外海孤岛长距离跨海输电通道方案研究

庄庆华　周海旺　李安静

【摘 要】温州市大门大桥工程是大小门岛港区连接温州大陆的跨海大桥。本文以大门大桥工程为背景，对孤岛长距离跨海输电通道建设方案进行技术经济比较和探讨。通过研究表明，采用电缆在桥两侧设置“管线专用区域”的敷设方案可行，且具有投资节约、输送安全有保障、施工简便、对环境影响小等方面的优势，具有较好的技术经济性。交通桥梁建设兼顾“路、水、电”，这对海洋深水岸线资源的开发将产生重要的作用和深远的意义。

【关键词】外海孤岛；长距离跨海；输电通道；方案研究

1. 工程背景

随着我国经济快速发展，为了开发海洋深水岸线资源，大型产业建设基地将逐渐向外海孤岛进发。为满足大型产业发展的大用电需求，如何有效解决外海孤岛长距离跨海输电通道建设将是我国经济快速发展面临的重要问题。

温州大、小门岛港区拥有前景广阔的深水港区开发条件，是温州港极具开发潜力的深水港区之一。根据产业规划要求，大、小门岛石化基地需4回路220KV高压供电线路。

温州市大门大桥工程是大小门岛港区连接温州大陆的跨海大橋，大桥长6160km，一级公路双向四车道设置，主桥为（135+316+135）m双塔双索面PC斜拉桥，桥宽32.2m，具体断面布置见图1。如果技术上可行，在大门大桥工程设计时一并考虑大小门石化基地供水、供电管线的布置，做到“水、电、路一桥三通”，这将对社会经济发展产生重大的意义。

因此，本文以浙江省温州市大门大桥工程为背景，对外海孤岛长距离跨海输电通道方案进行了初步研究。

2. 跨海输电通道方案

跨海电缆供电通道方案主要有以下几种措施：采用海底电缆；电缆过桥；电缆过海底隧道。由于大小门岛目前无海底隧道，新建海底隧道造价巨大，电缆沿海底隧道敷设的方案可行性较差，故本文仅对海底电缆、电缆过桥二种方案进行分析比较。

2.1 方案比较

2.1.1 海底电缆方案

海底电缆是敷设在海底及河流水下用的电缆。海底电力电缆主要用于水下传输大功率电能，与地下电力电缆的作用等同，仅应用的场合和敷设的方式不同。海底电力电缆敷设主要用于陆岛之间、横越江河或港湾等。采用海底电缆往往比用小而孤立的发电站作地区性发电更经济，在近海地区应用好处更多。

由于海底电缆工程被世界各国公认为复杂困难的大型工程，从环境探测、海洋物理调查，以及电缆的设计、制造和安装，应用技术措施复杂，因而海底电缆的制造厂家在世界上为数不多，主要有日本、加拿大、美、英、法、意等国，这些国家除制造外还提供敷设技术。我国现在能生产海底电力电缆的厂家有沈阳电缆厂、上海电缆厂等。目前我国应用的电压等级较高的海底电力电缆大部分仍然需要进口。

在本工程中，如采用海缆则首先需对该海域进行调查，由于采用4回路电缆，按每回占用200米海域计算，需占用1km左右的海域作为海缆敷设区域，海缆工程结束后，该海域还将被辟为禁锚区，是否能得到海事部门同意，还需进一步开展工作。另外，海底电缆存在费用巨大、敷设技术存在难度以及后期的维护检修困难的问题。国内220kV海缆的应用多数靠进口，海底电缆相对于普通电缆费用昂贵；另外海底电缆的重量、外型尺寸等均比较特殊，使电缆在过缆、运输等各方面均存在很大的难度，施工前期需对温州乐清湾水域进行考察，根据其海底特征选择合适的海缆，制定相应的敷设方法；最后，海底电缆运行检修困难，因为敷设环境比较特殊，所以当运行过程中出现故障时，很难在水底进行作业，只能对其进行打捞，费时长，耗资大。

2.1.2 电缆过桥方案

目前，国内和国外的一些大型桥梁上，已经在建设过程中为电力电缆预留了安装空间，并且成功地实现了大容量电缆的过桥。电力电缆敷设在各种桥梁上的长期运行经验，也说明了电力电缆通过各种桥梁是安全可靠的。

在本工程中，由于温州市大门大桥将要建设，所以可考虑充分利用大桥资源，采用高压电缆过桥的方案，解决电缆通道问题。高压电缆过桥，由于只采用普通高压电缆，所以费用大大节省；电缆敷设施工相对于大跨越和海底敷设也更方便；桥上电缆敷设，还可以方便以后的检修维护。

因此，外海孤岛长距离跨海输电通道建设采用过桥方案较好，有利于充分利用大桥资源，又可避免占用大范围海洋资源。

3. 过桥管线通道方案比较

过桥管线随桥敷设常见的有箱梁外敷设和箱梁内敷设，管线敷设在箱梁外侧，主要有主梁两侧桥面敷设方案及两侧翼缘悬挂方案。本文仅对三种敷设路径方案进行比较：

3.1 敷设路径方案一：防撞护栏外侧桥面敷设

根据温州市大门大桥工程设计，对于管线来说推荐的方案详见图2，将管线布置在主梁外侧，且设置防撞钢护栏。预留位置为2×135cm×135cm，应能够设置四回电缆。

该方案将电缆与水管设置在一侧，与公路相对独立，管线在桥梁与陆地接口处比较顺畅，主桥斜拉桥布置方式一致，对桥梁来说可以接受。电缆在主梁两侧桥面敷设方案，具有检修维护方便，造价较低，安全性较高等优点，对于自然环境对电缆老化的影响及汽车撞击问题，可以通过一系列措施有效解决。桥梁的外侧防撞护栏采用特殊设计的加高加强型防撞护栏，外侧还有1m直径水管做为第二道屏障；电缆敷设脱离桥面在自身管架上敷设，管架顶层盖材料阻燃，避免电缆受太阳直接照射。因此管线随桥敷设推荐采用主梁两侧桥面敷设方案。

3.2 敷设路径方案二：桥梁翼缘板下悬挂敷设

该方案通过在桥梁翼缘板上设置吊架，吊架上应考虑电缆敷设空间、运行人员通道、电缆过伸缩缝处的空间要求，将电缆悬挂在桥梁两侧翼缘板下，与公路运行相对分开，可以避免重型汽车直接撞击电缆和太阳辐射对电缆的影响，运行安全性和可靠性更高。

两侧翼缘悬挂方案（见图3）具有可避免汽车撞击危险，但为了避免电缆自燃对结构造成破坏，需保证电缆与箱梁腹板等主结构具有一定的空间距离，因此并不能有效缩小断面，节约造价，且悬挂方案振动和主桥伸缩等问题较难解决，检修维护麻烦。

3.3 敷设路径方案三：桥梁箱梁内敷设

利用箱梁内空间较大的特点，桥梁在混凝土箱梁段把电缆敷设在箱梁内，如图4，这样将电缆与公路基本隔开，节省了桥面资源，在其它条件不变的前提下，通车宽度可增加140cm左右。将电缆布置在箱梁内，为了敷设施工及今后运行维护的方便，应设置管线平台，人员维护及上下通道等。

对于该方案来说，目前国内已有成功应用的例子如东海大桥等。技术上应不存在大的问题。但是由于电缆从箱梁内部穿过，箱梁连接处端墻、斜拉桥钢横梁处应预留电缆留孔，大小应根据工程实际条件综合决定。

根据以上的技术分析比较，可以看出方案二优点在于避免了车辆直接撞击，但是需要设置专用的电缆平台，增加了投资费用。且平台上的电缆敷设难度较大，一旦发生事故，抢修、更换电缆比较困难。

方案三梁内敷设虽然可避免汽车撞击危险及外部自然环境的影响，但梁内通风差，温度高，且万一发生电缆自燃事故对箱梁将造成严重的后果。虽然随桥高压电缆从梁内敷设时辅助了消防系统，但代价高，且不能百分百保证防火效果，因此梁内敷设不确定因素更大。

而方案一中电缆施工、维护均较方便，且节省了设置桥架的费用，虽然桥面上受太阳辐射影响较大，但可以通过在电缆上加装防护玻璃钢罩来解决（需注意罩内通风）。另外，虽然桥面上敷设电缆仍可能受到桥上汽车的影响，但由于已考虑设置了防护槽盒，电缆即使被撞（概率较低），也不会影响大桥的安全性，在桥面上电缆故障也会比较快的得到修复，保证了供电可靠性。

综上所述，我们认为，方案一、二、三均能满足供电、水需要，但方案一经济性、可靠性更高。

3.5 推荐的过桥管线通道设计断面

综上所述，高压电缆通道采用主梁加宽两侧方案具有较好的社会经济性和较高的安全性，因此，推荐的过桥管线设计采用桥面两侧“管线专用区域”的布置方案，断面详见图5。

该设计方案总体满足《公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004》第3.3.6条中关于“电力线、电缆、管道等的设置不得侵入公路桥涵净空界限，不得妨害桥涵交通安全，并不得损害桥涵的构造和设施”的有关规定。

4. 结论

4.1 分析表明，依托交通桥梁一并解决长距离跨海输电通道建设，具有投资节约，输送电安全、有保障，供电保证率高，施工简便，建设工期短，维护维修方便，避免占用大范围海洋资源，对环境影响小等方面的优势，具有较好的技术经济性。

4.2 交通桥梁建设兼顾“路、水、电”，对外交通通道建成也就意味着输电线路的通道的建成，这对海洋深水岸线资源的开发将产生重要的作用和深远的意义，社会效益和经济效益非常显著。

4.3 分析表明，过桥管线设计采用桥面两侧“管线专用区域”的布置方案总体满足规范要求，但需对随桥敷设的电缆进行必要的分析和安全防护措施，以保证桥梁结构及管线的安全。