超高压电缆沿大桥敷设伸缩补偿装置offset的设计
王双
（机械工业第二设计研究院（中国联合工程公司）浙江杭州310052）
摘要：电缆伸缩补偿装置简称dsei装置是电力输送工程中沿跨海跨江大桥敷设超高压电缆工程中不可缺断确保输电线路的安全运行.通过对现有进口afset装置的深入研究，详述affset装置的工作原理；系统介 绍大型aset装置的设计步骤及制作方法为该产品的国产化打下坚实的理论基础.
关键词：电缆伸缩：ofset;工作原理：设计方法
中图分类号：247.4 文献标识码：A
文章编号： 1672-6901( 2015) 02-0018-05
Design Study of Expansion Compensation Devices in the Ultrahigh Voltage Cables for Large Bridge
WANG Shuang
( Second Design & Research Institute of the former Ministry odf Machinery Industry China United Engineering Coeporation Hangzhou 310052 China)
Abstraet: The expansion pensation devices in cables which are usually called ofset devices for shoet are used onthe ultrahigh oltae cabe laid alng the hge bride seas or rivers and are the eential dvis in the big pwertransmission projet. In order to avoid the unespecled break the importance of the expansion pensation devices isto eliminate the tensions of cables due to bridge′ s displacement bending dislocatiom and hence guarantee the safety of electrie tranmissin line. In this paper firsly the principe of peation fr this kind df penation devis wasesplained carefully base on the deep studies of the impoted ones hich are designed by foreign cotres. Then theauthor esplored a set of methods ho to design and manfacture this kind of plicated derices independently in China which aims to establish a solid theoretical basis for future localization.
Key words: cable expansion offset device; operational principle design method
DOI:10.16105/j.cnki.dxdl.2015.02.006
敷设电缆的方法，在安装、使用、维护方面积累了 丰富的第一手资料.
0引言
随着跨海跨江大桥工程的出现，特高压电缆沿桥敷设的送电工程应运而生就电缆敷设自身而言利用桥梁原有的减重空间敷设电缆输电工程中不再投建专用的水上电缆安装基础，也不需 大桥设计过程中新增较大的投资，从而大大降低了输送电工程的总造价.据此，国外水上输送电工程多选用沿桥敷设电缆的方法.2003年上海洋山跨海大桥建设工程中110kV输电电缆采用沿桥敷设的方法，系国内首次-其后建设的220kV 沪崇江海大桥也采用了沿桥敷设电缆的方法.经数十年的连续运行，安全可靠效果良好-这两项成功的工程范例，为国内水上送电工程应用沿桥
沿桥敷设电缆工程的最大技术难点在于必须有效地解决桥面对接处因温度、负载、风力等因素变化引起的缝隙变化，这些周期性变化，会导致敷设在两桥端间的电缆频繁伸长和压缩对于跨海桥梁 而言多数主航道上的大跨度斜拉桥、吊桥桥面端部产生的伸缩量会超过1m以上.要补偿如此大的伸缩量，常规意义上的电缆伸缩弯曲远不能满足这么大的变形需要.只有利用电缆olfset装置，才能很好地解决这一工程难题.
鉴于桥面类型、长度、构成材质的不同，实际过程中每跨桥面端头的伸缩量也大不相同、offset装置自然有大小之分：补偿能力小的称小offset;补偿大于400 以上的称作大offset.大小offset的设计理 能力大的称大offset.通常400以下的称作小offset，念差别很大前者较后者要复杂得多，这里仅介绍作者地址：浙江杭州市滨江区滨安路1060号A楼18层大afset的设计原理及方法.
动端安装在一个桥面的固定端.右半部称作固定端安装在相邻桥面的活动端.电缆是用专用电缆架内.框架带动电缆移动参见图1. 夹头分别固定在滑动端、固定端、折角机构的电缆框
1offset装置的工作原理
1.1基本构成
以折角机构为界fset装置的左半部分称作滑
图1500 mm offset装置
1-电缆固定框架12-弧形电缆3-电缆滑动框架4-折角机构5-电缆固定框架26-电缆拖架7-电缆支架8-连杆机构9-差分机构10-基础滑座
也不会向两端电缆框架传递.整个过程中桥面变形力通过电缆框架、连杆等均匀分散地作用在电缆弧的数个特定点上，电缆的弧线段几乎不承受拉力和挤压力，电缆全弧线仅作受限、均匀、在控的弯 曲变形.
1.2工作原理
工作过程中当活动桥面收缩时固定在其上的电缆框架随桥面缩进的同时拉动折角机构右移.由于折角机构受拉、受压是刚性的，它会拖动安装在 彼邻固定桥面上的滑动电缆框架.通过均分连杆机构滑动电缆框架拉动固定在弧形电缆上的电缆拖架移动-当活动桥面收缩时弧形电缆弯曲半径增大弧弦拉长伸长量等于动桥面的收缩量.当活动桥面伸长时弧形电缆弯曲半径减小弧弦变短缩 进量等于动桥面的伸长量，当任意桥面弯曲时折角机构上下转动，弯折力消失不会向两端电缆框架传递，当两桥端错位时折角机构水平转动，弯折力
2offset的设计（以offset 500为例）
2.1设置电缆最小成形弧
或相切组成，以顶点为中心左右对称.在其上选定 设定的电缆弧线由四段半径为R的圆弧相连5点分别为起点1拐点2顶点3拐点4终点5，见图2.
图2最小弧线
图2中R为电缆许用的最小弯曲半径.仅和电缆的直径D有关通常取R22.5D.
4Rsin60 =12 471 弧线总长 S=2πR×240/360 =15 080.
该例中D=160，计算得最小R=22.5×160=3600弧线顶高H=R=3600，弧线水平长L=
2.2作出电缆最大成形弧
在图2中当5号点固定1号点移动L时每
段弧的曲率半径会等量增大到相同的RAR其它三点则移动到图3所示的位置.
图3最大弧线
当起点1水平移动距离△L时其它对应点水平移动量和第一点有如下关系：第一点△L;第二点3/4L;第三点1/2△L;第四点1/4△L;第五点0
对于 offset 500 L = 1 000.
结构设计时把这五个点通过一种特定机构连接为一体，当第一点移动时这个机构能够保证其它几点均按上述关系水平关联移动、若把第一点和移 动桥面连为一体当动桥端伸缩时电缆弧线就会按设定的轨迹移动释放或吸收桥端移动而产生的电缆伸缩量，整个过程中电缆不直接承受拉力和压力海段电缆只作均匀的等幅弯曲变形.
2.3瞬态弧线的曲率半径及每段对应弧圆心角的 计算
设：初始弧曲率半径r圆心角α弧线水平长1其中/=4rsinα.
中 L =4Rsinβ- 瞬间曲率半径R，圆心角β弧线水平长L.其
根据各段曲率相同、弧长相同的规定，有如下方程组：
Rsing = rsina L/4
Rβ = rαx
联解得 sinβ=(rsinα L/4)β/ rαx
得：最大β=46.61
最大R=4634
2.4初始弧线的设定
L/2对应的弧线为初始弧线.
2.5差速机构的设计
（1）二倍速机构
两个滑轮分别装在一个连杆上形成一个动滑轮组.图2或图3上的1号点固连在滑轮组的钢丝绳上3号点连接在连杆端钢丝绳的两端拉紧后固定在桥面上见图4.
• 20 • 当1号点移动时连杆上的3号点作同向移动，
图4二倍速机构
但其速度仅为1号点的一半.
（2）三倍速连杆
在图3中把下弧线上的点4和点2连线向左移动1/2△L分别以上弧线上的点2和点4和下弧线上的点2点4为圆心适当半径画圆，得两交点， 形成中间连杆.画圆半径的大小应使中间连杆尽量靠近下弧线上的点2点4连线.
三连杆的两端连杆A和C等长连杆机构的两个端点分别连接电缆弧的两个特定拐点2和4，中间连杆B和二倍速的连杆相连接见图4、图5.
图5三倍速连杆
中间连杆和3号点拨叉固连在一起.当中间连杆移动1/2△L时2号点移动3/4LA号点移动1/4△L.即2号点移动的距离是4号点的3倍
（3）两种差速机构连为一体组成电缆拖动机构
第1点固定在电缆滑动框架上拐点2、拐点4及顶点3为电缆拖架放置点拉动3号点的杆件是一个拨叉差速机构和滑动电缆框相连见图6.
图6电缆拖动机构
移动3/4△L3号点上的电缆拖架移动1/2△LA号 当滑动电缆框移动AL时2号点上的电缆拖架点上的电缆拖架移动1/4AL.
电缆拖架分别拖动4段电缆按照设定的电缆变形轨迹移动从而吸收或释放因桥端间隙变化而引起的电缆伸缩量
3主要构件的设计
收装置及安装底座等组成，见图1.各部件设计过 Oset装置主要由固定部分、滑动部分、折角吸程中除考虑构件应具有足够的强度、刚度外所选用的材料还须具备良好的耐腐蚀性及抗疲劳性.为了便于现场安装钢构件多选用标准型材螺栓连接结构，构件在制造工厂制作完成后均须 组装、拆分及编号.现场安装只进行组装和调试工作.
3.1固定部分
的电缆固定框架1和电缆固定框架2.其中一个安 固定部分由两个电缆固定框架组成，见图1中装在桥端固定的桥面上，另一个则安装在相邻桥的滑动端桥面上.电缆用专用电缆夹头固定在框架中.电缆固定框架主要承受电缆弯曲变形所需的拉这个力因电缆直径大小的不同而不同. 力和压力、力的大小等同于电缆弯曲时的屈服力，
图7滑动电缆框架断面图
3.3折角机构
主体为两端垂直铰接的框架结构可上下左右缩力从动桥端传递到固定桥端的滑动电缆框上，从 摆动见图1.当动桥端伸缩时折角机构能够把伸而拉压弧形电缆部分完成补偿作用.当在负载和风力的作用下，两桥端会产生上下左右的偏转折角机构的较接作用，使得弯折力消失.折角机构的两个 框架用槽钢制作销轴为不锈钢空心轴.
框架的立柱及横担一般用槽钢制作对角斜拉用角钢以增加局部强度及整体刚性，材质选用不锈钢或优质碳素钢防腐处理.框架与桥面的连接应牢固可靠.
有一点值得说明：这个偏转角度相对较小通常不大于2°.对于电缆这种塑性材料来讲尽管频次很高，弯折的影响是微不足道的只需在折角机构两端固定电缆时电缆在中间呈微弧状即可，但是对 于桥两端的电缆框架来说，如果桥两端框架做成一个整体的话钢材在高频次的反复弯折中会很快疲劳断裂，因此说折角机构不是真正意义上的电缆折角补偿机构而是钢结构电缆框架自身的弯折消除机构.对于大ofset装置来说非常重要-这一点 诸多文章中均未明确表达，误以为这个机构的作用是在补偿电缆的偏折影响.
框架截面应能容纳所需的电缆数.框架断面尺寸应根据电缆直径大小来决定两根电缆之间的距离应不小于国标中相关的规定-框架的长度应能满足电缆排列的变化.
3.2滑动部分
滑动部分由滑动电缆框架、电缆拖动机构、电缆拖架、电缆支架等组成见图1.
（1）滑动电缆框架.由框架、导轮及轨道等组成-框架类同于固定电缆的固定框架.导轮为不锈 钢导轨为不锈钢钢管.导轮装在电缆框架的下侧面沿上下两条钢管轨道滚动.导轨用支架固定在
3.4安装底座
槽钢、方钢、工字钢等刚度较大的型钢制作.要求整 安装底座作为设备的安装基础台架通常选用体刚性好上平面方便找水平.电缆滑动框架的导轨及弧形电缆拖架、电缆支架的滑板分别固定在底座的上平面上.导轨为不锈钢管滑板为有自润滑能力的不锈钢平板-
（2）电缆拖动机构、由顶点拨叉、拐点连杆、差速滑轮等组成，如图6所示，拨叉和连杆固连.连 杆的两端点和两拐点的电缆拖架铰接顶点的电缆拖架随拨叉平动-差速滑轮固定在拉杆上、动绳固定在基座上-整个机构设置在滑动框架的下部槽钢内见图4和图7.
（3）电缆拖架和电缆支架用来固定或支承电缆.拖架框移动时可绕框架中心转动拖架是带动电缆移动的施力点.支架仅起支撑作用.架子中心较接，铰接杆一端为长槽，起导向限位作用-
4offset的安装
（1）零部件应在制作场地预组装及调试，并编号、拆分.包装应以部件为单元便于现场安装.
（下转第33页）
来制备的陶瓷线其陶瓷在导体表面很难涂覆烧结均匀并难以避免缺陷的存在，同时耐电压能力不强，一般在500V以内-同时陶瓷材料很硬难以弯 曲（如表2所示），这些都极大地限制了陶瓷线的使用.
缘线的制备方式仍值得关注.
5结束语
目前我国绕组线工业发展迅速同时也面临着更为激烈的竞争环境，如果不能改变技术创新能力和研发能力较差的现状就一定会贻误发展的机遇，对于企业而言是否有创新能力是决定企业可持续竞争优势的关键.200级及以上耐热等级的绕组线的 使用量不断扩大其代替较低耐热等级产品的趋势也十分明显.对耐高温绕组线新材料、新产品的研究与开发新的绝缘设计和制备技术以及高精密度绕组线制造设备（漆包机、绕包机、挤出机等）一方 面可以通过自主创新另一方面可以通过对国外先进新产品和新技术的学习和引进消化和吸收转化为自身的发展动力不断缩小与发达国家先进技术水平之间的差距，
表2周瓷绝缘电磁线弯曲半径
线径/mm 0.25 0.44 0.51绝缘层厚度/pm 弯曲半径 20 ~ 40 d 11 21 20 50 d 14 31 20 40 d 8 25
目前机电行业中常用的氧化铝膜绝缘线绕组线在生产过程中还是大量使用浓硫酸处理金属铝线得到氧化膜绝缘层的生产工艺不仅产生废水、废气污染环境，而且制得的涂膜柔韧性差在绕线或弯曲 时容易损伤氧化膜.
因此，无机绝缘绕组线不仅需要具有良好的耐热性和可靠性，而且在绕线成形时需要具有类似于普通有机漆包线具备的可卷绕性.为了满足这些要求，一种绝缘可无机化的绕组线的制备方法应运而 生.在制备过程中这种绝缘线呈现出如同漆包线一样优良的柔软性.该绝缘线绕成线圈再烧结之后就转变成了陶瓷绝缘绕组线，且在使用中显示出无机绝缘线所具有的一些特性.虽然无机化成膜后存在绝缘膜较脆、易出现针孔等缺陷但这种无机绝
参考文献：
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（上接第21页）
等长、等弧设计首次应用复合差分机构弥补了在 本文在设计过程中重点强调电缆弧线四等分、用Ofiset装置在这方面之不足，有效地解决了电缆弧线全长参变、匀变、不传递张力等三大难题.可作为各种规格Offset装置的通用设计方法.
拖架和电缆滑动框的底座，待底座精确调平后，再 （2）现场安装滑动部分时应先安装弧形电缆依次安装滑动框架轨道、拖架滑板、电缆拖架、电缆支架、拖动机构等.
（3）弧形电缆的初始弧应置于最短弧和最大弧的中间位置
参考文献：
（4）和桥面固定的构件，结合点应牢固可靠.
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（5）固定电缆的夹头夹紧力应足够大确保电缆和电缆框架不会产生相对滑动.
5结束语
Oset装置设计的核心理念是，要求装在其上的弧形电缆在伸长和收缩过程中整个弧长应均匀缆变形最小最终达到保护电缆，延长服役寿命的 等量弯曲，只有全弧长参于均匀弯曲，才能使得电目的，
