城市电力通道（电网通道）发展研究

城市电力通道（电网通道）发展研究电力通道概念电力线路是连接发电厂、变电所的桥梁和纽带，是实现输送电力目标的电力设施，是电力系统重要组成部分。电力通道是容纳电力线路的载体，表现为占据一定的空间。目前采用的送电线路有两种，一种是最常见的架空线路，通过立于地面的杆塔作为支持物，将导线用绝缘子悬架于杆塔上。另一种是电力电缆，它采用特殊加工制造而成的电缆线，设于地下或敷设在电缆隧道中；由于电缆价格较贵，一般是架空线路造价的6倍以上。目前大部分配电线路、绝大部分高压、超高压输电线路和全部超高压输电线路都采用架空线路。但随着城市的发展，在城市内电力电缆的长度占线路总规模比例不断提高，采用电力电缆的线路电压等级也不断提高。其中：（1）架空线路架空线具有建设费用省、建设周期短、负荷支接方便、易于维护等优点。架空线路是城市电网主要的供电方式，过去城市中主要以架空线路为主。近年来，随着人民生活水平提高和城市经济发展，城市内电力通道建设环境要求越来越高。城市土地资源越来越紧张，线路走廊的选择越来越困难，要求在电网规划与建设中最大限度节省占地，尽量提高线路走廊的利用率。随着新技术在电网建设中的应用，逐步出现了同杆多回路和紧凑型输电线路。在城市范围内，对于架空线路实施条件比较明确，而且利用架空通道公用部门较少，常用的架空方式中，电力与电信、有线电视等部门共用方式较为明晰。所以，本次研究中城市通道资源主要是城市地下范围内可供城市基础设施利用的地下空间，研究范围为城市电力电缆线路通道规划及实施，不对城市架空线路进行过多介绍。（2）电缆通道随着城市的发展，架空线路已经越来越不能适应城市环境要求，在城市中心区开始大量采用电缆线路，电缆线路的优点是不受自然气象条件和周围环境干扰，有利于满足城市景观要求，对人身安全影响小，同一通道可容纳多根电缆，增加了供电能力。缺点是电缆建设的初始投资高于架空线路，一般是其几倍，甚至十倍以上，而且不利于检修维护，如果出现事故，恢复时间较长。根据电缆线路的特点，目前主要在城市的繁华地区、主要道路、重点旅游区等按照城市规划不宜通过架空线路的地区，同时，在不具备条件建设架空线路的地区也考虑建设电缆，如走廊狭窄、架空线路对建筑物或周边环境不能满足安全距离时，或严重腐蚀、污秽等级高和易受恶劣自然条件等因素影响的地区。根据工程条件、环境特点和电缆类型、数量等因素，电缆工程敷设方式一般选择排管敷设、沟道敷设、隧道敷设、直埋敷设，以及上述方式交互结合的方式敷设。电缆敷设方式的选择应根据工程项目中电缆类型、数目及路径特点等因素来选择。城市电力通道现状城市电网电缆规模2006年底，国家电网公司系统内31个重点城市电网500（330）kV线路长度合计为1.61万公里，占国家电网公司系统电网500（330）kV线路长度总规模的比重约为22.68％；220kV线路长度为3.74万公里，占国家电网公司系统电网220kV线路总规模的比重约为22.91%；110（66）kV线路长度5.09万公里，占公司系统电网总规模的比重约为18.66％。据统计，2006年重点城市电网35kV及以上电缆线路总长度为1.33万公里。其中220kV、110（66）kV和35kV线路的电缆化率分别为2.54％、8.51％和18.35％。重点城市电网目前尚无500（330）kV电缆线路投入运行。电力电缆应用范围城市电网发展初期，城市经济处于起步阶段，发展水平较低，建设环境较好，城市地面可利用空间资源较多，同时，因为电缆投资较高，对设备不了解以及运行经验不足，在城市中高压送电线路中较少使用，仅在部分大城市或有特殊穿越要求的地区使用。随着城市经济社会的发展，城市空间资源越来越紧张，为改善和美化城市景观及环境，很多城市提出对原有架空线路入地的要求。同时，随着电缆使用量的增多，电缆线路的优点也逐步体现出来，如占地少，供电可靠等；但成本高，投资费用大是电力电缆的明显缺点，过多的不合理的架空线路入地工程给电网企业带来了沉重的负担，此外，电缆线路存在事故恢复时间较长的问题。但随着城市发展，为保证城市电网与城市发展相协调，城市电网电缆化比例提高是未来的发展趋势。目前，电力电缆在大部分城市10kV及以下中低压配电网中大规模应用，在中小城市建设中很少采用110-220kV高压电缆线路，在人口稠密的大城市，110kV电缆线路已普遍采用，220kV电缆线路应用比例也逐步提高。国外已有500kV电缆投入运行，我国北京、上海市已经规划了500kV地下电缆，目前正处于实施阶段。2006年我国部分城市电网220～35kV线路电缆化比例见表1-1。表2-12006年我国部分城市电网220～35kV线路电缆化比例统计表单位：km、％序号城市220kV110（66及35）kV线路长度电缆长度电缆比例线路长度电缆长度电缆比例1北京2273.0150.06.6%4987.5620.312.4%2天津1760.173.14.2%5196.31966.537.8%3济南848.87.60.9%1997.4170.08.5%4青岛1030.54.60.4%919.5379.341.3%5沈阳1248.821.01.7%2501.3121.54.9%6大连1054.42.70.3%2578.579.73.1%7杭州1669.534.72.1%2849.7381.713.4%8宁波1262.82.70.2%3878.0317.68.2%9南京1116.844.94.0%2805.8844.030.1%10苏州2218.60.20.0%5052.9321.26.4%11厦门460.714.53.1%510.937.57.3%12武汉1310.023.51.8%2567.4131.65.1%电力通道共用情况目前，电力线路与其它公共设施共用通道的现象比较普遍，对于架空线路，中压与低压线路主要与通讯、有线电视线路共用同一通道，基本上都是采用利用电力线路的杆塔分层布置，通讯与有线电视线路与电力线路保持一定距离，位于电力线路下方；城市外围地区，用户密度小而输送距离远，单独架设线路投资大，通讯与有线电视部门就利用110kV及以上电力线路部分杆塔作为线路通道。对于电缆通道，电力线路主要与通讯线路共用同一通道，部分地方存在电力线路与供水管道共用同一通道的现象，个别地方在条件特殊地段甚至还存在着电缆线路与热力管道、煤气管道共用同一通道的现象。以上共用情况大部分是因为历史原因形成的，布置方案不符合相关规程规范的要求，也没有经过相关管理部门的审批，主要是由相关单位从需求出发，通过多种方式协商实现的。随着城市老城区改造及新区建设，在一些城市出现了多种设施共用的公共沟道，主要位于统一建设与改造的老区及规划新区，一般由政府或城市规划部门统一规划，使用单位参与设计建设并承担相应费用。公共沟道在规划设计时，充分考虑了各使用方需要，兼顾长远发展，减少了不必要的改扩建，节约社会资源，同时，设计标准符合相关规程规范要求，为安全运行提供了安全保障。存在的主要问题通过对城市电力通道规划与实施情况进行调研，目前城市电力通道建设中存在的问题主要集在以下几个方面：（1）架空线路实施困难主要表现为架空线路走廊取得越来越困难，保护难度大。随着城市发展，土地资源越来越紧张，电力架空线路走廊紧张，部分城市负荷中心地区已无法开辟新线路走廊，110kV及以下线路被迫T接多个变电站，供电可靠性差。同时，电力设施中存在着输电线路被盗、破坏等问题，输电线路下建设违章建筑严重、私自种植超限树木现象比较普遍，其它违法、违规现象，如开山放炮、机动车肇事、输电线路旁边放风筝等，比较普通，电力架空线路保护难度大，给电力安全生产造成一定困难。（2）电力通道规划落后电缆线路规划建设与城市协调方面主要存在两方面问题，一方面，是根据城市有关规定，新建道路一般5年内不再允许破路施工，要求提前随路建设电力线路通道，而目前电力投资审批是以项目为基础，部分城市对于配合市政道路的管道预埋、配合基建工程建设的管道预埋等投资来源不明确。另一方面，部分已安排建设的预埋管道，如排管､过路管､过河管､隧道等，受变电站建设位置变化影响，使电力规划路径无法有效利用，部分管线无法利用，浪费严重。同时，部分地区地下电力管道建设远远超过了电力生产和管理需要，利用率低。这些都造成了资源的严重浪费，是城市电力通道资源规划必须重点解决的问题。（3）电力通道建设投资大随着城市的发展，市政建设中要求将架空线改为入地电缆的情况越来越多，城区新建线路要求采用电缆的也越来越多。配套政策的缺乏与巨额建设资金的矛盾越来越突出。架空线与电缆的造价差别巨大，110kV和220kV电缆的造价是同等级架空线的10倍，10kV电缆的造价是架空线的6倍。而且，巨大的投资差距和巨额的投资需求无法解决，投资无回收渠道。（4）缺少必要和合理的经济评价随着城市发展，对于架空入地要求多，电缆建设投入大。而且，目前各城市电力通道建设基本上以需求出发，没有结合未来电网发展，对方案适应性进行分析，对投入产出进行必要的分析，没有实现满足经济约束条件下的规划。（5）非标准化共用影响电网安全历史原因形成的设施共用通道，布置方案不符合相关规程规范的要求，这种现象的普通存在给我们电力线路的安全带来了一定的影响，城市范围内的架空线路下方密布各种通讯、有线电视等多种光缆，给线路的检修带来了困难，同时存在其它通讯线路故障断线对城市造成一定影响，因产权界定不清楚，经常使电力部门陷入不必要的纠纷，给正常电力生产带来影响。对于部分电缆线路与其它公共设施未达到相关规定要求而敷设于同一沟道内，这给电缆线路安全带来了很大的隐患，如通讯电缆的起火可能影响电力电缆安全，热力管道导致沟道内环境改变，可加速电力电缆老化，而部分与燃气管道共沟或安全距离不满足要求的电缆沟道消防安全是最大的问题。（6）公共沟道建设困难目前，公共沟道规划建设的主要问题是投资较高，而且受建设条件限制建设实施困难，大部分城市政府及规划部门认识及管理水平有一定差别，大规模建设的条件也不具备，所以目前只在部分城市局部地区内少量实施。国内外电缆隧道建设情况目前国内外大城市高负荷密度的城区，土地资源极其珍贵，架空线走廊资源愈来愈紧张，在走廊十分拥挤的中心城区建造电缆隧道是城市地下空间开发利用的一种趋势。本节对国内外电缆隧道建设的实践情况进行介绍。国外电缆隧道建设情况国外大多数变电站都通过电缆与电网相连，改善城市中心商业区及其周围地区电力系统环境，保证在该地区居住和工作的人能获得安全和可靠的电力供应。电缆隧道是把变电站连接起来的一种方式，但隧道并非是连接电网的唯一方式。电缆还可以敷设在沿街的壕沟里，但国外壕沟开挖方案往往被当地政府否决，因此变电站的连接选择了电缆隧道方案。随着国外城市，尤其是大城市、特大型城市的供电线路密度加大和电力需求的增长，将超高压线路引入市中心，推动了超高压地下输电系统的发展，相继建成不同电压等级的隧道。国外一些国家电缆隧道建设的实践主要有：（1）日本日本东京电力公司（TEPCO）发展中后期确定了超高压线路引入市中心计划（共建设13条线路），建成了目前的超高压地下输电系统。这一系统以围绕市区的500kV外环系统为起点，建设尽可能靠近市中心的275kV地下输电线路。同时使各处的地下系统相互连接，确保供电可靠性。东京电力公司在电力电缆隧道工程中积累了丰富的经验，现公司拥有460km的电缆隧道和270km共用隧道。东京电力公司的新丰洲变电站是日本建的第一座500kV地下变电站，它位于东京市中心城区，于2000年投运。新丰洲变电站和新京叶变电站之间建成长达约40km的电缆隧道，敷设世界上第一条长距离500kV交联聚乙烯电缆，按二回路（最终规模三回路）建设。（2）英国英国国家电网公司在伦敦建设400kV交联聚乙烯地下电缆线路项目，连接Elstree和StJonh’SWood变电站，线路长度约为20km。该线路电缆截面为2500mm2，承载电流最高达3700A，输送容量1600MVA（额定电流2309A），是世界上容量最大的交联聚乙烯电缆线路。该条电缆线路隧道途经伦敦郊区崎岖不平的山地，但在整个20km的距离中，标高变化不超过2～3m。隧道的地下深度从Elstree处的6m到StJonh’SWood的大约24m处。电缆隧道采用拱形结构，所有电缆在Elstree处通过直径10.3m的垂直竖井送入隧道，然后沿20km线路牵引敷设。该项目于2004年完成，大大提高了伦敦电网的供电能力和可靠性。（3）德国德国柏林市议会于1991年初做出决定，将柏林市已有的约170km长的380kV输电线路的大部分改造成地下电力电缆系统。为此，在柏林西北郊新建的Teufelsbruch开关站和已有的380kV／110kV的Reuter变电所之间建设了大约7.6km长的双回路电力电缆系统。380kV电缆连接线路的地下工程按施工性质划分成7个工程项目，其中5个项目主要是电缆沟工程，2个项目是隧道工程。该电缆系统经过大约3年的建设时间，于1994年12月投入使用。德国柏林电力公司（BEWAG）1999年开始建设安装380kV的XLPE电缆的5.2km长距离的电缆隧道，于2000年秋投运。（4）新西兰新西兰电力公司建造的高压电缆隧道达80km以上，在奥克兰市中心商业区（CBD）电力增强工程中，从Hobson变电站连到Penrose变电站建造直径为3m的电缆隧道达9.2km，该电缆隧道内安装110、33、22kV电缆以及电缆内的光纤电缆。所有电缆的安装和运行采用分布式温度传感（DTS）系统的远程实时监视。（5）澳大利亚澳大利亚EnergyAustralia电力公司正在改善悉尼市中心商业区（CBD）及其周围地区的电力系统，建造长1.3km的电缆隧道，把新建的Campbell大街变电站与SurryHills地区两个小变电站以及Haymarket的TransGrid高压变电站连接起来。电缆隧道建在公路下面，最深处位于地面以下30m（在George&Hay两条大街交界处），最浅处位于地下12m（在Ann大街，电缆隧道深约20m）。（6）巴西巴西圣保罗市建造的Norte-MiguelReale345kV地下输电线路，总容量为四回路1600MVA（每回路400MVA），其中运行三回路，备用一回路。总长14.5km地下输电线路分两部分，安装在电缆沟内为9.1km，安装在隧道内为5.4km。电缆隧道采用新奥地利隧道法(NATm)进行开挖，并配置了电缆监视系统。（7）爱尔兰爱尔兰供电局（ESB）于1998～1999年在都柏林（Dublin）地区输电系统中安装了第一条220kV的XLPE馈线电缆，敷设长度约为13.4km，其中2次跨越河流，河流段电缆敷设采用普通隧道和小孔隧道（MicroboreTunnel）。国内电缆隧道建设情况国内电缆隧道建设起步较晚，但近年来，国内大城市的用电负荷增长很快，原有的220kV输电系统供电已不能满足日益增长的电力需求，在大城市的市中心兴建地下变电站，通过电缆隧道敷设地下电缆线路，将更高一级电压等级500kV引入市中心已成为必然的选择。国内（包括香港）电缆隧道建设的实践主要有：（1）北京北京是我国城市电缆隧道应用最多的城市，已建成电缆隧道总长度达360km，每年新建电缆隧道达15km。电缆隧道敷设已成为110～220kV输配电电缆线路主要敷设方式之一。（2）上海上海市电力公司经反复调研论证，提出了在今后上海城市电网建设中，原则上以电缆隧道为220～500kV输电线路的主干通道，已建于地下表层的电缆排管作为电力输送的支线延伸。上海市电力公司现有电缆隧道共11km，其中包括4条跨越黄浦江的电缆隧道。上海正在建设的电缆隧道有8km，在积极筹建，不久将开工建设的电缆隧道约28km。2006年2月，目前国内最大的电力隧道在上海市全线贯通。隧道位于杨高路，是为改善上海东部电网结构而建的输变电工程的一部分，该项输变电工程总投资近7亿元。为配合满足浦东新区用电负荷增长的需求而建设的一座进出线达20回路220kV大型开关站，该项目作为隧道工程已完成。杨高路隧道距地面15m，长3km，直径为3m。在此之前，另一条1.7km长的龙阳路电力隧道也已全线贯通。在2条隧道中敷设截面为1400mm2和2500mm2电缆，是我国目前最大截面的220kV电力电缆。（3）香港香港电灯有限公司（简称港灯）承担香港岛、鸭脷洲及南丫岛的供电，电力由南丫发电厂经输电网输送到港岛各主要负荷中心，并以275、132、66kV地下电缆及海底电缆输送电力。港灯公司除了将电缆埋于地下以外，建造两条电缆隧道，敷设了部分275kV充液电缆。第一条电缆隧道长3.1km，连接华富与宝云，内置2条充液电缆，于1988年启用。第二条电缆隧道连接南风道与栢架山，隧道全长5.7km，敷设2条275kV充液电缆，于1993年启用。充液电缆采用聚丙烯薄膜夹心牛皮纸为绝缘材料，使相同负荷容量的电缆能够以较小的导体面积输送电力，以减小敷设时运送电缆的体积。两条电缆隧道均有预备充足设施，以应付日益增设输电线路的需要。（4）长沙长沙城区最高负荷增长迅速，随着城市现代化建设进程的加快，一方面城市生产、生活用电需求逐年递增，原有的主网、配网供电能力不能满足；另一方面城市高层建筑如雨后春笋般拔地而起，而新建电网向地面空间发展受到严重制约和干扰。因此，充分利用城市地下空间进行城网改造成为电网面向未来发展的新途径。经研究论证，在一纵一横的人民路、芙蓉路非机动车道下面修建电缆主干隧道，以长远解决用电供求之间的矛盾。芙蓉路电缆隧道工程是目前长沙城网改造投资最多、规模最大、科技含量最高的工程。隧道沿芙蓉路西侧布置，北起浏阳河南岸陈家湖渣土站，南至长沙大道友谊路，由北向南贯穿长沙市区，全长约12.6km，南、北两段分期建设。隧道最大埋深36.3m，最小埋深14.0m，沿线紧邻众多的高层建筑，并穿越多座立交桥、各种管线涵洞及京广铁路等重要建（构）筑物。电缆通道实施方式电缆敷设方式的选择应根据工程条件、环境特点和电缆类型、数量等因素，且按运行可靠、便于维护的要求和经济技术合理的原则来选择。常见方式为直埋敷设、排管敷设、沟道敷设、隧道敷设等以及上述几种方式交互结合的敷设。直埋方式直埋敷设具有投资省的显著优点，因此是被广为采用的一种敷设方式。示意见图2-1。电缆沟的深度应按有关规划部门提供的标高来决定，必须保证电缆的埋设深度。直埋电缆的深度不应小于0.7m，穿越农田时不应小于1m。直埋电缆的沟底应无硬质杂物，沟底铺100mm厚的细土或黄砂，电缆敷设时应留全长0.5%～1%的裕度，敷设后再加盖100mm的细土或黄砂，然后用水泥盖板保护，其覆盖宽度应超过电缆两侧各50mm，也可用砖块替代水泥盖板。回填至沟深的一半时，建议铺一层带有警示标志的彩条布。待回填完成后，应在电缆转弯处、中间接头处、与其他管线交叉处等特殊位置放置明显的方位标志和标桩，以增强防止外力破坏能力。电缆穿越道路及建筑物或引出地面高度在2m以下的部分，均应穿钢管保护。保护管长度在30m以下者，内径不应小于电缆外径的1.5倍，超过30m以上者不应小于2.5倍，两端管口应做成喇叭形，管内壁应光滑无毛刺，钢管外面应涂防腐漆。地下并列敷设的电缆，中间接头的位置需互相错开，防止接头事故时，损伤其他接头。对于电缆与其他管线、建筑等平行和交叉时，应按规格的规定执行，不得随意更改。水水泥盖板水水泥盖板电力电缆图2-1直埋敷设示意图排管敷设当电缆出线较多，直埋敷设有困难，且又不易修沟时，可采用排管敷设方式。排管内径不应小于电缆外径的1.5倍，埋深应在地下0.5m以下，排管向工作井方向应有不少于0.2％的坡度，每个排管之间应有20mm间隙，以保证散热。敷设方式示意图见图2-2。选做穿管用的管材采用塑料、石棉或水泥管等。比较常用的是采用塑料管。但在选用塑料管材时，应选用抗冲击性能好、承压能力较强的管材，不宜采用热阻系数较大的管材，以利于投入运行后电缆的散热。目前很多厂商生产的波纹PVC管性能较好，适于选用。图2-2电缆排管示意图（图中管孔直径F不小于150mm)沟道、隧道敷设电缆沟道、隧道内敷设是一种较常用的敷设方式，虽然一次性投资较大，但其中敷设的电缆条数可以很多，且可随时增加或减少，无需再次进行开挖作业，由于沟道、隧道本身具有很好的保护基础，可以抗拒外力对电缆造成的破坏，使检修和保护都非常方便，沟道、隧道内的电缆敷设，优点很多，随着国民经济的发展，必将是今后电缆敷设的发展方向。采用沟道、隧道敷设电缆，排列电缆的间距对电缆载流量、温升、防火灾影响较大，故敷设时须保证电缆间的最小间距。电缆条数较少时可直接敷设于沟底，如直接敷设于沟底的电缆有可能被水、油或其他液体浸泡时，则应将电缆敷设于沟内支架上，电缆沟内同侧敷设的各种电缆支架的排列应按高压电缆、低压电缆、控制电缆的顺序自上而下进行排列。沟道、隧道内敷设电缆要做好防火灾措施，电缆表面应刷防火涂料，中间接头应安装在耐火封闭的保护盒内。在隧道内设置防火墙、防火隔层，配置防火工具及报警装置。另外电缆沟道、隧道，应有良好的通风排水设施，以降低隧道内的环境温度和保持隧道内的干爽，保证电缆的载流量，延长电缆的使用寿命。沟道、隧道敷设方式示意图见图2-3和图2-4。（a）无支架沟槽（b）单侧支架沟槽（c）双侧支架沟槽图2-3电缆沟槽敷设示意图例（a）方形隧道h×b：2000mm×1800mm（b）圆形隧道F：2000mm2000mm×2000mm2500mm不超过3000mm×2500mm3100mm图2-4电缆隧道示意图综合分析电缆敷设方式的选择应根据工程项目中电缆类型及数目，电缆路径特点等因素来选择。对于各种方式分析如下：直埋敷设是最经济、简便的敷设方式，适用于