岑文祥 周文斌 鐘俊彬

(1. 上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司 200092；2. 上海水業(yè)設(shè)計(jì)工程有限公司 200092)

引言

隨著城市化程度的不斷提高和用電負(fù)荷的快速增長(zhǎng)， 高電壓等級(jí)的變電站越來(lái)越多進(jìn)入城市建設(shè)區(qū)域。 變電站進(jìn)出高壓電力電纜(110kV、220kV)數(shù)量較多， 一方面現(xiàn)狀的高壓線架空敷設(shè)形式造成變電站周?chē)恋刎Q向空間利用受限， 對(duì)城市景觀影響較大； 另一方面遠(yuǎn)期出線采用淺埋排管敷設(shè)方式將造成后續(xù)市政道路路面反復(fù)開(kāi)挖， 影響交通出行。

在《城市地下綜合管廊工程規(guī)劃編制指引》中規(guī)定的建設(shè)區(qū)域?yàn)楦邚?qiáng)度開(kāi)發(fā)和管線密集地區(qū)[1]， 城市建設(shè)區(qū)域成為當(dāng)前綜合管廊建設(shè)及服務(wù)的主要目標(biāo)。 伴隨著變電站所在的城市建設(shè)區(qū)域的開(kāi)發(fā)， 通過(guò)綜合管廊布置， 為變電站所在片區(qū)電力管線入廊提供了通道， 釋放了架空高壓線影響的地塊空間， 解決了城市蜘蛛網(wǎng)及馬路拉鏈等一系列問(wèn)題， 將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益[2]。 顧佳[3]介紹了蘇州地下綜合管廊的建設(shè)情況， 闡述了該管廊在城市管線建設(shè)中的優(yōu)勢(shì)， 梳理了中壓配網(wǎng)電纜入廊存在的問(wèn)題。 張慧[4]等結(jié)合電網(wǎng)規(guī)劃相關(guān)原則及關(guān)鍵技術(shù)， 探討基于空間規(guī)劃協(xié)調(diào)理論的綜合管廊電力艙規(guī)劃布局策略。祁彥鵬[5]等總結(jié)了電力電纜入廊的基本原則及技術(shù)原則， 提出一種簡(jiǎn)易的電力電纜入廊費(fèi)用測(cè)算。 吳立峰等[6]結(jié)合實(shí)際工程介紹了地下綜合管廊的設(shè)計(jì)方法和施工技術(shù)要點(diǎn)。 秦燕[7]等針對(duì)電力管線入城市綜合管廊問(wèn)題， 分析相關(guān)政策、 技術(shù)可行性， 總結(jié)電力管線入廊的優(yōu)勢(shì)及阻力。 相關(guān)研究多集中在電力電纜入廊的必要性及可行性論證、 電力管線與其他管線共艙技術(shù)要求、 電力艙斷面布置以及電力電纜入廊費(fèi)用研究等方面，少有文章闡述具體變電站進(jìn)出線對(duì)綜合管廊系統(tǒng)布置影響及高壓電力電纜入廊具體技術(shù)路線及方案。

變電站大截面高壓電力電纜(110kV、220kV)進(jìn)出線方式、 入廊及敷設(shè)的技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)與中壓電力電纜(10kV)存在較大不同， 需從綜合管廊系統(tǒng)布局及特殊節(jié)點(diǎn)等方面針對(duì)性考慮，因地制宜確定合理的技術(shù)方案， 以滿足多回路高壓電力電纜入廊需求。 下面以某市建設(shè)區(qū)域綜合管廊方案研究為例進(jìn)行闡述。

1 工程概述

某市建設(shè)區(qū)域， 伴隨著原片區(qū)城中村及工業(yè)企業(yè)改造和拆遷， 規(guī)劃形成高品質(zhì)復(fù)合功能區(qū)，區(qū)域功能見(jiàn)圖1。 由于城市功能升級(jí)需要新建大量市政管線， 為提升城市景觀效果、 保障地面交通運(yùn)行通暢， 片區(qū)規(guī)劃新建地下綜合管廊。區(qū)域中大路一側(cè)有一座現(xiàn)狀220kV 等級(jí)中心A 變電站， 與周邊現(xiàn)狀220kV 等級(jí)B 變電站等其他變電站電纜聯(lián)絡(luò)， 變電站進(jìn)出線及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境見(jiàn)圖2、圖3， 現(xiàn)狀電纜主要采用線桿架空敷設(shè)形式，限制了周邊地塊開(kāi)發(fā)范圍及高度， 影響了城市景觀效果。 隨著綜合管廊的建設(shè)， 片區(qū)內(nèi)高壓電力架空線規(guī)劃要求入廊， 220kV A 變電站進(jìn)出線高壓電力電纜是入廊主要管線， 以滿足現(xiàn)狀及遠(yuǎn)期高壓電力管線實(shí)施需求。

圖1 建設(shè)區(qū)域規(guī)劃功能Fig.1 Municipal construction zone plan function

圖2 A 變電站進(jìn)出線架空高壓電力電纜布置Fig.2 A substation in and out high voltage electric overhead cable layout

圖3 A 變電站現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境Fig.3 A substation site environment

2 綜合管廊系統(tǒng)布置方案

根據(jù)建設(shè)區(qū)域電力管線規(guī)劃圖(圖4)， 片區(qū)內(nèi)A 變電站近遠(yuǎn)期進(jìn)出線高壓電力電纜220kV4回、 110kV6 回， 由于電力規(guī)劃編制時(shí)期較早，編制時(shí)未考慮后期區(qū)域綜合管廊建設(shè)， 高壓電力電纜全部從中大路接入青山北路， 沿青山北路路徑與區(qū)域外變電站聯(lián)絡(luò)， 電力通道潮流集中于一路，今后供電穩(wěn)定性較低， 不利于遠(yuǎn)期電力線路敷設(shè)。

通過(guò)與電力部門(mén)對(duì)接， 按照電力部門(mén)實(shí)際需求重新對(duì)A 變電站進(jìn)出線高壓電纜的方向進(jìn)行梳理， 變電站遠(yuǎn)期進(jìn)出線的需求增加至220kV6 回、110kV10 回， 并且區(qū)域內(nèi)規(guī)劃110kV 等級(jí)H 變電站， 根據(jù)A 變電站與周?chē)鶥、 H 變電站的位置關(guān)系， 高壓電力電纜線路路徑劃分為三個(gè)方向(圖5)。 根據(jù)片區(qū)道路工程規(guī)劃， 區(qū)域內(nèi)市政主干道路為兩縱兩橫(兩縱: 中大路、 丹霞路， 兩橫:青山北路、 七里路)， 其中青山北路為現(xiàn)狀道路，其他三條路為規(guī)劃建設(shè)道路。 規(guī)劃道路于近期建設(shè)， 綜合管廊同步道路工程實(shí)施條件較好。 在A變電站北側(cè)七里路及南側(cè)青山北路下設(shè)置含高壓電力艙綜合管廊作為東西向的兩條高壓電力通道， 在南北向的中大路和丹霞路設(shè)置含高壓電力艙綜合管廊， 功能上聯(lián)系七里路和青山北路， A變電站進(jìn)出線由三路分別接入北側(cè)七里路管廊、南側(cè)青山北路管廊以及東側(cè)中大路管廊。

圖4 建設(shè)區(qū)域高壓電力管線規(guī)劃Fig.4 Municipal construction zone high voltage electric pipeline plan

圖5 A 變電站進(jìn)出線方位Fig.5 A substation in and out high voltage electric cable orientation

區(qū)域井字形高壓電力艙布置為變電站多向進(jìn)出線高壓電力電纜提供入廊通道， 同時(shí)以此作為區(qū)域綜合管廊系統(tǒng)骨架， 結(jié)合其他市政管線規(guī)劃形成建設(shè)區(qū)域綜合管廊系統(tǒng)總體布置(圖6)， 調(diào)整后的方案以建設(shè)區(qū)域綜合管廊專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃的形式予以確定。 以A 變電站進(jìn)出線高壓電力電纜入廊為核心的綜合管廊系統(tǒng)布置研究方案將作為原有區(qū)域電力管線規(guī)劃修編的依據(jù)， 最終達(dá)到多規(guī)融合的目的， 有利于指導(dǎo)后續(xù)工程建設(shè)實(shí)施。

圖6 建設(shè)區(qū)域井字形綜合管廊系統(tǒng)布置Fig.6 Municipal construction zone # type utility tunnel system layout

3 綜合管廊高壓電力艙特殊節(jié)點(diǎn)方案

高壓電力電纜一般以管廊或隧道形式接入綜合管廊。 本項(xiàng)目中調(diào)整后的A 變電站規(guī)劃出線方向中有2 路分別經(jīng)電廠路接入青山北路管廊和七里路綜合管廊， 電廠路接入青山北路管廊高壓電纜接入回?cái)?shù)為2 回220kV， 電廠路接入七里路管廊高壓電纜接入回?cái)?shù)為4 回110kV。 由于電廠路為規(guī)劃支路， 道路紅線寬度較窄， 當(dāng)?shù)缆废码娎|回?cái)?shù)較少時(shí)， 傳統(tǒng)的管廊或隧道敷設(shè)方式占據(jù)的地下空間范圍大并且造價(jià)投資高， 因此在電廠路道路下采用電力排管淺埋敷設(shè)形式。

高壓電力電纜(220kV、 110kV)單回路由三根電纜組成， 220kV 單根電纜的外徑一般是120mm ～160mm， 110kV 單根電纜的外徑一般是100mm ～140mm[8]。 根據(jù)《電力工程電纜設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50217 -2018)規(guī)定， 電纜允許彎曲半徑可按電纜外徑的20 倍計(jì)算[9]。 對(duì)于220kV 電纜， 彎曲半徑最大達(dá)到3200mm； 對(duì)于110kV 電纜， 彎曲半徑最大達(dá)到2800mm。 由于中壓電力電纜(10kV)的外徑小于高壓電力電纜， 按中壓電纜考慮的電力艙接出口尺寸往往無(wú)法滿足高壓電力電纜的接入接出敷設(shè)空間要求， 另一方面一味地放大接出口尺寸也會(huì)造成地下空間的擠占及造價(jià)的浪費(fèi)， 所以需對(duì)高壓電力電纜接出口進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。 以青山北路高壓電力艙接出口為例， 節(jié)點(diǎn)有2 回路220kV 高壓電力電纜接入， 按220kV 電纜轉(zhuǎn)彎半徑并預(yù)留800mm 余量可確定接出口節(jié)點(diǎn)外擴(kuò)尺寸為4000mm。 考慮高壓電力艙接出口位置頂板及底板跨度較大， 在艙室中部設(shè)置立柱以改善受力條件， 見(jiàn)圖7。

入廊高壓電力電纜從艙外淺埋排管90°垂直接入或接出管廊電力艙下部， 涉及兩個(gè)方向空間曲線敷設(shè)， 常規(guī)二維圖紙難以反映電纜與接出口的相對(duì)位置關(guān)系，造成接出口空間浪費(fèi)或者電力敷設(shè)空間不足。BIM 技術(shù)是在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)等技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的多維建筑模型信息集成管理技術(shù)，其在可視化、 虛擬化、 協(xié)同設(shè)計(jì)等方面的優(yōu)勢(shì)，能有效提升工程的規(guī)劃、 設(shè)計(jì)水平， 提高工程質(zhì)量和協(xié)同效益[10]。 借助BIM 技術(shù)手段， 首先將高壓電力電纜接出口三維建模， 然后通過(guò)在接出口模型中把電力電纜空間曲線二次建模(圖8)，復(fù)核接出口外擴(kuò)尺寸設(shè)計(jì)合理性并進(jìn)行管線間碰撞檢查。 通過(guò)前期方案階段BIM 協(xié)同建模， 可以規(guī)避后續(xù)電纜入廊的技術(shù)問(wèn)題， 合理確定電力排管接入位置綜合管廊的三維控制線。

圖7 高壓電力艙接出口示意Fig.7 High voltage electric cabin outgoing expert plane and cross-section

圖8 高壓電力艙接出口(含高壓電力電纜)三維模型布置Fig.8 High voltage electric cabin outgoing expert 3d model

4 結(jié)語(yǔ)

變電站進(jìn)出線高壓電力電纜入廊是影響綜合管廊技術(shù)方案的重要因素。 由于高壓電力電纜重要性高、 敷設(shè)限制多， 單條管廊內(nèi)過(guò)多回?cái)?shù)高壓電力電纜入廊不利于電力潮流的分散、 供電穩(wěn)定性較低， 而且不利于遠(yuǎn)期線路敷設(shè)。 另外由于時(shí)效性等原因， 相關(guān)電力規(guī)劃在早期編制時(shí)一方面區(qū)域內(nèi)未考慮建設(shè)綜合管廊， 另一方面較難反映電網(wǎng)遠(yuǎn)期電纜實(shí)際需求， 因此在綜合管廊前期階段應(yīng)秉持“依據(jù)規(guī)劃方案設(shè)計(jì)， 對(duì)接電力實(shí)際需求”的原則， 因地制宜確定綜合管廊方案。 通過(guò)對(duì)具體項(xiàng)目的方案研究， 得到以下結(jié)論:

1. 對(duì)于含變電站建設(shè)區(qū)域內(nèi)綜合管廊系統(tǒng)布置， 應(yīng)梳理變電站進(jìn)出線高壓電力電纜現(xiàn)狀及規(guī)劃電力通道路徑。 當(dāng)變電站進(jìn)出線電纜回?cái)?shù)較多且電纜可多方向進(jìn)出站時(shí)， 綜合管廊系統(tǒng)總體布置方案應(yīng)盡量避免單一通道高壓電力電纜入廊，建議布置多條綜合管廊接入以分散電力通道潮流；

2. 當(dāng)綜合管廊高壓電力電纜(少于4 回)側(cè)向接入接出位置采用排管敷設(shè)方式時(shí)， 管廊接入節(jié)點(diǎn)空間要求較大， 應(yīng)對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)， 借助BIM 技術(shù)手段， 合理確定節(jié)點(diǎn)尺寸以滿足高壓電纜敷設(shè)需求。