外海孤島長距離跨海輸電通道方案研究

莊慶華　周海旺　李安靜

【摘 要】溫州市大門大橋工程是大小門島港區(qū)連接溫州大陸的跨海大橋。本文以大門大橋工程為背景，對孤島長距離跨海輸電通道建設(shè)方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較和探討。通過研究表明，采用電纜在橋兩側(cè)設(shè)置“管線專用區(qū)域”的敷設(shè)方案可行，且具有投資節(jié)約、輸送安全有保障、施工簡便、對環(huán)境影響小等方面的優(yōu)勢，具有較好的技術(shù)經(jīng)濟性。交通橋梁建設(shè)兼顧“路、水、電”，這對海洋深水岸線資源的開發(fā)將產(chǎn)生重要的作用和深遠(yuǎn)的意義。

【關(guān)鍵詞】外海孤島；長距離跨海；輸電通道；方案研究

1. 工程背景

隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，為了開發(fā)海洋深水岸線資源，大型產(chǎn)業(yè)建設(shè)基地將逐漸向外海孤島進發(fā)。為滿足大型產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大用電需求，如何有效解決外海孤島長距離跨海輸電通道建設(shè)將是我國經(jīng)濟快速發(fā)展面臨的重要問題。

溫州大、小門島港區(qū)擁有前景廣闊的深水港區(qū)開發(fā)條件，是溫州港極具開發(fā)潛力的深水港區(qū)之一。根據(jù)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃要求，大、小門島石化基地需4回路220KV高壓供電線路。

溫州市大門大橋工程是大小門島港區(qū)連接溫州大陸的跨海大橋，大橋長6160km，一級公路雙向四車道設(shè)置，主橋為（135+316+135）m雙塔雙索面PC斜拉橋，橋?qū)?2.2m，具體斷面布置見圖1。如果技術(shù)上可行，在大門大橋工程設(shè)計時一并考慮大小門石化基地供水、供電管線的布置，做到“水、電、路一橋三通”，這將對社會經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生重大的意義。

因此，本文以浙江省溫州市大門大橋工程為背景，對外海孤島長距離跨海輸電通道方案進行了初步研究。

2. 跨海輸電通道方案

跨海電纜供電通道方案主要有以下幾種措施：采用海底電纜；電纜過橋；電纜過海底隧道。由于大小門島目前無海底隧道，新建海底隧道造價巨大，電纜沿海底隧道敷設(shè)的方案可行性較差，故本文僅對海底電纜、電纜過橋二種方案進行分析比較。

2.1 方案比較

2.1.1 海底電纜方案

海底電纜是敷設(shè)在海底及河流水下用的電纜。海底電力電纜主要用于水下傳輸大功率電能，與地下電力電纜的作用等同，僅應(yīng)用的場合和敷設(shè)的方式不同。海底電力電纜敷設(shè)主要用于陸島之間、橫越江河或港灣等。采用海底電纜往往比用小而孤立的發(fā)電站作地區(qū)性發(fā)電更經(jīng)濟，在近海地區(qū)應(yīng)用好處更多。

由于海底電纜工程被世界各國公認(rèn)為復(fù)雜困難的大型工程，從環(huán)境探測、海洋物理調(diào)查，以及電纜的設(shè)計、制造和安裝，應(yīng)用技術(shù)措施復(fù)雜，因而海底電纜的制造廠家在世界上為數(shù)不多，主要有日本、加拿大、美、英、法、意等國，這些國家除制造外還提供敷設(shè)技術(shù)。我國現(xiàn)在能生產(chǎn)海底電力電纜的廠家有沈陽電纜廠、上海電纜廠等。目前我國應(yīng)用的電壓等級較高的海底電力電纜大部分仍然需要進口。

在本工程中，如采用海纜則首先需對該海域進行調(diào)查，由于采用4回路電纜，按每回占用200米海域計算，需占用1km左右的海域作為海纜敷設(shè)區(qū)域，海纜工程結(jié)束后，該海域還將被辟為禁錨區(qū)，是否能得到海事部門同意，還需進一步開展工作。另外，海底電纜存在費用巨大、敷設(shè)技術(shù)存在難度以及后期的維護檢修困難的問題。國內(nèi)220kV海纜的應(yīng)用多數(shù)靠進口，海底電纜相對于普通電纜費用昂貴；另外海底電纜的重量、外型尺寸等均比較特殊，使電纜在過纜、運輸?shù)雀鞣矫婢嬖诤艽蟮碾y度，施工前期需對溫州樂清灣水域進行考察，根據(jù)其海底特征選擇合適的海纜，制定相應(yīng)的敷設(shè)方法；最后，海底電纜運行檢修困難，因為敷設(shè)環(huán)境比較特殊，所以當(dāng)運行過程中出現(xiàn)故障時，很難在水底進行作業(yè)，只能對其進行打撈，費時長，耗資大。

2.1.2 電纜過橋方案

目前，國內(nèi)和國外的一些大型橋梁上，已經(jīng)在建設(shè)過程中為電力電纜預(yù)留了安裝空間，并且成功地實現(xiàn)了大容量電纜的過橋。電力電纜敷設(shè)在各種橋梁上的長期運行經(jīng)驗，也說明了電力電纜通過各種橋梁是安全可靠的。

在本工程中，由于溫州市大門大橋?qū)⒁ㄔO(shè)，所以可考慮充分利用大橋資源，采用高壓電纜過橋的方案，解決電纜通道問題。高壓電纜過橋，由于只采用普通高壓電纜，所以費用大大節(jié)?。浑娎|敷設(shè)施工相對于大跨越和海底敷設(shè)也更方便；橋上電纜敷設(shè)，還可以方便以后的檢修維護。

因此，外海孤島長距離跨海輸電通道建設(shè)采用過橋方案較好，有利于充分利用大橋資源，又可避免占用大范圍海洋資源。

3. 過橋管線通道方案比較

過橋管線隨橋敷設(shè)常見的有箱梁外敷設(shè)和箱梁內(nèi)敷設(shè)，管線敷設(shè)在箱梁外側(cè)，主要有主梁兩側(cè)橋面敷設(shè)方案及兩側(cè)翼緣懸掛方案。本文僅對三種敷設(shè)路徑方案進行比較：

3.1 敷設(shè)路徑方案一：防撞護欄外側(cè)橋面敷設(shè)

根據(jù)溫州市大門大橋工程設(shè)計，對于管線來說推薦的方案詳見圖2，將管線布置在主梁外側(cè)，且設(shè)置防撞鋼護欄。預(yù)留位置為2×135cm×135cm，應(yīng)能夠設(shè)置四回電纜。

該方案將電纜與水管設(shè)置在一側(cè)，與公路相對獨立，管線在橋梁與陸地接口處比較順暢，主橋斜拉橋布置方式一致，對橋梁來說可以接受。電纜在主梁兩側(cè)橋面敷設(shè)方案，具有檢修維護方便，造價較低，安全性較高等優(yōu)點，對于自然環(huán)境對電纜老化的影響及汽車撞擊問題，可以通過一系列措施有效解決。橋梁的外側(cè)防撞護欄采用特殊設(shè)計的加高加強型防撞護欄，外側(cè)還有1m直徑水管做為第二道屏障；電纜敷設(shè)脫離橋面在自身管架上敷設(shè)，管架頂層蓋材料阻燃，避免電纜受太陽直接照射。因此管線隨橋敷設(shè)推薦采用主梁兩側(cè)橋面敷設(shè)方案。

3.2 敷設(shè)路徑方案二：橋梁翼緣板下懸掛敷設(shè)

該方案通過在橋梁翼緣板上設(shè)置吊架，吊架上應(yīng)考慮電纜敷設(shè)空間、運行人員通道、電纜過伸縮縫處的空間要求，將電纜懸掛在橋梁兩側(cè)翼緣板下，與公路運行相對分開，可以避免重型汽車直接撞擊電纜和太陽輻射對電纜的影響，運行安全性和可靠性更高。

兩側(cè)翼緣懸掛方案（見圖3）具有可避免汽車撞擊危險，但為了避免電纜自燃對結(jié)構(gòu)造成破壞，需保證電纜與箱梁腹板等主結(jié)構(gòu)具有一定的空間距離，因此并不能有效縮小斷面，節(jié)約造價，且懸掛方案振動和主橋伸縮等問題較難解決，檢修維護麻煩。

3.3 敷設(shè)路徑方案三：橋梁箱梁內(nèi)敷設(shè)

利用箱梁內(nèi)空間較大的特點，橋梁在混凝土箱梁段把電纜敷設(shè)在箱梁內(nèi)，如圖4，這樣將電纜與公路基本隔開，節(jié)省了橋面資源，在其它條件不變的前提下，通車寬度可增加140cm左右。將電纜布置在箱梁內(nèi)，為了敷設(shè)施工及今后運行維護的方便，應(yīng)設(shè)置管線平臺，人員維護及上下通道等。

對于該方案來說，目前國內(nèi)已有成功應(yīng)用的例子如東海大橋等。技術(shù)上應(yīng)不存在大的問題。但是由于電纜從箱梁內(nèi)部穿過，箱梁連接處端墻、斜拉橋鋼橫梁處應(yīng)預(yù)留電纜留孔，大小應(yīng)根據(jù)工程實際條件綜合決定。

根據(jù)以上的技術(shù)分析比較，可以看出方案二優(yōu)點在于避免了車輛直接撞擊，但是需要設(shè)置專用的電纜平臺，增加了投資費用。且平臺上的電纜敷設(shè)難度較大，一旦發(fā)生事故，搶修、更換電纜比較困難。

方案三梁內(nèi)敷設(shè)雖然可避免汽車撞擊危險及外部自然環(huán)境的影響，但梁內(nèi)通風(fēng)差，溫度高，且萬一發(fā)生電纜自燃事故對箱梁將造成嚴(yán)重的后果。雖然隨橋高壓電纜從梁內(nèi)敷設(shè)時輔助了消防系統(tǒng)，但代價高，且不能百分百保證防火效果，因此梁內(nèi)敷設(shè)不確定因素更大。

而方案一中電纜施工、維護均較方便，且節(jié)省了設(shè)置橋架的費用，雖然橋面上受太陽輻射影響較大，但可以通過在電纜上加裝防護玻璃鋼罩來解決（需注意罩內(nèi)通風(fēng)）。另外，雖然橋面上敷設(shè)電纜仍可能受到橋上汽車的影響，但由于已考慮設(shè)置了防護槽盒，電纜即使被撞（概率較低），也不會影響大橋的安全性，在橋面上電纜故障也會比較快的得到修復(fù)，保證了供電可靠性。

綜上所述，我們認(rèn)為，方案一、二、三均能滿足供電、水需要，但方案一經(jīng)濟性、可靠性更高。

3.5 推薦的過橋管線通道設(shè)計斷面

綜上所述，高壓電纜通道采用主梁加寬兩側(cè)方案具有較好的社會經(jīng)濟性和較高的安全性，因此，推薦的過橋管線設(shè)計采用橋面兩側(cè)“管線專用區(qū)域”的布置方案，斷面詳見圖5。

該設(shè)計方案總體滿足《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范JTG D60-2004》第3.3.6條中關(guān)于“電力線、電纜、管道等的設(shè)置不得侵入公路橋涵凈空界限，不得妨害橋涵交通安全，并不得損害橋涵的構(gòu)造和設(shè)施”的有關(guān)規(guī)定。

4. 結(jié)論

4.1 分析表明，依托交通橋梁一并解決長距離跨海輸電通道建設(shè)，具有投資節(jié)約，輸送電安全、有保障，供電保證率高，施工簡便，建設(shè)工期短，維護維修方便，避免占用大范圍海洋資源，對環(huán)境影響小等方面的優(yōu)勢，具有較好的技術(shù)經(jīng)濟性。

4.2 交通橋梁建設(shè)兼顧“路、水、電”，對外交通通道建成也就意味著輸電線路的通道的建成，這對海洋深水岸線資源的開發(fā)將產(chǎn)生重要的作用和深遠(yuǎn)的意義，社會效益和經(jīng)濟效益非常顯著。

4.3 分析表明，過橋管線設(shè)計采用橋面兩側(cè)“管線專用區(qū)域”的布置方案總體滿足規(guī)范要求，但需對隨橋敷設(shè)的電纜進行必要的分析和安全防護措施，以保證橋梁結(jié)構(gòu)及管線的安全。