关于高压电力电缆在桥梁上敷设的方案设计要点
i the Pearl River dela.power cable is coemmomny used for杨箕电缆线路；2005年投产沿科韵路大桥敷设的 ABSTRACT: Due to the geographical position of Guangzhouriver croeing in urban districts. Laying cable in tbe bridgeof the bridge and cable structure and so the laying model has needs to consider the characteristics and the safety of operationspecial requiements This paper discues te laying scheme fpower cables of 110 kV and above in the roed and bridge and puts fowad the main design points and caleulation methods ofmn as opd u u m adq aq u spd ueferece for future projects.
lines; laying with beridge; snake laying KEY WORDS: Guangzho; bridge cable; overhead transmision
摘要：由于广州市地理位置位于珠三角的珠江人海口，电力电缆地因此成为市区内跨越江河湖海等水道的一种常用的 输电方式.对于在桥梁上数设电缆，需要同时考虑桥梁与电的结构特性以及各自运行的安全，因此对电缆线路的数设形式有着特殊的要求.对110kV以上电压等级电力电缆在道路桥梁上的敷设方案进行讨论，提出主要设计要点以 及数设参数计算方法，可为将来的工程提供参考.
关键闻：广州地区：桥梁电缆：架空输电线路：随桥数设：蛇形缴设
1广州地区高压电力电缆随桥过江 的应用概况及存在问题
从20世纪80年代起，广州地区的110kV与220kV电压等级电力电缆就已经有了随桥跨江的实例，例如1985年投产沿海珠桥敷设的110kV伍仙门至瑞 宝电缆线路：1999年投产沿海珠桥敷设的220kV伍仙门至瑞宝电缆线路；1997年投产沿德泥立交桥（跨越铁路）敷设的220kV罗涌至鹿鸣等电缆线
杨伟航
（广州电力设计院，广东广州510610）
MainPoints of the HV CableLayingScheme onBridge
YANG Weihang
( Guangzhou Elecrie Power Design lInstitute Guangzhou 510610 Gaangdong. China)
路：1997年投产的沿广州大桥敷设的110kV赤沙至110kV赤沙至员村、110kV赤沙至棠下电缆线路.2007年投产沿金沙洲大桥敷设的110kV罗涌至横沙电缆线路，沿鹤洞大桥敷设的220kV芳村至昌岗电缆线路.
目前，尚有一些道路桥梁在设计施工阶段已经预留110kV及以上电压等级电缆线路走廊，如新光快速路的猎德大桥.另外，新珠江大桥已经建成通车，也准备在桥梁上补充为地铁六号线供电的110kV电缆线路走廊.
以上线路在桥梁上敷设长度都超过百米，最长的甚至达到1km以上，大多数采取的都是在桥梁人行道下预留的电缆渠箱内敷设的方式.由于早期对桥梁上数设电缆线路投入的研究不够，而且也没有长期的运行经验可作参考，对桥梁上敷设电缆如何 设计、如何运行，只能摸索着前进，因此对某些现在看来应当引起注意的间题不够重视，例如如何解决运行中电缆热胀冷缩产生的轴力影响，在桥梁伸缩缝、上下桥位置以及电缆接头处如何考虑OFFSET装置的布置等，当时也没有提出相应解决间题的好办 法.参考一些工程实例，本文就桥梁上数设电缆的相关技术方案进行初步研究，提出方案中设计参数的计算方法，可作为未来类似工程的参考.
2电缆在道路桥梁上敷设方案设计 的主要技术要点
利用城市交通桥梁或交通隧道敷设电缆，应在
道设计和管理部门认可叫.因此，讨论电缆线路在道梁固有振动频率为0.1Hz以下，远小于电缆固有振路桥梁上如何敷设的前提条件是桥梁管理单位与动频率，可以认为不会与电缆形成共振，这种情况主电力部门能就电缆随桥跨越达成共识.一般情况要是考虑其余可能存在的特殊频率.电缆的防振措设情况的了解不深，对桥梁结构与电缆运行的安全胶垫，并保持一定的电缆支撑间距.性、桥梁维护的便利性等问题都存在疑虑，因此，必在防火方面，桥梁上敷设的电缆采取的主要防缆在道路桥梁上敷设必须考虑桥梁的结构设计方 过程也是开展电缆敷设技术方案的开始.当然，电案，电力部门需以桥梁拟定的结构形式为基础，在收集了桥梁设计方案的相关参数后（包括桥梁平纵剖面、结构形式、计算荷载、伸缩缝位置、桥梁最大伸缩量、固有振动频率等等），提出电缆线路敷设方 案、线路走廊需占据的空间以及电缆及其附件的荷载（包括电缆接头、OFFSET机械装置等），再提交桥梁设计方进行桥梁（含电缆线路走廊通道）的施工图设计.
设的实施受诸多因素影响，其中最需解决的主要技 从电力部门的角度出发，高压电力电缆随桥敷术问题就是如何消除电缆伸缩造成的张力影响，此外还有电缆线路的防振、防火等.
电缆线路运行后由于输送电流导致电缆温度上升 桥梁上数设的电缆伸缩包含2方面内容：一是而产生的热伸缩；二是桥梁由于本身的热胀冷缩等因素对敷设其上的电缆带来的伸缩.但是由于桥梁本体的伸缩主要集中在桥梁的伸缩缝处以及桥梁两端上下桥位置，在这些地方桥梁的伸缩变化远大 于电缆本体产生的伸缩，电缆可只考虑桥梁伸缩的影响，需采用电缆伸缩装置对电缆的伸缩变化进行吸收和补偿.而在桥梁的中间部位，电缆本体的伸的伸缩变化，主要采用蛇形布置的方式来吸收和补 缩远大于桥梁的伸缩，故在此处可只考虑电缆自身偿电缆的热伸缩.另外，如果在跨度较长的桥梁上不可避免要采用电缆接头的情况下，在接头处也需采用电缆伸缩装置对电缆的伸缩变化进行吸收和补偿，且一般为避免桥梁伸缩的影响，接头位置应 当避开桥梁伸缩缝的位置.
在防振方面，在桥梁上敷设的电缆应考虑桥梁因受风力和车辆行驶时的震动面导致电缆金属护围内.套出现疲劳的保护措施.因此，在选择桥梁敷设电缆的支撑方式时应尽量防止与桥梁发生振动的固算公式为
不影响桥梁结构或隧道结构前提下，征得桥梁或隧有振动频率形成共振.一般跨度在100m以上的桥下，由于桥梁管理单位对高压电力电缆在桥梁上敷施最简单的就是在电缆固定夹具与电缆之间设防振
有效，方便实施.
3电缆在道路桥梁上敷设技术参数的 计算
烯绝缘皱纹铝护套电缆为分析对象，对其随桥敷设 本节以110kV以上电压等级单钢芯交联聚乙的技术参数，包括OFFSET装置布置参数、电缆支撑固定方式与间距等参数计算进行初步的分析.
在桥梁的中间部位（非伸缩缝位置）时，可以参照电缆在隧道内敷设的做法，采用蛇形布置的方式 来吸收和补偿电缆的热伸缩.假设电缆线路走廊布置于桥梁人行道，受纵向空间的限制，三相电缆水平排列，电缆可采取水平蛇形布置.确定桥梁的中间部合适的节距和蛇形幅宽.节距是指蛇形摆放的电缆 位的线路走廊空间主要按以下步骤进行：首先，选取2个波峰或2个波谷之间的长度，在公式中一般取半节距数值，其代号为L；蛇形幅宽为波峰与波谷偏移电缆线位中线的距离之和，其代号为B，详见图1.
图1电缆蛇形数设参数符号说明
Fig 1 The parameter symbol deseription of the ssake-like laying cablc
然后，根据选取的节距和蛇形幅宽分别计算电缆的伸缩量m、蛇形弧横向滑移量n以及蛇形弧轴 向力等，按端末电缆固定夹具的设置数量反复调整蛇形节距和蛇形幅宽，使电缆轴向力控制于合理范
根据文献[1]的附录D.蛇形孤横向滑移量n的计
式中，m为电缆热伸缩量，mm；B为蛇形弧幅，mm；L 为半个蛇形长度，mm:n为电缆横向滑移量.mm.
电缆热伸缩量m=α*L.
另外，在有金属护套的交联聚乙烯绝缘电力电缆水平蛇形敷设时，蛇形弧轴力计算公式为
温度下降时：
温度上升时：
式中，w为电缆单位重量，N/mm²；EI为电缆抗弯影胀系数，1/C：B为蛇形弧幅，mm；L为蛇形弧半个 刚性，Nmm²；n为电缆横向滑移量，mm；a为电缆线节距长度，mm为温升，℃.
以220kV导体截面为2500mm²交联聚乙烯绝缘电力电缆为例，经过计算，在满足电缆端末轴向力不大于900kg条件下（即使用3套电缆夹具，每套蛇形幅宽为250mm 夹具抱紧力为300kg），可以选择蛇形半节距为4m，
在解决了电缆在桥梁非伸缩缝位置的敷设形式后，接下来要考虑电缆在桥梁伸缩缝处的敷设形式.一般的步骤首先是收集桥梁在各个伸缩缝处 的最大伸缩量以及相当于30a反复伸缩的次数等参数，然后设计OFFSET尺寸，使收缩时电缆的最小弯曲半径是在容许弯曲半径以上，接着计算铝护套的疲劳应变是否满足容许伸缩应变，再用Minor疲劳累积破坏法则验证按此敷设形式铝护套在30a电缆使 用寿命内不会开裂.
如图2所示，未送电时电缆弯曲半径计算公式为
图2OFFSET尺寸计算示意图Fig. 2 DFFSET size diagram
(1)
(2)
(3)
(4)
式中，L为初始OFFSET半节距，mm：F为初始OFFSET幅宽，mm.
电缆伸缩后弯曲半径计算公式为：R=L'P²=（Lm）²F²
式中，L'为伸缩后OFFSET半节距，mm；m为伸缩量的 一半，mm；F=Fon;n为电缆横向滑移量，mm.
根据式（4）、式（5），OFFSET选取的蛇形幅宽与半节距必须使电缆伸缩后R计算结果不小于容许弯曲半径，同时计算出F数据作为线路走廊空间的宽度设计依据.
接着计算铝护套的疲劳应变，其计算公式为
式中，D.为金属护套平均外径，mm.
其结果需满足e日间≤0.3%.
然后计算铝护套破裂时伸缩次数，其计算公式为
式中，N为铝护套破裂时伸缩次数.
最后验证是否
式中，n为该伸缩缝30a伸缩次数.
若满足则说明铝护套在30a内不会断裂.
当然，引起桥梁的结构伸缩变化因素是复杂与多样的，包括温度变化、车行荷载、风荷载、地震等因素，因此，只有将各种因素引起的疲劳系数累计在一起，且计算出是<1，才能断定金属护套 N不会在使用寿命内出现疲劳开裂的不利影响.虽然桥梁伸缩等引起电缆金属护套疲劳应变的各种因素较难统计以及准确量化，但其遵循的计算方法仍是一致的.另外，以上计算思路对于电缆接头处 OFFSET装置的布置也同样适用，由于在桥梁上电缆接头位置尽量避开桥梁伸缩缝的位置，其与隧道内电缆接头布置有共通之处，主要通过考虑电缆自身的伸缩变化因素来确定OFFSET形状常数，不再 详述. 下面接着讨论电缆在桥梁上敷设的防振措施.前面已经说过，受构成桥梁的各部分材料的影响 (5) (6) （7) (8) 缘，其最简易的办法是，电缆支撑系统的间隔应保 等，桥梁存在较多的特殊率，因此，要考虑振动绝证固有振动频率与桥梁振动的特殊频率不同. 参考文献 [1]中华人民共和国国家发展和改革委员会.DI/5221-2005城市电力电缆线路设计技术规定[S]北京：中华人民共[2]中华人民共和国建设部.GB50217-2007电力工程电 和国国家发展和改革委员会，2005.设计现范北京：中华人民共和国建设部，中华人民[3]罗俊华，张丽，刘毅刚，等，超高压大截面电力电缆线 共和国国家质量监督检验检疫总局，2007.路热壁胀计算分析.高电压技术，2010.36（5）：1281-1286.LUO Junhus ZHANG Li UIU Yi-gang et al. Analysis and caleualation of thenmal expansiom of EHV cable line withlarge size conduetodJ] High Voltage Engineering 2010 36[4]张学晋，吴安官，成健，等.解读高电压交联电线蛇形 (5): (in Chinee) 数设设计有关规定[供用电，2009，26（6）：1-5.ZHANG Xue-jin WU Ae-guan. CHENG Jian et al.Explanation on the snake laying design regulation of high voltage crosslinked cable[] Distribution & Utilization. 2009 26( 6): 15 (in Chinese).[5]蒋晓据，王振伟，110kV跨海桥梁电缆的数设[J].华东电 力 2006 34(4); 4750.JIANG Xiao-juan WANG Zhenwei. Installation of 110 kVcables on sea-erossing brides[J] Ease China Electric Power.[6]孟航，粪尊.东海大桥高压电缆工程设计月华东电力， 2006. 34(4): 4750 (in Chinese) 2007 35(3): 6265.MENG Yu GONG Zan Engineering designs for high voltape eable laying along Donghai Bridpe[J]. Ease China EletricPower. 2007 35(3): 6265 (in Chinese). 日前，单纯支撑非夹持式支点支撑的电缆固有振动数可按下述公式呵计算： (9) 式中，L为电缆支撑间隔.m：W为电缆单位重量，N/mm；g为重力加速度，9.8x10mm/s²；E7为电缆弯曲刚性，N*mm². 以式（9）固有振动频率算出电缆支撑间隔L，只要电缆支撑间距小于L，就可以实现振动绝缘.对 于斜拉桥，吊桥可按30Hz考虑选择支撑间隔.以220kV导体截面为2500mm²交联聚乙烯绝缘电力电缆为例.其E/=3.94×1010N*mm²，W=0.363N/mm，取f=30Hz，则计算得L=1307mm，即只要电缆支缆固定夹具与电缆之间垫设防振橡胶，既简便又 撑间距小于1.3m，就可以满足防振要求.同时，在电有效. 4结语 由于桥梁本身结构与导致其振动因素的复杂性，电缆在桥梁上敷设与埋设在地下或敷设于隧道内有很大的不同，需要考虑的因素也比较多，包括电缆在桥梁伸缩缝处、电缆接头处OFFSET装置 的布置、防振要求等.本文对电缆线路在桥梁上敷设的一些参数计算提供思路与方法，与桥梁本体的一些参数相结合，经计算就可以选择合适的电缆数设、固定方案，确定线路走廊空间，进面在桥梁的设计中考虑线路走廊的布置，从而做到既能满 足桥梁运行管理要求，又能保证电缆安全可靠地运行. 收稿日期：2012-09-27 作者简介： 杨伟航（1977一）.大学本科，工程师，从事高压电缆线路安装工程设计工作. （编辑董小兵）
