以城市建设区域变电站为核心的综合管廊方案探讨

岑文祥 周文斌 钟俊彬

(1. 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司 200092；2. 上海水业设计工程有限公司 200092)

引言

随着城市化程度的不断提高和用电负荷的快速增长， 高电压等级的变电站越来越多进入城市建设区域。 变电站进出高压电力电缆(110kV、220kV)数量较多， 一方面现状的高压线架空敷设形式造成变电站周围土地竖向空间利用受限， 对城市景观影响较大； 另一方面远期出线采用浅埋排管敷设方式将造成后续市政道路路面反复开挖， 影响交通出行。

在《城市地下综合管廊工程规划编制指引》中规定的建设区域为高强度开发和管线密集地区[1]， 城市建设区域成为当前综合管廊建设及服务的主要目标。 伴随着变电站所在的城市建设区域的开发， 通过综合管廊布置， 为变电站所在片区电力管线入廊提供了通道， 释放了架空高压线影响的地块空间， 解决了城市蜘蛛网及马路拉链等一系列问题， 将产生巨大的经济和社会效益[2]。 顾佳[3]介绍了苏州地下综合管廊的建设情况， 阐述了该管廊在城市管线建设中的优势， 梳理了中压配网电缆入廊存在的问题。 张慧[4]等结合电网规划相关原则及关键技术， 探讨基于空间规划协调理论的综合管廊电力舱规划布局策略。祁彦鹏[5]等总结了电力电缆入廊的基本原则及技术原则， 提出一种简易的电力电缆入廊费用测算。 吴立峰等[6]结合实际工程介绍了地下综合管廊的设计方法和施工技术要点。 秦燕[7]等针对电力管线入城市综合管廊问题， 分析相关政策、 技术可行性， 总结电力管线入廊的优势及阻力。 相关研究多集中在电力电缆入廊的必要性及可行性论证、 电力管线与其他管线共舱技术要求、 电力舱断面布置以及电力电缆入廊费用研究等方面，少有文章阐述具体变电站进出线对综合管廊系统布置影响及高压电力电缆入廊具体技术路线及方案。

变电站大截面高压电力电缆(110kV、220kV)进出线方式、 入廊及敷设的技术要求标准与中压电力电缆(10kV)存在较大不同， 需从综合管廊系统布局及特殊节点等方面针对性考虑，因地制宜确定合理的技术方案， 以满足多回路高压电力电缆入廊需求。 下面以某市建设区域综合管廊方案研究为例进行阐述。

1 工程概述

某市建设区域， 伴随着原片区城中村及工业企业改造和拆迁， 规划形成高品质复合功能区，区域功能见图1。 由于城市功能升级需要新建大量市政管线， 为提升城市景观效果、 保障地面交通运行通畅， 片区规划新建地下综合管廊。区域中大路一侧有一座现状220kV 等级中心A 变电站， 与周边现状220kV 等级B 变电站等其他变电站电缆联络， 变电站进出线及现场环境见图2、图3， 现状电缆主要采用线杆架空敷设形式，限制了周边地块开发范围及高度， 影响了城市景观效果。 随着综合管廊的建设， 片区内高压电力架空线规划要求入廊， 220kV A 变电站进出线高压电力电缆是入廊主要管线， 以满足现状及远期高压电力管线实施需求。

图1 建设区域规划功能Fig.1 Municipal construction zone plan function

图2 A 变电站进出线架空高压电力电缆布置Fig.2 A substation in and out high voltage electric overhead cable layout

图3 A 变电站现场环境Fig.3 A substation site environment

2 综合管廊系统布置方案

根据建设区域电力管线规划图(图4)， 片区内A 变电站近远期进出线高压电力电缆220kV4回、 110kV6 回， 由于电力规划编制时期较早，编制时未考虑后期区域综合管廊建设， 高压电力电缆全部从中大路接入青山北路， 沿青山北路路径与区域外变电站联络， 电力通道潮流集中于一路，今后供电稳定性较低， 不利于远期电力线路敷设。

通过与电力部门对接， 按照电力部门实际需求重新对A 变电站进出线高压电缆的方向进行梳理， 变电站远期进出线的需求增加至220kV6 回、110kV10 回， 并且区域内规划110kV 等级H 变电站， 根据A 变电站与周围B、 H 变电站的位置关系， 高压电力电缆线路路径划分为三个方向(图5)。 根据片区道路工程规划， 区域内市政主干道路为两纵两横(两纵: 中大路、 丹霞路， 两横:青山北路、 七里路)， 其中青山北路为现状道路，其他三条路为规划建设道路。 规划道路于近期建设， 综合管廊同步道路工程实施条件较好。 在A变电站北侧七里路及南侧青山北路下设置含高压电力舱综合管廊作为东西向的两条高压电力通道， 在南北向的中大路和丹霞路设置含高压电力舱综合管廊， 功能上联系七里路和青山北路， A变电站进出线由三路分别接入北侧七里路管廊、南侧青山北路管廊以及东侧中大路管廊。

图4 建设区域高压电力管线规划Fig.4 Municipal construction zone high voltage electric pipeline plan

图5 A 变电站进出线方位Fig.5 A substation in and out high voltage electric cable orientation

区域井字形高压电力舱布置为变电站多向进出线高压电力电缆提供入廊通道， 同时以此作为区域综合管廊系统骨架， 结合其他市政管线规划形成建设区域综合管廊系统总体布置(图6)， 调整后的方案以建设区域综合管廊专项规划的形式予以确定。 以A 变电站进出线高压电力电缆入廊为核心的综合管廊系统布置研究方案将作为原有区域电力管线规划修编的依据， 最终达到多规融合的目的， 有利于指导后续工程建设实施。

图6 建设区域井字形综合管廊系统布置Fig.6 Municipal construction zone # type utility tunnel system layout

3 综合管廊高压电力舱特殊节点方案

高压电力电缆一般以管廊或隧道形式接入综合管廊。 本项目中调整后的A 变电站规划出线方向中有2 路分别经电厂路接入青山北路管廊和七里路综合管廊， 电厂路接入青山北路管廊高压电缆接入回数为2 回220kV， 电厂路接入七里路管廊高压电缆接入回数为4 回110kV。 由于电厂路为规划支路， 道路红线宽度较窄， 当道路下电缆回数较少时， 传统的管廊或隧道敷设方式占据的地下空间范围大并且造价投资高， 因此在电厂路道路下采用电力排管浅埋敷设形式。

高压电力电缆(220kV、 110kV)单回路由三根电缆组成， 220kV 单根电缆的外径一般是120mm ～160mm， 110kV 单根电缆的外径一般是100mm ～140mm[8]。 根据《电力工程电缆设计标准》(GB50217 -2018)规定， 电缆允许弯曲半径可按电缆外径的20 倍计算[9]。 对于220kV 电缆， 弯曲半径最大达到3200mm； 对于110kV 电缆， 弯曲半径最大达到2800mm。 由于中压电力电缆(10kV)的外径小于高压电力电缆， 按中压电缆考虑的电力舱接出口尺寸往往无法满足高压电力电缆的接入接出敷设空间要求， 另一方面一味地放大接出口尺寸也会造成地下空间的挤占及造价的浪费， 所以需对高压电力电缆接出口进行特殊设计。 以青山北路高压电力舱接出口为例， 节点有2 回路220kV 高压电力电缆接入， 按220kV 电缆转弯半径并预留800mm 余量可确定接出口节点外扩尺寸为4000mm。 考虑高压电力舱接出口位置顶板及底板跨度较大， 在舱室中部设置立柱以改善受力条件， 见图7。

入廊高压电力电缆从舱外浅埋排管90°垂直接入或接出管廊电力舱下部， 涉及两个方向空间曲线敷设， 常规二维图纸难以反映电缆与接出口的相对位置关系，造成接出口空间浪费或者电力敷设空间不足。BIM 技术是在计算机辅助设计(CAD)等技术基础上发展起来的多维建筑模型信息集成管理技术，其在可视化、 虚拟化、 协同设计等方面的优势，能有效提升工程的规划、 设计水平， 提高工程质量和协同效益[10]。 借助BIM 技术手段， 首先将高压电力电缆接出口三维建模， 然后通过在接出口模型中把电力电缆空间曲线二次建模(图8)，复核接出口外扩尺寸设计合理性并进行管线间碰撞检查。 通过前期方案阶段BIM 协同建模， 可以规避后续电缆入廊的技术问题， 合理确定电力排管接入位置综合管廊的三维控制线。

图7 高压电力舱接出口示意Fig.7 High voltage electric cabin outgoing expert plane and cross-section

图8 高压电力舱接出口(含高压电力电缆)三维模型布置Fig.8 High voltage electric cabin outgoing expert 3d model

4 结语

变电站进出线高压电力电缆入廊是影响综合管廊技术方案的重要因素。 由于高压电力电缆重要性高、 敷设限制多， 单条管廊内过多回数高压电力电缆入廊不利于电力潮流的分散、 供电稳定性较低， 而且不利于远期线路敷设。 另外由于时效性等原因， 相关电力规划在早期编制时一方面区域内未考虑建设综合管廊， 另一方面较难反映电网远期电缆实际需求， 因此在综合管廊前期阶段应秉持“依据规划方案设计， 对接电力实际需求”的原则， 因地制宜确定综合管廊方案。 通过对具体项目的方案研究， 得到以下结论:

1. 对于含变电站建设区域内综合管廊系统布置， 应梳理变电站进出线高压电力电缆现状及规划电力通道路径。 当变电站进出线电缆回数较多且电缆可多方向进出站时， 综合管廊系统总体布置方案应尽量避免单一通道高压电力电缆入廊，建议布置多条综合管廊接入以分散电力通道潮流；

2. 当综合管廊高压电力电缆(少于4 回)侧向接入接出位置采用排管敷设方式时， 管廊接入节点空间要求较大， 应对节点进行专项设计， 借助BIM 技术手段， 合理确定节点尺寸以满足高压电缆敷设需求。