胡拓宇 黃友銳

（1.安徽理工大學(xué)電氣信息與工程學(xué)院 安徽 淮南 232001；2.合肥設(shè)計(jì)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(shè)，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(yùn)行提供了可靠的技術(shù)保證。從近年來國內(nèi)外電力光纖通信電路運(yùn)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(zāi)害造成光纖通信中斷的報(bào)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(fù)合架空地線（OPGW）綜述

1.1 OPGW概述

光纖復(fù)合地線架空光纜（OPGW）利用自身的高的抗拉強(qiáng)度、優(yōu)秀而簡潔的光纜結(jié)構(gòu)、特定的短路電流設(shè)計(jì)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(diǎn)上，特別適用于與電力傳輸線路同步建設(shè)的光纜通信系統(tǒng)。

1.2 OPGW特點(diǎn)

（1）采用成熟的不銹鋼管結(jié)構(gòu)，管內(nèi)充滿防水復(fù)合物，以有效地保護(hù)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(fēng)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(shè)非常方便；

（5）按照IEEE1138、IEC1396規(guī)范和相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)，光纜和相關(guān)配套金具通過了苛刻的試驗(yàn)。

1.3 中心鋼管式結(jié)構(gòu)

（1）光纖∶采用高質(zhì)量、帶色標(biāo)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(fù)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(diǎn)

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(yīng)電壓和感應(yīng)能量所產(chǎn)生的電磁影響。因此，OPGW的維護(hù)和接續(xù)盒安裝位置選擇等,都應(yīng)避免因靜電感應(yīng)造成的人身危險(xiǎn)。

2.2 線路架設(shè)高度受地面靜電場強(qiáng)所控制。因此，線路都被迫遠(yuǎn)離人、畜活動區(qū)、進(jìn)入高山大嶺。桿塔高差較大，達(dá)250m左右。架設(shè)檔距受地形所控制，一般檔距在600-800m，最大檔距達(dá)1200m左右。塔高都超過70-80m，遠(yuǎn)大于基本風(fēng)速高度，高空風(fēng)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(xiǎn)度，給線路防雷和防舞動帶來不利。

2.3 研究35kV線路的一個(gè)重要課題是控制地面場強(qiáng)。影響場強(qiáng)因素很多，如導(dǎo)線對地距離、分裂導(dǎo)線根數(shù)和其等價(jià)半徑、相導(dǎo)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(qiáng)度。

2.4 避雷線的危險(xiǎn)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(jìn)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(dǎo)地線檔距中央的距離，防止雷直擊或繞擊導(dǎo)線。

3 目前OPGW結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(qiáng)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(yīng)力遠(yuǎn)低于允許值的93%-37%。而鋁合金受力雖小，但使用應(yīng)力已超過允許值的93%-37%。處于疲勞狀態(tài)下運(yùn)行。隨著雷擊電流引起的瞬時(shí)溫度上升，鋁合金的抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)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(dá)到增大外層自阻尼性能，這對保護(hù)光纖并無實(shí)質(zhì)性的改善，相反變得更壞。當(dāng)遭雷擊時(shí)，雷電流向縱深擴(kuò)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(shí)間。長時(shí)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(dāng)遭雷擊時(shí)，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(shè)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(shí)接地短路，造成1號主變差動速斷、比率差動保護(hù)動作三側(cè)開關(guān)跳閘。

電網(wǎng)事故的同時(shí)，林中—城頭光纖通信中斷。當(dāng)時(shí)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(shí)間與變電站事故時(shí)間相符，排除了OPGW遭雷擊的可能性?，F(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(diǎn)距城頭變電站通信機(jī)房光纜出口約216m。經(jīng)調(diào)查，OPGW光纖與引入機(jī)房普通光纖的接頭點(diǎn)在189m處，因此排除了接續(xù)工藝不良造成光纖接頭受強(qiáng)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(diǎn)在變電站內(nèi)門型架上。由于與35kV電力線進(jìn)站終端鐵塔只有近百米的距離，相對于線路上整個(gè)耐張段OPGW更換，處理起來比較容易。在終端鐵塔上增加一個(gè)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(fù)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(shí)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(shí)，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(shè)連接點(diǎn)，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(dǎo)致瞬時(shí)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(yīng)引起相關(guān)的設(shè)計(jì)和施工部門高度重視，并認(rèn)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(shí)可行的防范措施，對有關(guān)的設(shè)計(jì)和施工規(guī)程規(guī)范進(jìn)行完善，以確保OPGW在電力系統(tǒng)中安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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