长距离高压跨桥电缆在洋山深水港工程中的应用
上海电力设计院有限公司
1．工程概述
2005年12月10日，上海国际航运中心洋山深水港区正式开港.整个洋山深水港建设项目是上海建设国际航运中心的核心工程，是建国以来国家最大的港口建设项目，也是上海最大的单项基础设施建设项目.根据洋山港总体规划，至2010年，北港区（小洋山一侧）可形成10公里左右的深水岸线，布置近30个泊位，集装箱吞吐能力1500万标准箱以上.按目前上海港1800万标准箱的年吞吐能力，5年后可使上海港口吞吐能力翻一番.上海洋山深水港工程系”十五”期间重点工程，也是上海市2005年市头号重大工程，是为上海市作为中国乃至太平洋西岸最大的港口城市，解决深水港海洋航运大型集装箱船舶、界第三大港到第一大港的飞跃.
洋山深水港区位于杭州湾东侧，上海市南汇区芦潮港东南的崎岖列岛（属浙江省舟山群岛）海域中，崎岖列岛由大、小洋山岛组成，港区建设先期是以小洋山岛为中心的小洋山港区，远期建设大洋山港区.小洋山港区距上海南汇嘴约30公里，是最靠近上海的深水区.小洋山港区通过芦潮港至小洋山岛的跨海大桥（东海大桥）与上海大陆连接.
为解决港区的电源配套，根据上海电网向小洋山港区的供电方案，需在港区内设110kV小洋山变电站一座，采用两回110kV电缆线路从大陆上海电网受电的供电方案，电缆线路的起迄点为220kV临港（芦一）变电站和110kV洋山港变电站.
2.技术难点
港地区、东海大桥、海堤、颗珠山大桥后进入小洋山港区.电缆全长38km，桥上部分25km，陆上部分13km.采用2回路110kV电缆在桥上（陆地上）敷设，
桥上敷设长度为25km，为目前世界上敷设在桥梁上长度最长的高压电缆项目.
对于大桥敷设电缆来说，敷设高压电缆需要考虑适应大桥这个特殊环境，避免桥梁伸缩、振动等因素影响电缆安全运行.因此在深水港供电工程设计时重点考虑了以下技术难点：
1、大桥本身伸缩、振动对电缆的影响；
2、电缆敷设在大桥上对大桥的影响；
3、长距离电缆对电网的影响；
4、长距离电缆施工、试验技术研究；
一般来说，桥梁专业对高压电缆敷设在桥梁上的影响总是心存疑虑，通过我们对桥梁敷设电缆有关技术问题的研究成果，我们打消了桥梁专家的疑虑，并成功地敷设了世界上最长的跨桥高压电缆.
3.解决对策
3.1大桥对电缆的影响
a）大桥伸缩对电缆的影响
与陆地上敷设电缆不同，在桥上敷设电缆除了考虑电缆本身的热伸缩外，还必须面对大桥本身的伸缩问题，对于大长度的桥梁来说，桥梁本身的伸缩量相当大，如果不采取吸收伸缩对策，当桥梁产生收缩时，由于电缆的极度弯曲造成弯折.当桥梁产生拉伸时，将对电缆产生过大的张力.电缆将随着大桥的伸缩反复弯折拉伸，最终造成电缆金属护套断裂、绝缘击穿，达不到电缆设计寿命.
因此，作为缓和对策，我们在桥梁伸缩缝处采用专用电缆伸缩装置（OFFSET通过蛇形敷设的弯曲半径的变化来吸收桥梁的伸缩.通过电缆伸缩装置形状的变化来吸收桥梁伸缩量，避免桥梁伸缩影响电缆运行.在桥上设置电缆伸缩装置必须满足大桥的空间及荷载要求.
b）大桥振动对电缆的影响
桥梁由于汽车及风荷载等因素不可避免会产生振动.在桥梁上发生的振动大小和频率因桥梁的构造、形状、荷载的种类等等有所不同.为达到安全运行的目的，在桥上敷设的电缆必须针对大桥振动的特点采取措施.通过研究，为减小桥上振动对电缆的影响，我们提出了合理选择电缆、电缆支架间距及采用防振橡胶
等措施，收到了预想的效果.
3.2电缆对大桥的影响
a）电缆接地点选择对大桥的影响：
东海大桥长度非常长，因此电缆在桥上必须设置较多电缆接头，由于在大桥上，无法像陆地敷设电缆那样在土壤中打入接地极，合理选择电缆接头（电缆支架）的接地点是非常重要的.
针对大桥这种特殊的敷设环境，在考虑了多种方案后，我们最终选择了利用大桥混凝土结构中的钢筋骨架、金属结构物等金属管道通过桥墩接地方案.利用大桥钢筋接地有效地减小了接地电阻，节约接地材料并能达到均衡电位作用.
为保证高压电缆对其它通讯缆不构成干扰、危险影响，我们针对110kV电缆在桥上敷设条件开发了专门的计算软件包，对电缆各种运行条件分别进行了仿真计算.计算结果表明：即使在最严重的单相短路情况下，地电位的升高值、危险影响均在允许值范围内.
b）电缆荷载、留孔对大桥的影响
大桥设计时并未过多地为电缆敷设（施工）的工艺要求预留空间及留孔.为充分利用大桥现有空间，我们在设计阶段充分与大桥相关部门进行沟通、协调，在尽量不改变桥梁结构、荷载等条件的前提下，充分利用桥梁已有条件，最终确立了电缆充分利用了大桥箱梁内部空间、留孔进行敷设的方案，大大降低了工程造价.
3.3长距离跨桥电缆对电网的影响
洋山电网由于受电距离长，电缆充电功率大，对系统的无功电压水平影响比较大，而且操作过电压发生概率比较高，影响电缆的安全送电.
根据洋山深水港110kV供电项目实际条件，我们进行了详细的长距离电缆对电力系统的影响分析，尤其是无功平衡的计算分析和详尽的暂态过电压仿真计算.经过详细的计算分析，我们最终确立了110kV电缆两端安装并联电抗器，平衡电容电流保证正常运行电压水平，并采用避雷器防止操作过电压事故的措施.同时我们对运行单位的操作提出一定的建议，进一步减小了断路器重燃导致操作过电压的小概率事故发生的可能性.
长距离电缆施工、试验技术
a）大桥电缆蛇形敷设
在桥梁上敷设的电缆不但面对大桥的伸缩问题，还要解决电缆本身的伸缩问题.电缆在环境温度改变时（或由于电缆负荷的变化引起的温度变化）电缆本身的长度会产生热胀冷缩的现象，在电缆末端会累计产生一定的热机械力，为释放这样的热机械力，洋山工程中，在桥上我们采用电缆蛇形的措施，对电缆蛇形的种类选择、形状的确定等做了分析，并通过试验积累了大量数据，验证了计算结果.
针对电缆蛇形敷设的需要，我们采用了不同形式电缆夹具.专门为电缆蛇形敷设设计的电缆夹具属国内首创.
b）长距离电缆施工、试验方案
全长38km电缆在国内也非常少见，且电缆大部分敷设在大桥上，为保证港区顺利开港，电缆施工与大桥施工同期进行，在工程中，我们成功的运用了项目管理理念，顺利地完成了施工.为保证电缆接头安装质量，我们对接头工专门进行了培训，且在施工过程中应用了ISO9001标准，对施工过程全程进行质量控制，最大限度地保证了施工质量.
通过对自前电缆试验方案的研究，我们对本工程电缆在采用了24小时充电试验方案的同时，增加对电缆接头进行测试局放的方案.最终本工程电缆顺利通过了试验，一年多来的电缆安全运行实践证明了电缆试验方案的有效性.
4.工程创新点
高压电缆跨越25km超长距离大桥在国际上也属首次，电缆过大桥需要考虑应对许多在陆地上敷设时不需要考虑的技术难题.在洋山深水港供电工程中，我们对高压电缆过桥应对大桥伸缩、大桥振动、电缆蛇形敷设、电缆接地、电缆对桥梁荷载、过电压、峻工试验方法等课题的开展了专项研究，其中应对大桥伸缩的电缆伸缩装置、电缆蛇形敷设、电缆接地方案、过电压、竣工试验方法研究成果等已具有国际先进水平，电缆对桥梁荷载、振动对策的研究属于国内领先水平.其中《超高压、大截面、高落差、长距离电力电缆相关技术研究》课题报告获得了上海市电力公司科技进步一等奖.
5.效果验证
洋山港供电两回110kV电缆于2005年10月顺利送电，至今已一年有余.其间，电缆经历了大桥桥体移位、大桥被撞击、麦莎台风等恶劣条件的考验，安全运行至今，电缆运行单位也多次上桥对电缆伸缩装置、电缆接头等进行了检查，结果均在设计允许的范围内，满足运行要求，证明我们对电缆过桥采取的措施是有效的.
6.结束语
通过工程实践，设计、施工人员对大桥电缆设计、施工积累了不少经验.设计、施工人员通过对经验的总结，撰写了8篇高质量论文在《电网技术》《供用电》等专业技术杂志上发表，并多次在电力行业的论文交流会上与同行交流，并获得好评.
通过我们的工作，为高压电缆跨桥技术在全国推广提供了经验.（设计院已将电缆过桥经验应用在佛山东平大桥220kV2000mm²电缆过桥项目中，该项目已顺利峻工送电）
（龚尊孟毓方浩等）
