淺談3 5 k V供電線路使用O P G W的問題

胡拓宇 黃友銳

（1.安徽理工大學電氣信息與工程學院 安徽 淮南 232001；2.合肥設計院 安徽 合肥 230041）

隨著近年來全國電力系統(tǒng)大規(guī)模的光纖通信網(wǎng)的建設，至今已形成數(shù)萬公里電力光纖通信電路，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提供了可靠的技術保證。從近年來國內(nèi)外電力光纖通信電路運行情況看，不少國家均有出現(xiàn)OPGW受外力損壞和雷電等自然災害造成光纖通信中斷的報告。本文主要研究35kV供電線路中部分線路OPGW中斷引下連接問題。

1 光纖復合架空地線（OPGW）綜述

1.1 OPGW概述

光纖復合地線架空光纜（OPGW）利用自身的高的抗拉強度、優(yōu)秀而簡潔的光纜結(jié)構(gòu)、特定的短路電流設計及對于氣象條件的考慮（跨度、垂度等），直接作為架空地線安裝在任意跨距電力桿塔的懸掛點上，特別適用于與電力傳輸線路同步建設的光纜通信系統(tǒng)。

1.2 OPGW特點

（1）采用成熟的不銹鋼管結(jié)構(gòu)，管內(nèi)充滿防水復合物，以有效地保護光纜；

（2）由鋁包鋼線(ACS)、不銹鋼鋼管及外層鋁合金線(AA)絞合而成的單層、雙層、三層皚裝結(jié)構(gòu)，可確保鋼管及光纖不承受任何張力；

（3）緊湊的圓型光纜結(jié)構(gòu)一方面大大降低了冰荷、風荷，另一方面確保了短路情況下產(chǎn)生的熱量容易從纜內(nèi)散發(fā)；

（4）由于與傳統(tǒng)架空地線基本一致，使光纜的架設非常方便；

（5）按照IEEE1138、IEC1396規(guī)范和相關國際標準，光纜和相關配套金具通過了苛刻的試驗。

1.3 中心鋼管式結(jié)構(gòu)

（1）光纖∶采用高質(zhì)量、帶色標光纖，使其易于識別；

（2）不銹鋼鋼管∶根據(jù)鋼管尺寸可分為五大類鋼管，每類鋼管中單根鋼管可容納的最大光纖數(shù)有所不同∶2.6/3.0mm中心線鋼管可容納最大芯數(shù)24芯；2.85/3.25mm中心線鋼管可容納最大芯數(shù)30芯；3.0/3.5mm中心線鋼管可容納最大芯數(shù)36芯；3.2/3.8mm中心線鋼管可容納最大芯數(shù) 48芯；3.4/ 4.0mm中心線鋼管可容納最大芯數(shù)60芯。光纖被松套于鋼管之內(nèi)，并被鋼管內(nèi)充滿的防水復合物包圍；

（3）鋁包鋼線（ACS）∶優(yōu)質(zhì)鋁包鋼線作為外層之一，并于鋁包鋼線表面和其間隙覆蓋油脂，用于防腐；

（4）鋁合金線（AA）：優(yōu)質(zhì)鋁合金線作為外層之一，與鋁包鋼線一起緊密膠合于鋼管上。

2 我國35kV線路的特點

2.1 線路附近存在著較高的工頻電場和磁場，將引起包括靜電耦合電流#感應電壓和感應能量所產(chǎn)生的電磁影響。因此，OPGW的維護和接續(xù)盒安裝位置選擇等,都應避免因靜電感應造成的人身危險。

2.2 線路架設高度受地面靜電場強所控制。因此，線路都被迫遠離人、畜活動區(qū)、進入高山大嶺。桿塔高差較大，達250m左右。架設檔距受地形所控制，一般檔距在600-800m，最大檔距達1200m左右。塔高都超過70-80m，遠大于基本風速高度，高空風速要增大1.3-1.4倍，意味著遭受雷擊和舞動的概率將增大，一定程度上降低了線路的耐雷水平，增大繞擊率和舞動危險度，給線路防雷和防舞動帶來不利。

2.3 研究35kV線路的一個重要課題是控制地面場強。影響場強因素很多，如導線對地距離、分裂導線根數(shù)和其等價半徑、相導線間距及其排列形式等，OPGW、屏蔽線、耦合線等，會減少地面電場強度。

2.4 避雷線的危險影響來源于線路傳輸容量大、電壓高。這就要求OPGW不僅要有良好的電氣性能與對側(cè)地線極好匹配，還須進行必要的換位和采用多根橫連線在檔距中將OPGW、地線、屏蔽線和耦合線連接，以減小雷擊避雷線的阻抗，增大電暈的耦合系數(shù)，縮小塔頭結(jié)構(gòu)，減小導地線檔距中央的距離，防止雷直擊或繞擊導線。

3 目前OPGW結(jié)構(gòu)設計中存在的問題

3.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)不匹配

鋁包鋼和鋁合金的抗拉強度比為5-2.18倍，彈性模量比為2.59-1.57倍！線膨脹系數(shù)比為0.52-0.67倍。目前OPGW結(jié)構(gòu)中鋁包鋼受力雖大，但使,用應力遠低于允許值的93%-37%。而鋁合金受力雖小，但使用應力已超過允許值的93%-37%。處于疲勞狀態(tài)下運行。隨著雷擊電流引起的瞬時溫度上升，鋁合金的抗拉強度和屈服點急劇下降，隨之造成蠕變破壞。所以，斷股的絕大多數(shù)是外層鋁合金線，斷口有不規(guī)則的拉斷痕跡。

3.2 層、股線間留有空隙

企圖以層、股間留有空隙，增大相互滑移產(chǎn)生摩擦來消耗振動的能量，達到增大外層自阻尼性能，這對保護光纖并無實質(zhì)性的改善，相反變得更壞。當遭雷擊時，雷電流向縱深擴散，在途經(jīng)中的串聯(lián)間隙（防腐油膏）上產(chǎn)生電弧和串聯(lián)間隙電阻熱，延長了表層電荷向縱、深轉(zhuǎn)移的時間。長時間的串聯(lián)間隙電弧燒斷OPGW外層單絲，對OPGW的股線的傷害是致命。

3.3 鋁合金管、鋁合金骨架式結(jié)構(gòu)存在的問題

鋁合金管、鋁合金骨架式結(jié)構(gòu)是原始的不對稱結(jié)構(gòu)，將鋁包鋼置于鋁合金絲與鋁合金管（架）之間。當遭雷擊時，雷電流由表層低電阻鋁合金經(jīng)高電阻鋁包鋼再到低電阻鋁合金管、鋁合金骨架，層間電阻極不均勻。

4 案例分析

4.1 事故概述

某變電站1號主變35kV側(cè)A相引線設備線夾彎折處斷裂，引線對1號主變油枕靠近A相表面放電，35kV系統(tǒng)瞬時接地短路，造成1號主變差動速斷、比率差動保護動作三側(cè)開關跳閘。

電網(wǎng)事故的同時，林中—城頭光纖通信中斷。當時該地區(qū)無雷電，天氣晴好，監(jiān)控系統(tǒng)顯示光纖通信中斷時間與變電站事故時間相符，排除了OPGW遭雷擊的可能性。現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)有6根光纖斷芯，分別是第1、4、7、8、11、12纖芯，斷點距城頭變電站通信機房光纜出口約216m。經(jīng)調(diào)查，OPGW光纖與引入機房普通光纖的接頭點在189m處，因此排除了接續(xù)工藝不良造成光纖接頭受強電沖擊斷芯的可能。后經(jīng)登桿檢查，發(fā)現(xiàn)在變電站門型架上金屬平臺處，OPGW有擊穿痕跡，外層有4股鋁線熔斷。

4.2 防范措施

此次電網(wǎng)事故造成OPGW斷股故障點在變電站內(nèi)門型架上。由于與35kV電力線進站終端鐵塔只有近百米的距離，相對于線路上整個耐張段OPGW更換，處理起來比較容易。在終端鐵塔上增加一個光纖接線盒，更換終端鐵塔到門型架接線盒一段100多米的OPGW后，使光纖通信電路恢復正常。

綜上所述，由于此次OPGW斷股事故是變電站內(nèi)35kV系統(tǒng)單相接地短路造成的，因此在電力系統(tǒng)接地短路事故不可避免的現(xiàn)實情況下，必須加大OPGW引入線與門型架等尖銳金屬構(gòu)件之間的距離，以避免形成間隙放電的條件，確保OPGW在電網(wǎng)事故中不受波及而中斷。

此次更換OPGW的施工時，在門型架下端水泥桿和上端避雷針連接處平臺鋼板上增加一副固定夾具,保證OPGW與鋼板構(gòu)件有足夠(5cm以上)的安全距離，并在引入的OPGW下端與門型架接地線增設連接點，以減少自感壓降和互感壓降對OPGW的影響，防止類似情況的發(fā)生。

5 總結(jié)

在OPGW與門型架尖銳金屬構(gòu)件之間的距離足夠小的條件下，電網(wǎng)工頻接地短路事故導致瞬時電位升高，形成較大的反擊過電壓，對OPGW間隙放電，造成擊穿斷股。這應引起相關的設計和施工部門高度重視，并認真探討電網(wǎng)事故與雷害事故對OPGW造成危害的相同之處和不同之處，采取切實可行的防范措施，對有關的設計和施工規(guī)程規(guī)范進行完善，以確保OPGW在電力系統(tǒng)中安全穩(wěn)定運行。

［1］奇旭龍.光纖復合架空地線（OPGW）架空敷設技術探討[J].中國科教博覽，2010（30）.