配网电缆线路桥架方案优化设计

徐　烁　陈丽丹

（1. 广州电力设计院，广州 510610；2. 华南理工大学电力学院，广州 510640）

配网电缆线路桥架方案优化设计

徐烁1陈丽丹2

（1. 广州电力设计院，广州 510610；2. 华南理工大学电力学院，广州 510640）

逐年新增使用的电缆桥架消耗大量的钢材、锌等自然资源，本文在10kV电缆线路部分设计的电缆桥架模块基础上，将二线电缆、四线电缆和六线电缆桥架子模块中桥架材料、桥架型式、桥架接地系统等进行改进和优化设计。材质上选用合金塑料电缆桥架，以塑代钢，响应国家节能减排、绿色环保的号召；对电缆桥架的型号及规格进行了标准化分解，实现减少仓储占地，提高供货配送速度的目标；为现场灵活配置，因地制宜，电缆桥架的安装改为组合式设计，有效降低设计变更。

合金塑料；电缆桥架；组合安装

发展“低碳经济”、技术创新、节能减排是我国可持续发展的重要战略［1-2］。随着经济稳步发展，城市化程度不断提高，城市用电需求愈来愈大，负荷密度也随之加大，架空线受制于空间、环境及安全的因素，因此在城市配电网中一般采用电缆供电，近年新建配网线路、用户工程等项目中电缆桥架的需求也与日俱增［3-4］，新增的电缆桥架消耗大量钢材和锌等自然资源。电网公司积极打造智能、高效、可靠、绿色的现代化电网［5］，颁发线路和配网工程绿色行动指南，全面开展绿色电网建设，电缆线路及桥架是配电网工程的重要组成部分，存在较大的节能减排空间。本文针对10kV电缆线路部分二线、四线和六线电缆桥架子模块进行优化设计和选择，探讨设计标准的改进研究。

1　电缆桥架材质比选及新材料应用

1.1电缆桥架材质分析

1）传统钢制电缆桥架缺陷

传统的金属电缆桥架以薄钢板制成为主，其生产工艺虽简单，但存在不环保、使用寿命短、易氧化生锈、防腐性差等缺点，且其生产过程的附加价值不高，表面防腐采用喷漆、静电喷涂或镀锌等几种方法［6］。《南网标准设计V1.0》（下简称标准设计）中明确10kV电缆桥架采用金属镀锌有盖电缆桥架，但由于金属电缆桥架表面涂覆层较薄，运输安装过程中容易造成损坏，使用过程中受各种介质腐蚀，油漆易脱落，从而造成电缆桥架锈蚀损坏和绝缘性变差现象。

2）新材料的应用

合金塑料电缆桥架是一种新型复合材料桥架，采用高分子材料PVC、ABS、PPO等有机材料混合而成，生产过程中消耗大量的木粉、粉煤灰、工业矿渣，与传统钢制桥架相比，能产生较高的附加价值，为节能减排、建设绿色电网等做出贡献。合金塑料电缆桥架具有绝缘性能好、抗老化、耐腐蚀性强、重量轻强度高、使用寿命长等优良的电气性能，可弥补传统钢制桥架的缺陷［6］。

1.2合金塑料电缆桥架特点

1）结构优化设计，安装灵活快捷

传统电缆桥架结构较复杂，所需零部件众多，新型合金塑料电缆桥架仅需几十个零部件，能有效提高电缆桥架安装的灵活性和快捷性。同时，合金塑料电缆桥架与重量较重的钢制桥架相比，可减少安装人员和吊装机械。相对用螺栓连接的钢制桥架安装速度，合金塑料电缆桥架接头直接采用插接，其安装速度更快，减少安装成本。标准设计中桥架有靠墙、吊装、托盘转角式、托盘三通式、立角弯曲式等类型，改进优化后的各类型电缆桥架结构如图1所示。

图1　合金塑料电缆桥架结构上的优化设计

2）良好的外观设计，较强的装饰性

合金塑料电缆桥架采用可塑强的塑料材料，经注塑和挤出成型加工而成，具备良好的外观，通过结构优化设计，使其可任意组合，装饰性较强。垂直三通、弯通、水平四通和异径接头的外观设计如图2所示。

图2　合金塑料电缆桥架的外观设计

3）使用寿命长，运行维护成本低

因传统钢制桥架防腐性能较差，需对桥架进行定期涂刷、检修，材料费、人工成本较高。而合金塑料电缆桥架的耐腐蚀性强，可减少检修费用和维修时间，使用寿命相对长5～8倍，这可减少更换桥架的二次投入费用，且合金塑料电缆桥架在检修期间也无需停电，有效地提高生产效率。

2　电缆桥架型式的优化设计

2.1现状电缆桥架现场安装存在的问题

电缆桥架安装包含三大主要部件为电缆立柱、托臂及桥架，但现状电缆桥架的安装存在如下缺陷：

1）电缆立柱与托臂采用焊接方式，一般根据设计图纸尺寸在工厂焊接加工后，成套运往施工现场，造成存储占地面积大，且运输、搬运过程容易造成变形或损坏等问题。

2）由于成套的电缆立柱及托臂尺寸已固定，缺乏现场因地制宜的条件，在桥架施工中，如果发现桥架设计不合理、出线路径不同、容量不足等情况，导致需要对桥架进行修改，则会导致诸多不良后果。

3）现场变更容易造成返工，从而打破工程施工的连续性，延误工期。

4）对桥架的修改破坏了桥架的连贯性、整体性，桥架施工质量大大降低。

针对以上问题，需对桥架的设计进行合理及建设性优化改进。

2.2电缆桥架吊装优化设计

针对常用的六线电缆桥架吊装，首先，将角铁立柱改为双头螺栓吊臂，该双头螺栓通过管螺母与固定在楼板的膨胀螺栓连接，长度可根据施工现场情况配置，灵活避开各种管线或梁柱，优化设计前的六线电缆桥架吊装侧示图如图3所示。

图3　六线电缆桥架吊装优化示意图

其次，将角钢横担支架预冲好安装螺孔，现场采用螺栓直接与吊臂和电缆桥架紧固安装。优化后的侧示图和现场成品效果图分别如图4（a）和（b）所示。

另外，建立六线电缆桥架各配件标准配置库，从而可根据设计所开列型号及数量快速供货，现场组装，缩短安装期限。桥架安装全过程无需采用动火作业，消除现场消防安全隐患。

图4　六线电缆桥架吊装优化示意图

二、四线电缆桥架吊装将角钢立柱改为组合伸缩式角钢立柱，其余优化设计内容同六线电缆桥架。

3　电缆桥架接地系统的优化改进

合金塑料屏蔽电缆桥架则需要采取相应的接地措施，主要敷设在有信号线路且要求有较强屏蔽的固定场合，要求其能屏蔽外界高低频信号和电磁信号的干扰，或防止桥架内部的信号干扰别的电器、电缆。

3.1合金塑料屏蔽电缆桥架原理

在合金塑料电缆桥架基础上增加屏蔽层，该屏蔽层采用高导电石墨、专用胶等配方而成的导电胶，形成不同电阻率的屏蔽层，可抗高频干扰，导电胶的电阻率采用100～200Ω，抗低频干扰则采用108～1012Ω电阻率，从而阻断外界和桥架内部的信号干扰。

3.2塑料屏蔽电缆桥架接地方式

先把合金塑料屏蔽桥架按工程线路配电施工图纸要求安装好，再用铜线或铜排等导电性能良好的材料， 沿着电缆桥架铺设，若是在层与层之间的可以采用接地线对连、对接，一般接地间距为4～6m。

最后将铜线或铜排等导电性能良好的材料用接地线与大地连接， 即能完成电缆桥架接地的连接。电缆沟支架底端焊有接地配接螺栓头，可以直接用接地线和大地连接。

4　优化设计的经济性分析

采用合金塑料桥架及型式优化设计后的吊装，比较标准设计中电缆桥架二线、四线和六线电缆桥架子模块方案单位投资，结果见表1，进一步对比分析建设投资和年运维费用，结果见表2。

经优化设计后，新方案的年运维费用仅为标准设计方案的50%，而合金塑料电缆桥架的使用寿命

却比标设钢制桥架多20年，改进优化后的设计方案更具经济性，主要原因是采用新材料后成本降低以及人工安装费用等降低。

表1　单位投资对比分析表/（元/m）

表2　建设投资和年运维费用表/元

5　结论

以提高施工效率、增强电缆安全、加强环境保护、降低工程造价为出发点，在《南方电网标准设计V1.0》设计图纸的基础上，根据实际工程特点，对原有标准设计图纸进行设计改进和优化选择。

在符合国家的有关政策、法规的前提下，结合工程设计特点及实施经验，对电缆桥架的材料、型式和安装方式进行比选、论证和全寿命周期分析，积极采用合金塑料电缆桥架代替传统的钢制桥架，符合国家倡导的“以塑代钢”、“绿色环保”、“节能减排”政策，并对电缆桥架的安装进行标准化分解，使各配件组合配置灵活，仓储占地少，大大减少由于现场变更造成返工的工程量，有效提高施工效率。

［1］ 康重庆， 周天睿， 陈启鑫， 等. 南方电网低碳发展战略思考［J］. 南方电网技术， 2010， 4（6）： 1-6.

［2］ 张薛鸿， 王睿淳， 董达鹏， 等. 低碳背景下我国电力系统发展模式及实施路径［J］. 水电能源科学， 2012，30（2）： 200-202， 55.

［3］ 黄祖凯， 张伟东. 新型环保复合材料电缆桥架［J］.现代建筑电气， 2010（7）56-59.

［4］ 杨武. 铝合金电缆在大型光伏电站的应用［J］. 电气技术， 2014（2）： 93-96.

［5］ 董旭柱， 夏清， 饶宏， 等. 对南方电网开展智能电网建设的思考［J］. 南方电网技术， 2012， 6（3）： 1-6.

［6］ 姚宇. 组合式塑料合金电缆桥架在马迹山矿石中转港二期工程中的应用［J］. 中国港湾建设， 2010，167（3）： 32-33.

［7］ 王强. 合金塑料电缆桥架应用技术探讨［J］. 福建建设科技， 2011（4）： 54-56.

Improved Design for the Cable Tray of Cable Line in Distribution Grid

Xu Shuo1Chen Lidan2
（1.Guangzhou Electric Power Design Institute， Guangzhou 510610；2. South China University of Technology， Guangzhou 510640）

The increasing used cable tray consume a lot of natural resources such as steel and zinc，in this paper，the material、type installation method and grounding system of cable tray are improved based on the 10kV cable tray module design of the "China Southern Power Grid standard design V1.0" . Firstly， alloy plastic cable tray instead of steel are put to use in response to the national energy-saving emission reduction and green environmental protection call； Secondly， specifications and models of cable trays are standardized decomposition which can reduce storage area and also improve the delivery speed of cable trays' dispatching； Thirdly， the installation method of cable tray is designed into the assemble type so that effectively reduce the change of design fee. Proved by practice， the optimized design of cable tray deserves wider implementation.

alloy plastic； cable tray； assemble installation

徐 烁（1989-），女，回族，助理工程师，大学本科，现为广州电力设计院配电部设计专责，主要研究方向：配电网技术、智能电网技术。