丰台站改大刘庄变电所供电线架设方案研究

陈志雄

中国铁路设计集团有限公司，天津 300000

丰台站改工程位于北京市丰台区，区域经济发达，建筑密集。铁路方面衔接了丰沙、京包、京原、京广、京九、京沪、京哈等普速线路以及京石城际和京广客专。

为提高丰台枢纽供电灵活性及可靠性，在京广联络线上设一座分区兼开闭所，给丰台站提供后备电源。该所两条进线引自既有京广高铁大刘庄牵引变电所。由于大刘庄变电所位于园博园区域（靠近正门），紧邻园博大道，出变电所即有园博园南路、北京地铁14号线等，供电线架设困难。

1 工程概况

大刘庄变电所至新建分区兼开闭所径路上先后有园博园南路、北京地铁14号线、既有京广线等，新增两路馈线沿线敷设径路长约4km。经现场勘查，供电线可自既有京广高铁A136#桥墩处架空架设，引入新建分区兼开闭所内；但大刘庄变电所出所处供电线径路方向西侧为园博大道、京广客专（高架桥）、地铁14号线高架B2出入口，南向有园博园南路、地铁14号线（高架），出所至京广高铁A136#桥墩区段，供电线架设困难。

大刘庄变电所出所至京广高铁A136#墩段直线径路约为250m，新增两路馈线型号为2×JL/LB1A-315-45/7（架空，铝包钢芯铝绞线）或3×TDWD-YJY73-27.5kV-1*400（高压铜芯绝缘电缆）。

2 供电线架设方案

结合现场勘查情况，充分考虑现场条件，对大刘庄变电所至园博园南路及地铁14号线区段供电线架设方案，提出架空裸线上跨道路及地铁、利用既有京广高铁桥梁箱室内敷设、非开挖定向钻管道穿越道路敷设3种方案，并对各方案进行分析比选。

2.1 采用架空方式跨越园博园南路及地铁14号线

两路馈线采用电缆自大刘庄变电所馈出后，沿园博园围栏内入地敷设至园博园南路西侧围栏处，电缆出地面上爬供电线支柱并转裸线，通过柱式绝缘子爬至柱顶，跨越园博园南路和地铁14号线。供电线架设高度距地面约25m，跨越地铁14号线处供电线最大驰度时距地铁接触网距离不小于3m。该供电线架设方案如图1所示。

图1 架空方式跨越园博园南路及地铁14号线（单位：m）

2.2 采用电缆方式敷设在既有京广高铁桥梁箱室内上跨越园博园南路及地铁14号线

既有京广高铁桥栏杆、接触网支柱、梁上等不满足电缆敷设条件，考虑电缆在桥梁箱室内敷设。两路馈线采用电缆自大刘庄变电所馈出后，沿京广高铁A130桥墩爬上，通过墩顶梁间的检修孔爬至桥梁箱室内，沿箱室内向南敷设至京广高铁A136桥墩处，沿A136桥墩爬下转至地面改为架空裸线架设。该供电线架设方案如图2所示。

图2 电缆在京广高铁桥梁箱室内敷设布置图

2.3 非开挖定向钻管道穿越园博园南路

两路馈线采用电缆自大刘庄变电所馈出后，沿园博园围栏内入地敷设至园博园南路西侧围栏内，通过管道下穿园博园南路，穿越公路后电缆钻出地面上爬供电线支柱并转架空裸线架设。穿越公路采用非开挖定向钻技术。管道地下穿越长度约100m，每根管道敷设1根电缆，考虑将来电缆维护更换需要，管道按50%备用预留，共敷设10根管道。该供电线架设方案如图3所示。

图3 非开挖定向钻管道敷设电缆穿越道路

3 方案比选

对以上3个方案，从可实施性、安全可靠性、维护管理方便性、景观性及经济性等方面综合分析比较，结果如表1所示。由表1可知，推荐采用方案三，即采用非开挖定向钻管道敷设电缆穿越园博园南路和地铁14号线。

表1 方案综合比较

4 定向钻导向轨迹设计及电缆受力计算

4.1 导向轨迹设计

定向钻进敷设管线考虑耐高温及刚性要求，采用管径150mm的MPP管道；钻杆直径按100mm考虑。结合管道穿越长度，导向轨迹线段由下曲线段、水平直线段、上曲线段组成，如图4所示。

图4 导向轨迹图

导向轨迹按对称考虑，R1=R2，L1=L3，计算如下：

式中：R1、R2为管道转弯半径；L1、L3为曲线段长度；L2为直线段长度。

根据入、出土角度施工的要求，取入、出土角度θ1=θ2=15°。结合覆土深度、与既有地下管线的距离以及管道和钻杆的转弯半径要求，管线埋深H按5m考虑，计算管道转弯半径R1=R2=146.7m，曲线段长度L1=L3=38m，直线段长度L2=24m。

4.2 电缆牵引力及侧压力

电缆型号为TDWD-YJY73-27.5kV-1*400，管道内电缆牵引力主要由电缆重力、管道摩擦阻力和弯曲增力组成。设各节点牵引力为Ti（N），管道摩擦系数μ=0.45，电缆单位质量W=78N/m，弯曲管段侧压力为Pij（N/m）。

（1）电缆牵引力计算。①—②区间：该区间为垂直凹曲面向下弯曲，管道阻力由弯曲牵引和垂直牵引叠加产生。节点2处牵引力为

②—③区间：该区间为水平直线，管道阻力由管道摩擦力产生。节点3处牵引力为

③—④区间：该区间为垂直凹曲面向上弯曲，管道阻力由弯曲牵引和垂直牵引叠加产生。节点4处牵引力为

按导向轨迹设计图，入口牵引力T1按20m电缆摩擦力考虑，计算得T1=700N，从而计算出T2=1797N，T3=2641N，T4=6300N；考虑出口外电缆阻力同T1，电缆最大牵引力T=7000N。

（2）电缆侧压力计算。弯曲管段侧压力为

根据管道轨迹线，电缆承受侧压力在③—④区间，计算得P③—④=43N/m。

4.3 电缆容许拉力及侧压力检算

采用牵引头方式的电力电缆容许拉力为

式中：σ为导体允许抗拉强度，N/mm2，铜芯电缆为68.6N/mm2；q为电缆芯数，取1；s为电缆导体截面积，mm2，取400mm2。

计算得出Tr=27440N＞7000N。电缆容许侧压力Pr=2500N/m＞43N/m。电缆牵引力和承受侧压力均满足要求。

5 结束语

随着铁路及城市建设的高速发展，铁路枢纽供电线架设难度将越来越大，尤其是复杂条件下大型铁路枢纽，线路路径复杂，受各种条件限制较多。因此，供电线架设方案应充分考虑既有情况、市政规划、运营维护管理等，经综合研究确定。在前期枢纽供电方案设计时需统筹考虑外部电源接入和馈出线的径路。非开挖定向钻电缆敷设轨迹设计应综合考虑地下管线与地质情况及电缆允许牵引力、侧压力等，可结合现场实测情况进一步调整优化。