袁志堅 李 為 鄧藝娜 王遠路

（1. 廣東電網(wǎng)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(wǎng)，以承載著傳輸遠動、保護和調度電話等重要通信業(yè)務。近年來，運行中的OPGW多次發(fā)生雷擊斷股問題，斷股大多出現(xiàn)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(yōu)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(fā)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(xiàn)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(tǒng)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(xiàn)有OPGW接地系統(tǒng)的整治及改進建議。

1 實際OPGW接地系統(tǒng)情況統(tǒng)計及分析

對轄區(qū)內 220kV和 500kV電壓等級變電站OPGW接地系統(tǒng)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(tǒng)缺陷排查的統(tǒng)計分析表明，220kV及以上電壓等級的變電站進行了系統(tǒng)的OGPW接地系統(tǒng)缺陷排查，接地系統(tǒng)主要存在以下缺陷。

1）接地扁鐵不規(guī)范：接地扁鐵不規(guī)范主要表現(xiàn)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”）?！伴g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(guī)范的“隱形”接地方式。

圖1 接地扁鐵不規(guī)范現(xiàn)象

2）盤纜余纜架接地不規(guī)范：盤纜余纜架接地不規(guī)范主要表現(xiàn)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(guī)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(xù)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(tǒng)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(guī)范現(xiàn)象

3）光纖接續(xù)盒接地不規(guī)范：光纖接續(xù)盒接地不規(guī)范主要表現(xiàn)在：①光纖接續(xù)盒未接地；接續(xù)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(xù)盒脫落等。光纖接續(xù)盒接地不規(guī)范如圖4所示，該類型接地方式存在以下問題：①光纖接續(xù)盒脫落，如果持續(xù)時間過長，由于重力原因，接續(xù)盒會徹底掉落，可能會將光纜折斷或將接續(xù)盒內熔接的光纖震斷，造成通信業(yè)務中斷，引起障礙或事故；②光纖接續(xù)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(xù)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(xù)盒接地不規(guī)范現(xiàn)象

4）OPGW 余纜接地不規(guī)范：OPGW 余纜接地不規(guī)范主要表現(xiàn)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(fā)現(xiàn)一些回路的OPGW余纜在余纜架上盤纜不規(guī)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(fā)現(xiàn)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(wǎng)實際安裝架設運行中，接地方式不規(guī)范情況非常常見，因此明確OPGW接地系統(tǒng)規(guī)范，提出整治預防措施，對于保證電網(wǎng)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(guī)范現(xiàn)象

OPGW在進入變電站后，無論電壓等級如何，按照電力系統(tǒng)規(guī)范，必須嚴格做到三點可靠接地，即OPGW余纜接地、光纖接續(xù)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(fā)現(xiàn)，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(guī)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(fā)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(jù)統(tǒng)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?jīng)_擊電壓發(fā)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(shù)，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(fā)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(tǒng)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(huán)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(jù)以上分析可以看出，電網(wǎng)實際安裝架設運行中，接地方式不規(guī)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(xiàn)有實際接地方式進行整治以保證電網(wǎng)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(tǒng)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(tǒng)進行缺陷排查、統(tǒng)計，為隱患處理準備數(shù)據(jù)和材料。

2）根據(jù)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(shù)量。

3）以變電站為單位，逐個消除 OPGW 接地系統(tǒng)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(fā)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(wěn)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(wǎng)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(wǎng)實際 OPGW 接地系統(tǒng)狀況進行了調研，對接地系統(tǒng)存在的缺陷進行了分類統(tǒng)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(wǎng)實際調研狀況，給出了缺陷整治及預防措施。

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