网两方面同时检测并相互配合，在最短的时间内将故障电缆切除.
3）非法入侵（人或小动物）
对进人隧道的工作请求作出应答，远方或就地解除非法人侵警报；对未经允许进人电缆隧道内的人或小动物进行检测与报警，并将报警信号上传至 远方监控平台，由运行人员负责进行解除警报或作出相应处理.
会（CCITT）的（关于电力线路对电信线路危害影响4经济效登分析
该工程实施后可加强滨海供电公司南北电网联络的紧奏，使高压主网更加趋于合理；同时公共隧道 其有通风、排水、消防设施，可实现资源共享，避免专用隧道同时建设配套设施费用，也有利于电缆的敷设、运行、检修和维护.通过本项目的实施可节约大线路运行维护费用： 量的土地资源、节省建设专用电缆隧道资金及输电
1）电力线路设施占地安全距离占地节约费用：按可随隧道敷设线路长度1000米（含半开放隧道约650米）、设计线路4回、每回占地30米计算可节 约用地120亩；该地段位于于家堡中心商业商务区，地价寸土寸金，按糖活区征地均价50万元/亩，可节约土地费用月6000万元；
模专用隧道总投资的60%，按隧道概算60万元/ 2）公共隧道中电缆隧道投资约为建设同等规米、隧道全长315米计算，可节约建设资金约为7560万元：
3）隧道内具有完备的运行、检修和维护系统，年限50年计算，可节约运行、检修和维护费用1000 每年也可以节约相应费用20万元，按隧道设计使用万元.
上述三项合计，该项目的实施将给企业和社会节约经济效益约1.5亿元人民币.
5结束语
随着城市规模扩大、核心区容积率的膨胀，国内用电负荷密度达到3万kW/km”的地区已不在少数，35kV110kV终端变电站直供负荷中心的供电 模式越来越不适应区域发展对电力负荷的需求.面220kV或500kV变电站深人负荷中心一个最突出的矛盾就是输电线路路径的选择，特别是电力线路（电缆沟槽、排管等）与周围自然、人文环境协调的需求使路由更加难以获得.在城市核心区、穿越海 或大江大河、跨越立交桥等地区，往往需要多回高压输电线路供电或联络，在上述地形、地貌、周边环境条件比较可刻时，采用隧道方式敷设电线已提到
国内外对于单独设计、施工、建设的电缆隧道已
技术问题，电世界，1992 2（33），4-5
有十分丰富的经验，实践证明隧道是充分利用城市地下空间的有效逾径，目前的技术水平已经可以利用隧道将220kV的高压电缆甚至500kV的超高压线功能的隧道、共同沟、交通隧道等，必须经过认真 电缆直接引人中心城区.但是，对于具备敷设多管论证、严格校核，确保隧道本体及隧道内各管线运行的安全.
[2]周福捷，姜荟，将晓娟，远距离跨海大桥高压90 电缆数设工程，电网技术，2006 22（30），87-
[3]葛荣良，从电缆隧道建设看城市地下空问的利用，上海电力，2006 3，243-245.
作者简介：
向为电网规划及智能电网 退福建（1979-），男，项士研究生，工程师，主要研究方
参考文献
[1]周秋森.高压电缆过交通桥梁和交通隧道的
城市轨道交通供电系统中应用的实际价值要优于SVC设备.通过SVC与SVC的技术经济比较，建议 在城市轨道交通变电站中采用SVG动态无功补偿装置.
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单位：万元
SVG方案设备购置费 采用方案 2 613. 03 2 583.03 SVC方案建筑工程费 1 192.83 1 436. 19
3结论
负荷发展具有阶段性，由此引起的功率因数难以满 城市轨道交通变电站负荷具有较大的波动性、足国家和地方电力管理部门的要求.通过对城市轨道交通供电系统中影响功率因数的原因进行分析，提出采用动态无功补偿装置的方案.通过对SVC出采用SVG装置的方案更能满足城市轨道交通变 与SVC两种动态无功补偿装置的技术经济比较，提电站的动态无功补偿要求.随着技术的发展以及电网安全和电力用户的需要，SVC产品将更加成熟可靠，价格也会有所降低，SVG动态无功补偿装置将 会得到更为广泛的应用
SVG方案与SVC方案设备购置费对比，按同容量SVG设备比SVC设备贵20%-30%考虑，采用SVC设备较采用SVC设备投资增加约70万元.
SVG方案与SVC方案建筑工程费对比.按照每平米2000元的费用估算，采用SVC的布置方案较采用SVG的布置方案建筑工程投资增加约243万元.
2.4SVG与SVC的技术经济比较结果
虽然现阶段的SVG设备较SVC设备价格贵，但由于SVG具有设备先进、体积小、重量轻、结构紧澳、发热量低、噪音小、对周围环境电磁干扰小、寿命 周期内维护成本少等诸多优点，从设备先进性、环境友好性、降低全寿命周期成本等方面考虑，SVG在
作者简介：
陆然（1978-）男天津人，本科，主要从事变电站电气设计及研究
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