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方案進行技術經濟比較和探討。通過研究表明，采用電纜在橋兩側設置“管線專用區域”的敷設方案可行，且具有投資節約、輸送安全有保障、施工簡便、對環境影響小等方面的優勢，具有較好的技術經濟性。交通橋梁建設兼顧“路、水、電”，這對海洋深水岸線資源的開發將產生重要的作用和深遠的意義。

【關鍵詞】外海孤島；長距離跨海；輸電通道；方案研究

1. 工程背景

隨著我國經濟快速發展，為了開發海洋深水岸線資源，大型產業建設基地將逐漸向外海孤島進發。為滿足大型產業發展的大用電需求，如何有效解決外海孤島長距離跨海輸電通道建設將是我國經濟快速發展面臨的重要問題。

溫州大、小門島港區擁有前景廣闊的深水港區開發條件，是溫州港極具開發潛力的深水港區之一。根據產業規劃要求，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置，主橋為（135+316+135）m雙塔雙索面PC斜拉橋，橋寬32.2m，具體斷面布置見圖1。如果技術上可行，在大門大橋工程設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”，這將對社會經濟發展產生重大的意義。

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，僅應用的場合和敷設的方式不同。海底電力電纜敷設主要用于陸島之間、橫越江河或港灣等。采用海底電纜往往比用小而孤立的發電站作地區性發電更經濟，在近海地區應用好處更多。

由于海底電纜工程被世界各國公認為復雜困難的大型工程，從環境探測、海洋物理調查，以及電纜的設計、制造和安裝，應用技術措施復雜，因而海底電纜的制造廠家在世界上為數不多，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技術。我國現在能生產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區域，海纜工程結束后，該海域還將被辟為禁錨區，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、敷設技術存在難度以及后期的維護檢修困難的問題。國內220kV海纜的應用多數靠進口，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、運輸等各方面均存在很大的難度，施工前期需對溫州樂清灣水域進行考察，根據其海底特征選擇合適的海纜，制定相應的敷設方法；最后，海底電纜運行檢修困難，因為敷設環境比較特殊，所以當運行過程中出現故障時，很難在水底進行作業，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，國內和國外的一些大型橋梁上，已經在建設過程中為電力電纜預留了安裝空間，并且成功地實現了大容量電纜的過橋。電力電纜敷設在各種橋梁上的長期運行經驗，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將要建設，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??；電纜敷設施工相對于大跨越和海底敷設也更方便；橋上電纜敷設，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

過橋管線隨橋敷設常見的有箱梁外敷設和箱梁內敷設，管線敷設在箱梁外側，主要有主梁兩側橋面敷設方案及兩側翼緣懸掛方案。本文僅對三種敷設路徑方案進行比較：

3.1 敷設路徑方案一：防撞護欄外側橋面敷設

根據溫州市大門大橋工程設計，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，且設置防撞鋼護欄。預留位置為2×135cm×135cm，應能夠設置四回電纜。

該方案將電纜與水管設置在一側，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。電纜在主梁兩側橋面敷設方案，具有檢修維護方便，造價較低，安全性較高等優點，對于自然環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。橋梁的外側防撞護欄采用特殊設計的加高加強型防撞護欄，外側還有1m直徑水管做為第二道屏障；電纜敷設脫離橋面在自身管架上敷設，管架頂層蓋材料阻燃，避免電纜受太陽直接照射。因此管線隨橋敷設推薦采用主梁兩側橋面敷設方案。

3.2 敷設路徑方案二：橋梁翼緣板下懸掛敷設

該方案通過在橋梁翼緣板上設置吊架，吊架上應考慮電纜敷設空間、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構造成破壞，需保證電纜與箱梁腹板等主結構具有一定的空間距離，因此并不能有效縮小斷面，節約造價，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 敷設路徑方案三：橋梁箱梁內敷設

利用箱梁內空間較大的特點，橋梁在混凝土箱梁段把電纜敷設在箱梁內，如圖4，這樣將電纜與公路基本隔開，節省了橋面資源，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，為了敷設施工及今后運行維護的方便，應設置管線平臺，人員維護及上下通道等。

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

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

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

而方案一中電纜施工、維護均較方便，且節省了設置橋架的費用，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（需注意罩內通風）。另外，雖然橋面上敷設電纜仍可能受到橋上汽車的影響，但由于已考慮設置了防護槽盒，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，保證了供電可靠性。

綜上所述，我們認為，方案一、二、三均能滿足供電、水需要，但方案一經濟性、可靠性更高。

3.5 推薦的過橋管線通道設計斷面

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

該設計方案總體滿足《公路橋涵設計通用規范JTG D60-2004》第3.3.6條中關于“電力線、電纜、管道等的設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造和設施”的有關規定。

4. 結論

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，具有投資節約，輸送電安全、有保障，供電保證率高，施工簡便，建設工期短，維護維修方便，避免占用大范圍海洋資源，對環境影響小等方面的優勢，具有較好的技術經濟性。

4.2 交通橋梁建設兼顧“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將產生重要的作用和深遠的意義，社會效益和經濟效益非常顯著。

4.3 分析表明，過橋管線設計采用橋面兩側“管線專用區域”的布置方案總體滿足規范要求，但需對隨橋敷設的電纜進行必要的分析和安全防護措施，以保證橋梁結構及管線的安全。