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(lái)全國(guó)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(wàn)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(lái)國(guó)內(nèi)外電力光纖通信電路運(yùn)行情況看，不少國(guó)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(wèn)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(jiǎn)潔的光纜結(jié)構(gòu)、特定的短路電流設(shè)計(jì)及對(duì)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，光纜和相關(guān)配套金具通過(guò)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(shí)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(guó)35kV線路的特點(diǎn)

2.1 線路附近存在著較高的工頻電場(chǎng)和磁場(chǎng)，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(chǎng)強(qiáng)所控制。因此，線路都被迫遠(yuǎn)離人、畜活動(dòng)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(guò)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(dòng)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(dòng)危險(xiǎn)度，給線路防雷和防舞動(dòng)帶來(lái)不利。

2.3 研究35kV線路的一個(gè)重要課題是控制地面場(chǎng)強(qiáng)。影響場(chǎng)強(qiáng)因素很多，如導(dǎo)線對(duì)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(huì)減少地面電場(chǎng)強(qiáng)度。

2.4 避雷線的危險(xiǎn)影響來(lái)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(duì)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(wèn)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(guò)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(lái)消耗振動(dòng)的能量，達(dá)到增大外層自阻尼性能，這對(duì)保護(hù)光纖并無(wú)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(zhǎng)了表層電荷向縱、深轉(zhuǎn)移的時(shí)間。長(zhǎng)時(shí)間的串聯(lián)間隙電弧燒斷OPGW外層單絲，對(duì)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(wèn)題

鋁合金管、鋁合金骨架式結(jié)構(gòu)是原始的不對(duì)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(hào)主變35kV側(cè)A相引線設(shè)備線夾彎折處斷裂，引線對(duì)1號(hào)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(hào)主變差動(dòng)速斷、比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)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(wú)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(chǎng)測(cè)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(tái)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(duì)于線路上整個(gè)耐張段OPGW更換，處理起來(lái)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(tái)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(duì)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(guò)電壓，對(duì)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(duì)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(duì)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(guó)科教博覽，2010（30）.