選擇光纖復合架空地線和良導體地線應注意的問題

鮑星輝

(遼寧省電力有限公司建設管理中心，遼寧 沈陽 110005)

隨著電網建設的迅猛發展，OPGW在輸電線路中的應用愈來愈普及，大量光纖通信工程投入運行，OPGW已成為電力系統通信主干網絡的重要通道。

OPGW是架設在輸電線路桿塔頂端，具有普通架空地線和光纖通信能力雙重功能的特種光纜，既要滿足通信專業對光纖芯數、光纖類型和工作波長等方面的技術要求，同時還要具有普通架空地線的電氣性能、機械性能等一切特性要求。由于受OPGW短路電流容量的限制，一般有2根架空地線的輸電線路，另1根地線可以選用良導體，分擔流經OPGW的短路電流。

OPGW的架設依附于電力線路，必須遵照架空輸電線路設計規范進行設計。同時，由于OPGW是一種特種光纜，在設計時還應考慮其特殊性。由于OPGW目前還沒有統一的制造標準和統一的規格型號，因此，在選擇OPGW和良導體地線時應特別注意以下問題。

1 應同時校驗OPGW和另1根地線組合時短路電流熱穩定性

當輸電線路發生短路故障時，流經地線的短路電流距離線路兩端出口愈近，短路電流愈大，隨著線路遠離出口，短路電流急劇下降。出口短路電流愈大、線路愈短，短路電流下降愈快。當距離線路出口10 km左右，短路電流一般可下降20%～50%。通常，線路出口的短路電流較大，僅靠OPGW自身的泄流能力往往無法滿足要求，一般情況，線路出口的另1根地線采用良導體，以降低流經OPGW的短路電流，達到分流的目的，這根良導體地線一般稱作分流線。校驗OPGW和分流線的短路電流熱穩定，主要指這段線路。

流經OPGW和分流線的短路電流與2根地線各自的阻抗成反比，其短路電流分布為

式中 IOPGW——流經OPGW的短路電流;

If——流經分流線的短路電流;

ZOPGW——OPGW自阻抗;

Zf——分流線自阻抗;

Z12——OPGW與分流線之間的互阻抗。由式 (1)可以看出，OPGW與分流線的自阻抗愈接近，流經二者的短路電流愈趨于相同，分流的效果愈好。當OPGW與分流線的自阻抗相差較大時，有可能出現OPGW和良導體地線各自允許的短路電流之和大于計算的短路電流，但短路電流在2根地線上重新分配后，流過自阻抗小的地線的短路電流可能超過熱穩定極限，另1根地線的短路電流容量還遠沒有達到熱穩定極限。因此，在進行地線熱穩定計算時，應同時校驗OPGW和另1根地線組合時短路電流熱穩定性，使其同時滿足要求。在OPGW結構很難進行調整時，應重新選擇分流線，使之滿足要求。

當短路電流較大時，應采取降低出口段桿塔接地電阻的方法，增加桿塔接地的泄流，達到降低短路電流的目的。

OPGW截面選擇時，一般依據短路電流的大小選擇不同截面，分段配置。如在線路出口，配置的截面大一些，在中間段，配置的截面小一些。在建設OPGW初期，由于OPGW的價格較貴，具有一定的經濟性。目前OPGW價格并不是很高的情況下，采用同一截面配置更為合理，為后期線路的π接和改造創造條件。

在經濟發展的中心地帶，輸電線路的長度通常不會很長，由于電力負荷發展很快，電網的遠期規劃存在不確定性，在選擇OPGW短路電流熱容量時，按照變電站一次設備的短路電流水平來確定，是一種新的設計思路。由于OPGW所占工程造價的比例很小，在增加線路建設投資較小的前提下，OPGW短路電流熱容量可以達到終期水平。

2OPGW耐受雷擊的能力

鋁的熔點660℃，鋼的熔點1 535℃。當發生雷擊時，鋁的抗溶蝕能力遠低于鋼。試驗和運行經驗證明，抗雷擊性能與股線直徑成正比，與其電導率成反比。早期OPGW多采用鋁合金線且直徑較小，發生的雷擊斷股事故較多。為此，在《電力系統同步數字系列 (SDH)光纜通信工程設計技術規定 (DL/T 5404—2007)》規定:對超高壓及以上線路，應采用直徑3.0 mm及以上、20%(IACS)或相對低導電率鋁包鋼線。

在選擇OPGW結構時，短路電流容量和耐雷擊性能是相互矛盾的。一方面，為滿足短路電流容量，股線的導電率愈大愈好;另一方面，為防止雷擊斷股，股線的導電率愈小愈好。短路電流容量在OPGW設計時是硬指標，抗雷擊能力的指標并不是很具體，廠家在設計OPGW結構時，往往對抗雷擊能力重視不夠，為達到短路電流容量，多采用40%IACS鋁包鋼線，這對防止雷擊斷股是不利的。

發生這種情況與設計方要求的直徑偏小有關。在要求的直徑范圍內低導電率鋁包鋼線無法滿足短路電流容量要求，只能采用高導電率鋁包鋼線，這也是不得以而為之。

在OPGW結構選擇時，這一點應當給予足夠的重視。當采用20%IACS鋁包鋼線無法滿足短路電流容量要求時，生產廠家與設計單位應及時溝通，設計應允許適當加大OPGW直徑。實際上在鐵塔設計時地線支架強度應留有適當的裕度。

3 OPGW和良導體地線的機械強度

3.1 OPGW平均運行張力的選取

架空地線平均運行張力的取值，依據《110 kV～750 kV架空輸電線路設計規范 (GB50545—2010)》的規定，平均運行張力 (EDS)取額定拉斷力 (RTS)的25%。這對于采用鋁鋼截面比不小于4.29的鋼芯鋁絞線或鍍鋅鋼絞線作為地線是滿足規范要求的，但OPGW一般采用鋁包鋼線，鋁鋼截面比最大只有1.67(40%IACS鋁包鋼線)，股線的耐振性能差，為有效防止微風振動引起疲勞斷股，同時考慮到OPGW的重要性，DL/T5404—2007規定:OPGW的平均運行張力不宜大于額定拉斷力的20%。在設計時應注意兩個標準的不同要求。

3.2 最大使用張力的選取

DL/T5404—2007規定:OPGW的設計安全系數應大于2.5，且不得小于導線的設計安全系數。

《光纖復合架空地線 (GB/T7424.4—2003)》中，對OPGW的機械性能要求是:當OPGW承受的拉力不大于RTS的95%時應無任何單線破斷。OPGW所能保證的拉斷力是額定拉斷力的95%。因此，OPGW的最大使用張力應是RTS×95%/K(安全系數)。如果OPGW的設計安全系數遠大于2.5，OPGW的最大拉斷力取RTS還是RTS×95%并不重要，但當OPGW的設計安全系數與2.5相接近時，就可能出現實際安全系數小于2.5的情況。

一般情況，地線的最大使用張力是按導、地線防雷間距要求求得的。依據GB50545—2010的規定，在一般檔距的檔距中央，S≥0.012L+1(S為導線與地線間的距離，L為檔距。計算條件:氣溫15℃，無風、無冰)。由此反推出來的地線最大使用張力是一個變數，檔距愈大，最大使用張力愈大，安全系數愈小。對于較大檔距，應注意校核地線的安全系數是否大于2.5，且大于導線的設計安全系數。

應當注意，采用公式S≥0.012L+1計算出來的導線與地線間的距離，只適用于一般檔距，對于大跨越和大檔距，還應滿足《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合 (DL/T620—1997)》中的規定。DL/T620—1997中6.3.3條規定，根據雷擊檔距中央地線時防止反擊的條件，大跨越導線與地線間的距離不得小于表1的要求。

表1 防止反擊要求的大跨越檔導線與地線間的距離

山區線路高差大、地形復雜，對于220kV及以上線路，常出現1 000 m以上檔距，超過1 000 m檔距，可以認為是大檔距或大跨越。對于1 000 m檔距，0.012L+1=13 m，對于220kV線路，滿足表1要求:對于330 kV和500 kV線路，不滿足表1要求，此時，導線與地線間的距離應按表1調整。此時更應注意校核地線的安全系數，當發現小于2.5或小于導線的設計安全系數時，應重新選擇地線的規格和型號，使之達到規定的要求。OPGW作為兼具通信功能的防雷地線，應滿足此項規定。

3.3 OPGW和良導體地線的過載能力

3.3.1 良導體地線的過載能力

依據GB50545—2010的規定，地線設計冰厚，除無冰區段外，應較導線冰厚增加5 mm。同時還規定，500 kV及以上輸電線路，覆冰區段地線采用鍍鋅鋼絞線時最小標稱截面應不小于100 mm2。這兩項規定與《110～500 kV架空送電線路設計技術規定 (DL/T5092—1999)》有較大的改動。對比DL/T5092—1999，地線采用鍍鋅鋼絞線時最小標稱截面由不小于70 mm2增加到100 mm2，同時增加了5 mm冰厚。這兩項規定都是根據2008年初我國南方地區發生大面積冰災引起地線拉斷和地線支架折斷所采取的提高線路抗冰能力的措施。

500 kV及以上輸電線路，覆冰區段的鍍鋅鋼絞線最小標稱截面不小于100 mm2，主要是根據導、地線在稀有風速和稀有覆冰氣象條件時，所計算的導、地線過載能力相匹配的原則得出的。

在GB50545—2010的編制說明中，列出了導、地線過載能力計算結果 (如表2所示)。

表2 導、地線的過載能力

表2所列數據是在氣溫－5℃、風速15 m/s、導地線弧垂最低點的最大張力達到其拉斷力的70%時所能承載的覆冰厚度。

根據以上驗算條件，增加幾種常用的鋁包鋼絞線規格，計算結果如表3所示。

表3 鋁包鋼絞線的過載能力 (t=－5℃，V=15 m/s)

由表3可以看出，與GJ－100鍍鋅鋼絞線過載能力基本相同的鋁包鋼絞線有LBGJ－120－27AC、LBGJ－150－30AC、LBGJ－180－40AC，與 GJ－80鍍鋅鋼絞線過載能力基本相同的鋁包鋼絞線有LBGJ－120－30AC、LBGJ－150－40AC; 過載能力與RTS成正比，RTS愈大，過載能力愈強。220kV線路，一般導線不大于LGJ－400/35鋼芯鋁絞線，與之相配的地線是GJ－80鍍鋅鋼絞線，可以采用LBGJ－120－30AC或LBGJ－150－40AC鋁包鋼絞線作為良導體分流地線。在設計鐵塔時，可以采用LBGJ－150－40AC鋁包鋼絞線作為主要地線型號，通用性好。500 kV線路，與之相配的地線是GJ－100鍍鋅鋼絞線，可以采用LBGJ－150－30AC或LBGJ－180－40AC鋁包鋼絞線作為良導體分流地線。LBGJ－180－40AC與 LBGJ－150－30AC在荷載上比較，風荷載增加11%，重量增加2%，張力可以取其相同。因此，在設計鐵塔時，如果采用LBGJ－180－40AC鋁包鋼絞線作為主要地線型號，荷載比LBGJ－150－30AC增加很小，但應用范圍更廣，通用性更好，可以避免不必要的驗算工作。由于地線荷載僅占導、地線荷載的1%～2%，由此引起的鐵塔增重很小。

3.3.2 OPGW的過載能力

過載能力匹配原則同樣適用于OPGW。對OPGW進行過載能力計算，計算結果如表4所示。

表4 OPGW的過載能力 (t=－5℃，V=15 m/s)

由表4可以看出，截面同是110 mm2的OPGW，由于RTS不同，過載能力相差很大。當RTS為76.9 kN，過載能力僅相當于GJ－60鍍鋅鋼絞線的水平，其過載能力偏小。因此，在選擇OPGW時，不僅短路電流容量應滿足要求，RTS也應盡量選擇大些，使之與GJ－100鍍鋅鋼絞線的強度相一致。由表4還可以看出，加大OPGW截面積，對提高過載能力關系不大。

DL/T5404—2007規定，在稀有風速或稀有覆冰驗算氣象條件下，OPGW在懸掛點的最大張力不宜超過 RTS的 66%。這一規定，比 GB50545—2010中所要求的最大張力低10%。OPGW做為一種特殊地線，其過載能力的要求更嚴格。因此，要求OPGW的機械強度與GJ－100相一致，是選擇OPGW的基本要求。

3.4 OPGW和良導體地線的弧垂特性

在OPGW和良導體地線的選擇時，應注意弧垂特性的匹配。在EDS狀態下，二者的弧垂應盡可能一致。

4 結束語

OPGW作為一種特殊地線，在選型時不僅應重視短路電流容量，還應注重與普通地線在防雷擊斷股和抗疲勞斷股方面的差異，特別是對OPGW和良導體地線的機械強度應給予足夠的重視，機械強度的大小關系到OPGW和良導體地線抵御自然災害的能力，對線路的安全運行尤為重要，這就要求在鐵塔地線支架設計時應合理考慮使用大截面、大RTS地線的可能性，給OPGW和良導體地線的選擇提供更大的范圍，優選出與線路需求匹配的OPGW和良導體地線。

［1］DL/T 5404—2007，電力系統同步數字系列 (SDH)光纜通信工程設計技術規定 ［S］.

［2］GB50545—2010，110 kV～750 kV架空輸電線路設計規范［S］.

［3］DL/T 620—1997，交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合［S］.

［4］DL/T 5092—1999，110～500 kV架空送電線路設計技術規定 ［S］.

［5］YB/T 124—1997，鋁包鋼絞線 ［S］.

［6］GB/T 7424.4—2003，光纜第4部分:分規范 光纖復合架空地線 ［S］.