站內OPGW光纜電弧燒傷現(xiàn)象的研究

蔣振宇

（南方電網(wǎng)廣東電網(wǎng)有限責任公司茂名供電局，廣東 茂名 525000）

0 引言

OPGW光纜把光纖復合進架空高壓輸電線路的避雷地線上，為電網(wǎng)企業(yè)的線路保護、調度自動化、調度電話、計量信息采集、辦公信息系統(tǒng)等業(yè)務提供可靠的通信通道，以其高可靠性，優(yōu)越的電氣性能和抗臺風能力，在廣東電網(wǎng)得到廣泛的應用[1-2]。然而，2010年以來，在某些地市局陸續(xù)發(fā)生多起OPGW光纜進站接地線在站內構架接地點出現(xiàn)電弧燒傷現(xiàn)象，造成光纜斷股，甚至造成變電站草坪著火，使得光纜所承載的業(yè)通信務中斷，所幸的是還沒有引發(fā)較大的人身傷亡事故。這個問題越來越突出，因此，本文對站內OPGW光纜電弧燒傷現(xiàn)象進行研究分析。

1 站內OPGW光纜電弧燒傷的主要原因分析

對于站內OPGW光纜出現(xiàn)電弧燒傷事件，深究其原因，有以下兩方面。

一方面，OPGW光纜本體被雷電電弧燒傷。雷擊時，分為主放電階段和余光階段。主放電階段，雷擊電流非常集中，可達到此就出現(xiàn)幾十到幾百千安的高強電流。其集中點處的溫度可達到600 ℃，接近OPGW光纜外層鋁合金絲的熔點，則發(fā)生光纜斷股事件。余光階段的電流只有數(shù)十安，對光纜幾乎沒有影響。因此，我們需要提高OPGW光纜耐大電流能力。

另外一方面，OPGW與構架接地點處被大電流電弧燒傷。運行中的OPGW存在著較強的感應電流、雷擊電流或者故障電流，OPGW光纜與構架頂端的第一點接地處無效，OPGW光纜接頭盒的第二點接地處接地電阻過大，或者OPGW光纜與接地線地連接處的導電性能不滿足要求。在第二點接地處，大電流不能快速地釋放進大地，產(chǎn)生電弧發(fā)熱，發(fā)熱溫度甚至達到600℃，在這樣的高溫下，如果與OPGW光纜接地線外層鋁合金絲的實際熔點比較接近，那么就出現(xiàn)放電燒傷的情況。根據(jù)焦耳定律：Q=I2Rt。其中Q指熱量，I指電流，R指電阻，t指時間。根據(jù)比熱容公式：Q=cm△t。C為鋁合金的比熱容，m為鋁合金的質量，△t為溫度差。結合這兩個公式我們得知：假設鋁合金比熱容為0.88×103J/（kg·℃），使得OPGW熔斷的溫度差△t為600℃，電流I為20000A，時間t為1/1000秒，接地點并溝線夾接觸處的鋁合金質量為50×10-3Kg，最終計算出R為66mΩ。根據(jù)南網(wǎng)相關接地電阻規(guī)范，OPGW光纜接地電阻不能高于50mΩ，這與我們的計算結果是吻合的。我們換一個角度思考問題，把公式轉換一下得出雷擊的電流I、時間t和接地點并溝線夾接觸處的鋁合金質量不變，鋁合金的比熱容是恒定的，接地電阻R越大，產(chǎn)生的電弧溫度就越高。因此，我們應該保證OPGW接地電阻在合適的范圍之內，這需要考慮接地線、引下線夾和接地工藝等多方面的情況。另外，值得注意的是，第二點接地處與變電站草坪距離太近也是引起草坪燒傷的重要原因之一

2 提高OPGW光纜防電弧燒傷的有效措施

針對以上的因素分析，可以采取以下的措施避免OPGW光纜發(fā)生電弧燒傷現(xiàn)象。

（1）OPGW光纜有中心管結構、全鋁包鋼和鋁包鋼/鋁合金層絞結構，較為常見的是鋁包鋼/鋁合金層絞結構，如圖1所示。因導體集膚效應，導體電流的流動基本在導體表面，就OPGW 光纜來說，其受到的感應電流，或者是出現(xiàn)電流短路時，電流流動也是集中在光纜表面，及光纜的外層，而光纜外層導體承擔著比較多的電流。OPGW光纜的線徑越大，其所能承受的雷擊電流和故障電流的強度越大。考慮到其光纜機械性能和防雷擊性能，還有區(qū)域內的年雷暴日水平，可以選擇使用直徑大于2.7mm 的光纖外層線徑；一些重雷區(qū)域，可以選擇使用直徑大于3mm 的光纖外層線徑。若是不銹鋼的OPGW 光纜，其中心束管式外徑要大于12mm。就層絞不銹鋼式OPGW纜來說，其外徑應當大于14mm。就外層絞線來說，其是鋁合金材料OPGW 光纜，增強單絲直徑到3.65mm。盡管如此可能還是無法有效避免斷股的出現(xiàn)。鋁合金的熔點為600ga，鋼的熔點為1500℃，因此，把外層的鋁合金線換成鋁包鋼線，能提高光纜的熔點，使得鋁融化時需要更多的能量，其所能承受的電流也就更大，進而保護內部的光纖，提高OPGW的安全穩(wěn)定性[3]。

圖1 OPGW光纜鋁包鋼/鋁合金層絞結構

（2）OPGW光纜與鐵塔存在非安裝性接觸或者距離過近，容易引起雷擊電弧的產(chǎn)生，我們使用引下線夾固定OPGW光纜，如果引下線夾老化脫落。會使得光纜失去了固定，在空中隨風搖擺，可能與周圍帶電間隔的安全距離不足，引發(fā)安全問題。為此，我們用“扁鋼抱箍+絕緣子卡具”方式代替原來的“鋼帶抱箍+引下線夾”的方式。扁鋼抱箍使用的鋼材更多，減少其老化和熱脹冷縮的影響，提高了使用生命周期；絕緣子卡具比引下線夾增加了絕緣材料，消除了光纜與構架的非安裝性接觸引發(fā)的放電現(xiàn)象，更安全可靠。為此，我們每隔1.5米增加一個絕緣子卡具，使得OPGW光纜與構架保持至少3厘米的安全距離。

（3）保證OPGW光纜與變電站構架頂端的接地網(wǎng)的接地性能良好，也就是第一點接地合格。OPGW光纜與接地線的表面平整光滑，而且兩者的截面積一致，采用并溝線夾將兩者可靠連接起來，牢固連接后具有良好的導電性能，用電阻導通儀測試第一點接地電阻不能超過50mΩ。（電阻導通儀一端接第一點接地上部，另外一端周圍任意一次設備接地處）

（4）保證OPGW光纜接頭盒處附近接地可靠，即第二點接地合格，并需提高第二點接地處離地面的高度。接地的方法與第一點接地的方法類似，保證接地處具有良好的導電性能。同時將第二點接地點升高至1.5米，防止極端情況接地處電弧燒傷造成變電站草坪著火。使用電阻導通儀測試第二點接地處電阻不能超過50mΩ。如圖2所示。

圖2 提高第二點接地點高度及接地電阻測試數(shù)據(jù)

3 OPGW光纜工程建設方面應該注意的問題

在變電站基建項目中，OPGW光纜的抗風能力和纖芯衰耗水平為大家所關注，而其防電弧燒傷的風險往往為大家所忽視，在相關電網(wǎng)OPGW光纜技術規(guī)范也沒有明確的規(guī)定。因此，我們需在變電站工程建設的初設階段提出相關技術要求，明確光纜本體的類型和線徑和抗電流能力，同時細化OPGW光纜與構架第一點接地、第二點接點和引下線等工藝要求。在驗收階段，利用接地導通測試儀測試接地電阻大小，確保接地質量滿足要求。

4 結束語

OPGW光纜為電網(wǎng)企業(yè)通信網(wǎng)絡的支撐，其安全穩(wěn)定性直接關系到調度自動化和保護跳閘等業(yè)務。本文對站內OPGW光纜電弧燒傷現(xiàn)象進行了深入的探究，有一定的借鑒價值，可因地制宜地在南方電網(wǎng)網(wǎng)和國家電網(wǎng)的變電站基建工程建設中推廣。