輸電線路復合光纖架空地線接地調查及改進措施

袁志堅 李 為 鄧藝娜 王遠路

（1. 廣東電網公司東莞供電局，廣東 東莞 523106；2. 重慶大學通信工程學院，重慶 400044）

復合光纖架空地線（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，OPGW）將光纖內置于架空輸電線路的地線中，構成依托輸電線路的光纖通信網，以承載著傳輸遠動、保護和調度電話等重要通信業務。近年來，運行中的OPGW多次發生雷擊斷股問題，斷股大多出現在檔距中，OPGW較GJ（鋼絞線）更易遭受雷擊斷股。其主要原因在于OPGW與普通地線因接地方式不同，對地電阻存在較大差異。在遭遇雷擊時，雷電流優先選擇電阻值較小的OPGW進行泄流；另外，逐塔接地的OPGW上會感應出更多與雷電流先導極性相反的異性電荷，使二者間的電場增強，導致雷擊OPGW更容易發生[1]。因此研究OPGW接地工程對雷擊的影響，對提高輸電線路故障防范和防雷技術水平具有重要的現實意義和工程價值。

本文首先介紹了針對變電站 OPGW 及不同電壓等級線路OPGW接地系統的調研情況，指出安全隱患的問題所在。然后，針對OPGW逐塔接地，GJ的不同接地方式進行了雷擊擊著概率實驗，探尋減小OPGW遭受雷擊擊中概率的方式。最后提出了對現有OPGW接地系統的整治及改進建議。

1 實際OPGW接地系統情況統計及分析

對轄區內 220kV和 500kV電壓等級變電站OPGW接地系統缺陷進行了排查，共查勘變電站56個，其中220kV變電站46個，500kV變電站10個；查勘110kV線路520余條，220kV線路300余條，500kV線路30余條。在對OPGW接地系統缺陷排查的統計分析表明，220kV及以上電壓等級的變電站進行了系統的OGPW接地系統缺陷排查，接地系統主要存在以下缺陷。

1）接地扁鐵不規范：接地扁鐵不規范主要表現在：①無接地扁鐵或對接地扁鐵“視而不用”，采取“間接接地”方式。如圖1所示，線路的OPGW光纜三點均未接地，一旦遭受雷擊，雷電流將不能從這里導入地下，埋下了事故隱患；②三點接地線與接地鐵排之間的螺絲脫落或接觸不可靠等問題。如圖2所示，三點接地線接在鐵塔上一個螺絲點（通常稱為“間接接地”）。“間接接地”未將三點接在接地扁鐵上，而是與鐵塔內層的鋼筋支架連接，這種方式是一種不規范的“隱形”接地方式。

圖1 接地扁鐵不規范現象

2）盤纜余纜架接地不規范：盤纜余纜架接地不規范主要表現為：①余纜架未接地；②余纜架與接地線接觸不可靠；③接地線橫截面積不合要求；④余纜架里的光纜脫落或盤纜彎曲度過大、安裝位置過低或過高等。

盤纜余纜架接地不規范如圖3所示，可以看出接地存在三個問題：①盤纜余纜架接地線、光纖接續盒和OPGW余纜接地線分開連接且分開接地，不符合分別連接，統一接地的要求；②盤纜余纜架的接地線橫截面積小于25mm2，非鋁合金線或鋁鋼包線，易受外界風雨腐蝕而脫落；③盤纜余纜架接地線與接地排接地點油漆未磨光。由于油漆為絕緣物質，余纜架的接地電阻將增大，影響其導雷電流的效果。

圖3 盤纜余纜架接地不規范現象

3）光纖接續盒接地不規范：光纖接續盒接地不規范主要表現在：①光纖接續盒未接地；接續盒與接地線接觸不可靠；②接地線橫截面積不合要求；③接續盒脫落等。光纖接續盒接地不規范如圖4所示，該類型接地方式存在以下問題：①光纖接續盒脫落，如果持續時間過長，由于重力原因，接續盒會徹底掉落，可能會將光纜折斷或將接續盒內熔接的光纖震斷，造成通信業務中斷，引起障礙或事故；②光纖接續盒、盤纜余纜架、OPGW余纜均未接地，一旦遭受雷擊，極易導致OPGW斷股；③光纖接續盒脫落，導致光纜彎曲度過大，影響光通信質量。

圖4 光纖接續盒接地不規范現象

4）OPGW 余纜接地不規范：OPGW 余纜接地不規范主要表現在：①OPGW余纜未接地；②OPGW余纜與接地線未用金屬線夾可靠連接；③接地線橫截面積不合要求等。如圖5所示，OPGW余纜與接地線僅用細鋼絲連接，在一些低電壓等級OPGW余纜接地中比較常見的缺陷。此外，還發現一些回路的OPGW余纜在余纜架上盤纜不規范，雖然不會直接影響OPGW的防雷效果，但由于光纜盤纜混亂，會導致日常巡檢難以發現存在的缺陷隱患。

由以上實際情況調研總結，可以看出，在電網實際安裝架設運行中，接地方式不規范情況非常常見，因此明確OPGW接地系統規范，提出整治預防措施，對于保證電網輸電線路安全正常運行，減少OPGW遭受雷擊的概率非常必要。

圖5 余纜接地不規范現象

OPGW在進入變電站后，無論電壓等級如何，按照電力系統規范，必須嚴格做到三點可靠接地，即OPGW余纜接地、光纖接續盒接地、盤纜余纜架接地，如圖6和圖7所示。

圖6 三點接地位置

圖7 三點接地要求

2 雷擊實驗

在實際運行情況中發現，OPGW 與 GJ不同接地方式組合，對OPGW遭雷擊概率及電能損耗有很大的影響[4-6]。為探究不同接地方式對雷擊的影響特性與規律，針對雙避雷線不同接地方式下進行雷擊選擇性實驗研究。實驗中使用2400V的沖擊電壓發生器生成雷電電壓，波形為1.2/50μs的正極性雷電波形，用靜止照相機B門記錄放電過程，放電路徑和擊著點的判斷以照片為依據統計。實驗的塔桿模型橫截面如圖6所示，實驗裝置搭建過程中，按照380∶1的尺寸模擬[3,7-8]。模擬避雷線和塔頂高為10cm，模擬避雷線間距為 5.3cm。雷電模擬先導使用直徑為1mm的鋼針（頭部帶尖端），布置雷電先導在模擬線路的檔中間，準確對準兩避雷線中間，并連接到沖擊電壓發生器的輸出端。采用三根4mm2的銅線焊接并加水平橫擔模擬鐵塔，在橫擔兩側布置避雷線GJ，GJ線和OPGW嚴格與塔中心點等距。

圖8 桿塔模型橫截面

主要對以下幾種情況下的雷擊放電擊著點情況進行如下實驗。

1）兩避雷線水平等高布置，OPGW逐塔接地，GJ線全線不接地（A方式）。

2）兩避雷線水平等高布置，OPGW逐塔接地，GJ線全線一端接地（B方式）。

3）兩避雷線水平等高布置，OPGW逐塔接地，GJ線全線兩端接地（C方式）。

4）兩避雷線水平等高布置，OPGW逐塔接地，GJ線分兩段，分段分別一端接地（D方式）。

5）GJ線比OPGW高1.8mm，OPGW逐塔接地，GJ線全線一端接地（E方式）。

6）兩避雷線水平等高布置，OPGW逐塔接地，GJ線全線一端接地，并在檔中先導下方的GJ線上加2.2mm的放電尖（F方式）。

7）兩避雷線水平等高布置，OPGW逐塔接地，GJ線全線一端接地，并在檔中先導下方的GJ線上加5mm的放電尖（G方式）。

不同接地方式下雙避雷線遭雷擊試驗結果見表1。從以上模擬試驗結果可以看出：①A方式時，OPGW遭雷擊概率仍占絕大多數，說明OPGW上會感應出與先導極性相反的異性電荷，導致放電更易于在OPGW上發生；②B方式和C方式時，不能有效的降低OPGW的擊著概率，OPGW的擊著概率仍略高于 GJ；③F方式和 G方式時可以有效降低OPGW遭雷擊的概率；④E方式時，GJ的擊著概率高于OPGW，可對OPGW起到一定的保護作用。

由上述分析可知，目前廣泛采用的OPGW逐塔接地的接地方式損耗較大，易使OPGW遭雷擊斷股從而影響電力系統的可靠通信。因此，探討OPGW合理的接地方式十分必要。

普通避雷線為減少環流損耗可采用絕緣地線或分段絕緣、一點接地的方式，OPGW要起到避雷線和通信通道的雙重作用，不能采用分段絕緣、一點接地的方式，可采用絕緣地線的方式。

3 OPGW接地缺陷整治及改進措施

根據以上分析可以看出，電網實際安裝架設運行中，接地方式不規范情況非常常見，并且OPGW與 GJ的不同的接地方式對雷電擊著概率有一定的影響，因此需要合理設計接地方式，對現有實際接地方式進行整治以保證電網輸電線路安全正常運行，減少OPGW遭受雷擊的概率。針對OPGW接地系統存在缺陷的實際調研情況與實驗研究結果，提出如下整治及改進措施：

1）對所有電壓等級的變電站內各條線路OPGW接地系統進行缺陷排查、統計，為隱患處理準備數據和材料。

2）根據排查結果，確認消除隱患所需的接地扁鐵、接地線、金屬線夾等材料的數量。

3）以變電站為單位，逐個消除 OPGW 接地系統缺陷，確保OPGW三點接地可靠。保證站外進入的 OPGW 光纜與站內光纜在物理上嚴格隔離或良好絕緣。

表1 不同接地方式下雙避雷線遭雷擊試驗結果

4）以變電站為單位，用地阻儀對各條 OPGW線路地阻值進行全面測量，確保在正常范圍內。

5）由于GJ線熔點高，雷擊時不易發生斷股。對于雷擊OPGW頻繁地段，通過GJ加裝放電尖，將雷電擊著點盡量引向GJ線，保護OPGW免受雷擊。

6）材料方面，需選用直徑較大的鋁包鋼線單絲，并從OPGW光纜外層單絲的抗拉、防腐等各方面綜合考慮。

7）在新架設OPGW線路前，對OPGW選型先進行短路熱穩定計算，選取合適的型號和截面，使得短路故障不會對OPGW造成危害。

8）在保證電網安全、可靠運行的前提下，將OPGW逐塔接地方式改為分段絕緣方式，以減小電能損耗和降低OPGW遭雷擊概率。

4 結論

針對電網實際 OPGW 接地系統狀況進行了調研，對接地系統存在的缺陷進行了分類統計。構建了 OPGW 逐塔接地，GJ不同接地方式的多種典型雷擊場景，進行了實驗分析。并針對電網實際調研狀況，給出了缺陷整治及預防措施。

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