供電電纜在高速公路通信管道中的敷設(shè)研究

鄭小英

（福建源發(fā)電力勘察設(shè)計(jì)有限公司，福建福州 350000）

0 引言

眾所周知，高速公路工程是一項(xiàng)極為復(fù)雜的工程，包含了大量野外機(jī)電設(shè)備、道路監(jiān)控設(shè)備以及信號燈指示設(shè)備等用電設(shè)備，這為高速公路工程建設(shè)增加了很多困難。除此之外，高速公路工程野外機(jī)電設(shè)備具有分布范圍廣、分布點(diǎn)位多的特點(diǎn)，而且高速公路的機(jī)電設(shè)備大多是建設(shè)在野外遠(yuǎn)離配電機(jī)房。因此，高速公路機(jī)電設(shè)備的供電問題逐漸成為制約我國高速公路工程健康穩(wěn)定發(fā)展的重要問題。

1 高速公路通信管道在高速公路工程中的作用

高速公路通信管道敷設(shè)是高速公路工程建設(shè)中重要的工作之一，更是高速公路主體工程與機(jī)電系統(tǒng)、高速公路照明設(shè)備、道路監(jiān)控指示系統(tǒng)等工作系統(tǒng)的重要連接環(huán)節(jié)。除此之外，高速公路通信管道為各種電纜、光纜的敷設(shè)、維修提供了條件，并對高效發(fā)揮高速公路的實(shí)際作用有著極為重要的意義。高速公路通信管道可以為各種線路以及電纜、光纜提供鋪線通道，這在很大程度上為國家資源的統(tǒng)一調(diào)配以及經(jīng)濟(jì)資源的節(jié)約做出了積極的貢獻(xiàn)。與此同時，高速公路通信管道是高速公路信息通信、視頻監(jiān)控、收費(fèi)系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，不斷提高高速公路通信通道的施工質(zhì)量，可以有力保證干線管道、通信站、高速收費(fèi)站、高速服務(wù)區(qū)、高速維修站等工作站點(diǎn)的正常運(yùn)行。

2 高速公路供電電纜的設(shè)計(jì)與施工原則

2.1 高速公路供電電纜的設(shè)計(jì)原則

高速公路供電電纜的施工設(shè)計(jì)工作，不僅關(guān)系高速公路供電電纜的施工質(zhì)量、高速道路交通的安全、高速公路工程的造價(jià)問題，同時還關(guān)系高速公路供電電纜的實(shí)際敷設(shè)工作是否能夠正常展開。因此，高速公路供電電纜的設(shè)計(jì)，不僅要根據(jù)施工環(huán)境特點(diǎn)制定科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，同時還要滿足各種電纜、光纜的敷設(shè)要求。在進(jìn)行高速公路供電電纜施工設(shè)計(jì)時，首先要測算高速公路整體工程用電設(shè)備的用電量，然后選擇合適的供電電纜纜線。其次，在設(shè)計(jì)供電電纜時，要考慮后期的維護(hù)與檢修工作，因此應(yīng)對供電電纜纜線進(jìn)行分層、分段設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)隨意敷設(shè)的情況。除此之外，高速公路供電電纜的施工設(shè)計(jì)方案，要避開特殊建筑物以及人流密集地區(qū)，避免為后期的工程造成安全隱患[1]。

2.2 高速公路供電電纜的施工原則

高速公路供電電纜的施工，首先要根據(jù)電纜敷設(shè)方案選擇合適的電纜纜線。一般情況下，為了保證高速公路整體工程的安全，要選擇硅芯管銅芯電纜。其次，在實(shí)際施工時，要對電纜纜線進(jìn)行嚴(yán)格的敷設(shè)前測試，保證供電電纜能夠正常使用。除此之外，還應(yīng)堅(jiān)持以下施工規(guī)范：

第一，供電電纜敷設(shè)時盡可能遠(yuǎn)離工程爆破點(diǎn)位置。第二，供電電纜深埋敷設(shè)時要避開含有酸堿腐蝕以及電流電化敷設(shè)的區(qū)域。第三，供電電纜敷設(shè)時要遠(yuǎn)離白蟻危害的地段。第四，供電電纜深埋之后要在電纜兩側(cè)各10cm 的位置增設(shè)電纜保護(hù)板。第五，當(dāng)供電電纜敷設(shè)于非凍土區(qū)域時，電纜外皮到地下構(gòu)筑物之間的距離要大于30cm 以上。第六，供電電纜深埋敷設(shè)時，其外部絕緣層距離地面位置要大于70cm以上。

在保證堅(jiān)持以上施工規(guī)范的同時，還需要對供電電纜采取保護(hù)措施，即加設(shè)電纜保護(hù)管。通常情況下，對供電電纜的保護(hù)工作要嚴(yán)格執(zhí)行以下施工規(guī)范:第一，供電電纜保護(hù)管的管口位置應(yīng)保持光滑不能有毛刺，其內(nèi)壁應(yīng)保持干燥整潔。第二，為了有效控制供電電纜不受電氣干擾，在進(jìn)行電纜保護(hù)管施工時應(yīng)選擇鋼管材質(zhì)的保護(hù)管。第三，對于防火以及機(jī)械性要求高的場所，應(yīng)該采用鋼管材質(zhì)的保護(hù)管。第四，埋入地下的保護(hù)管必須滿足耐腐蝕、耐高溫以及抗壓要求。第五，當(dāng)供電電纜需要敷設(shè)于土壤水分比較大的地區(qū)時，供電電纜保護(hù)管應(yīng)選擇密封性良好的塑料材質(zhì)保護(hù)管。第六，供電電纜保護(hù)管中不能出現(xiàn)過多纜線，每個保護(hù)管中只能出現(xiàn)一根電纜。第七，供電電纜保護(hù)管的內(nèi)徑不能小于供電電纜的外徑，杜絕在進(jìn)行保護(hù)管施工時出現(xiàn)保護(hù)管內(nèi)壁與供電電纜絕緣皮發(fā)生摩擦的情況[2]。

3 高速公路通信管道敷設(shè)的具體要求

根據(jù)建設(shè)環(huán)境的不同，高速公路通信管道的敷設(shè)主要有以下要求：

第一，按照高速公路通信管道工程的實(shí)際特點(diǎn)、建設(shè)規(guī)模以及未來的發(fā)展方向，在實(shí)際施工時要明確高速公路通信管道的近期建設(shè)與未來發(fā)展之間的關(guān)系，不僅要著眼滿足現(xiàn)在的實(shí)際需求，還需要能夠支持未來的發(fā)展規(guī)劃。與此同時，為了進(jìn)一步提升高速公路通信管道的使用壽命，在選擇管道材料時應(yīng)選擇外徑大于40mm，內(nèi)徑大于35mm 的硅芯管材作為通信管道的主要材料。

第二，在高速公路互通結(jié)合處以及重點(diǎn)設(shè)施位置，要進(jìn)行通信管道的加固，采用鍍鋅管對硅芯管進(jìn)行加固保護(hù)，并且采用玻璃鋼電纜保護(hù)管對供電電纜進(jìn)行加固保護(hù)，以保證通信管道及供電電纜的使用安全。

第三，在通信管道敷設(shè)路線上，要每隔1000m 設(shè)置纜線分支利用孔，以保證各種機(jī)電設(shè)備能夠有效連接通信管道中的各種光纜、供電電纜以及監(jiān)控專屬纜線。除此之外，在纜線分支利用孔位置，采用直徑不低于120mm 的優(yōu)質(zhì)鍍鋅鋼管對通信管道中的各種線纜進(jìn)行加固保護(hù)。

第四，當(dāng)通信管道施工路過高速公路橋梁或者橋梁式通道時，采用線纜保護(hù)箱對通信管道內(nèi)的硅芯管進(jìn)行保護(hù)。

第五，當(dāng)通信管道通過涵洞時，應(yīng)采用高空建設(shè)方式通過[3]。

4 高速公路遠(yuǎn)程供電方案

4.1 高速公路常用供電方式

通常情況下，高速公路工程的野外機(jī)電設(shè)備主要包括微波車輛測速儀、高速公路監(jiān)控?cái)z像系統(tǒng)、道路信息信號燈指示系統(tǒng)以及特殊天氣條件下高速公路能見度檢測系統(tǒng)等設(shè)備系統(tǒng)。其中，除道路信息信號燈消耗電能較多以外，其他幾種設(shè)備實(shí)際消耗電能較少。與此同時，高速公路野外機(jī)電設(shè)備大部分是在高速公路沿線進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝的，其具有條形分布的安裝特點(diǎn)，并且所有設(shè)備均處在同一條直線上。高速公路野外機(jī)電設(shè)備的供電方式主要有低電壓直接供電方式、太陽能發(fā)電供電方式、自然風(fēng)力發(fā)電供電方式及遠(yuǎn)程供電方式等。其中，低壓直接供電方式通常采用220V 或者380V 電壓進(jìn)行直接供電，其具有施工復(fù)雜、造價(jià)昂貴、后期維護(hù)難度大的特點(diǎn)。而太陽能發(fā)電供電以及風(fēng)力發(fā)電供電會受到野外天氣因素的影響，不能保證供電量的持續(xù)性，并且后期維護(hù)費(fèi)用高。因此，在高速公路野外機(jī)電設(shè)備供電方式中，最常用的是遠(yuǎn)程供電方式。現(xiàn)階段，為了進(jìn)一步確保高速公路野外機(jī)電設(shè)備供電電壓的穩(wěn)定性和可靠性，又出現(xiàn)了交流遠(yuǎn)程供電和直流遠(yuǎn)程供電的供電方案。

4.2 交流遠(yuǎn)程供電方案

高速公路工程中的交流遠(yuǎn)程供電系統(tǒng)，其工作原理是通過科學(xué)利用電壓浮動技術(shù)將電壓與供電電纜線路中的壓降進(jìn)行抵消，以完成對高速公路遠(yuǎn)端機(jī)電設(shè)備的供電。交流遠(yuǎn)程供電系統(tǒng)是由電源發(fā)生裝置、供電電纜、電源電壓轉(zhuǎn)換裝置組成。其中,交流遠(yuǎn)距離供電系統(tǒng)的電源發(fā)生裝置必須安裝在變電所中，內(nèi)置升壓隔離變壓器將交流遠(yuǎn)距離供電系統(tǒng)與供配電網(wǎng)隔離，并輸出恒定電源（見圖1）。電源發(fā)生裝置根據(jù)供電電纜負(fù)載回路電流的變化，科學(xué)調(diào)節(jié)電纜回路的輸出電壓，以滿足負(fù)載回路對電壓的實(shí)際需求。除此之外，按照交流遠(yuǎn)程供電方式的供電特點(diǎn)，電壓可以上升到800V 左右，因此有效降低了供電電纜的線纜截面積。通常情況下，供電電纜截面積在2×6mm2到2×16mm2之間都能滿足實(shí)際工作要求。

圖1 交流遠(yuǎn)程供電方案

4.3 直流遠(yuǎn)程供電方案

高速公路工程中的直流遠(yuǎn)程供電系統(tǒng)與交流遠(yuǎn)程供電系統(tǒng)不同，其是以220V 交流電壓為基礎(chǔ)供電電源，通過近端電力設(shè)備進(jìn)行升壓，將220V 電壓調(diào)節(jié)成為400～800V 的直流電壓，經(jīng)過普通供電電纜或者新型復(fù)合光纜將電能輸送到遠(yuǎn)端，然后科學(xué)地利用電源逆變器把400～800V 電壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換成220V 交流電壓對高速公路不同機(jī)電設(shè)備進(jìn)行有效供電。一般情況下，直流遠(yuǎn)程供電系統(tǒng)是由近端局部電力調(diào)節(jié)設(shè)備、電能輸送纜線和遠(yuǎn)端電壓調(diào)節(jié)設(shè)備三個組成部分構(gòu)成。除此之外，高速公路收費(fèi)站或者高速公路服務(wù)區(qū)的220V 用電設(shè)備以及380V 用電設(shè)備經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換、整流以及濾波等方法將電壓調(diào)節(jié)提升到330～600V 的直流電壓，通過供電電纜與高速公路遠(yuǎn)端用電設(shè)備進(jìn)行連接，而高速公路遠(yuǎn)端用電設(shè)備經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換為合適的供電電壓，為高速公路各種用電設(shè)備進(jìn)行供電。直流供電系統(tǒng)直流電壓的升高，有效降低了供電電纜的截面積，一般采用2×10mm2或者2×16mm2的供電電纜。

5 高速公路供電電纜敷設(shè)的注意事項(xiàng)

在高速公路通信管道中進(jìn)行供電電纜敷設(shè)時，不僅要對高速公路沿線的用電設(shè)備進(jìn)行科學(xué)的測量，在保證滿足高速公路用電設(shè)備用電需求的同時，選擇合適的供電電纜，還要充分考慮供電電纜的導(dǎo)體材質(zhì)、供電電纜的截面積等因素，進(jìn)一步降低線路發(fā)生電氣火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。

5.1 供電電纜導(dǎo)體材料的選擇

由于供電電纜的敷設(shè)是在高速公路通信管道之中，其敷設(shè)環(huán)境相對固定，并且對供電電纜回路的安全性要求較高，因此在選擇供電電纜導(dǎo)體材料時一定要選擇導(dǎo)電性能好的材料。在眾多金屬導(dǎo)體材料中，導(dǎo)電性能最好的為銀材質(zhì)的導(dǎo)體，其次是銅和鋁。但是銀導(dǎo)體材料的造價(jià)太高不適合廣泛應(yīng)用，除在特殊工作以及特殊用途情況下選擇銀芯電纜之外，一般情況下會選擇銅芯電纜或者是鋁芯電纜。而銅芯電纜與鋁芯線纜相比，銅芯電纜具有機(jī)械強(qiáng)度大、容易延展、導(dǎo)電性能強(qiáng)的特點(diǎn)，因此在高速公路供電電纜的選擇中一般選擇銅芯電纜。

5.2 供電電纜的線纜截面積選擇

在選擇供電電纜時要充分考慮線纜的截面積，以保證供電電纜的使用安全。高速公路供電電纜的線纜截面積在選擇時應(yīng)符合以下幾個要求。

第一，供電電纜通過負(fù)載電流時，供電電纜的線芯溫度不能過高，否則會損害供電電纜的塑料絕緣層。通常情況下，聚氯乙烯塑料的持續(xù)工作最高溫度是75℃，而交聯(lián)聚乙烯塑料的長期持續(xù)工作最高溫度是90℃。因此，在選擇供電電纜時不僅要考慮線纜的截面積，還要考慮其絕緣層的材質(zhì)。

第二，高速公路供電電纜通過短路電流時，不能超過其所允許的短路電流強(qiáng)度。

第三，高速公路供電電纜的電壓損失要控制在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍之內(nèi)。

第四，高速公路供電電纜一定要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，并且供電電纜在通信管道進(jìn)行敷設(shè)時，要根據(jù)供電電纜截面積的不同采用適合的敷設(shè)方式，一般采用穿纜方法或者纜線牽引方法。牽引敷設(shè)應(yīng)按照相關(guān)工作規(guī)范，一定要在穿管之前進(jìn)行供電電纜穿管敷設(shè)最大長度的測算。與此同時，在通信管道中嚴(yán)禁出現(xiàn)兩條供電電纜的組裝接頭。除此之外，還要在野外設(shè)備纜線分支利用孔部位進(jìn)行供電電纜的加固，采用兩根直徑不低于110mm 的鍍鋅鋼管對供電電纜進(jìn)行保護(hù)，以保證供電電纜的安全使用。

5.3 供電電纜敷設(shè)施工的相關(guān)要求和規(guī)范

供電電纜在通信管道中進(jìn)行敷設(shè)時，不僅要選擇質(zhì)量優(yōu)良的電纜纜線，還要符合相關(guān)電纜纜線的敷設(shè)要求和規(guī)范。第一，敷設(shè)高速公路供電電纜時要考慮高速公路工程的整體規(guī)劃，電纜纜線的敷設(shè)要做到引出方向一致、彎度一致、相互間的距離一致。第二，供電電纜敷設(shè)時要盡可能避開有腐蝕性雜質(zhì)的土壤層。第三，盡量減少高速公路供電電纜與其他建筑設(shè)施的交叉，尤其是要盡量避開熱力管道或者通信光纜。第四，高速公路供電電纜的敷設(shè)要選擇深埋地下70～100cm，同時要注重對供電電纜的保護(hù)，在供電電纜周圍要鋪設(shè)軟體保護(hù)層。第五，當(dāng)供電電纜需進(jìn)行彎曲時，其彎曲的半徑不能小于自身纜線外徑的25 倍，盡可能保護(hù)供電電纜不受損壞。

6 結(jié)語

供電電纜在高速公路通信管道中進(jìn)行敷設(shè)，是一項(xiàng)極為復(fù)雜且重要的工作，其工作質(zhì)量直接關(guān)系高速公路系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，深入研究高速公路通信管道供電電纜的敷設(shè)，對進(jìn)一步提升我國高速公路工程的建設(shè)質(zhì)量有著極為重要的意義。高速公路施工建設(shè)單位要從實(shí)際工作角度出發(fā)，積極研究高速公路通信管道敷設(shè)工作，大力促進(jìn)我國高速公路工程的健康穩(wěn)定發(fā)展。