戴文駿

摘要：本文綜合敘述了近年來人們?yōu)榱朔乐购涂刂艫DSS光纜電腐蝕而做出的研究。文章從選擇合適的光纜掛點(diǎn)位置、安裝防電暈環(huán)、改進(jìn)光纜護(hù)套材料、使用防振錘、預(yù)絞絲等多個(gè)角度論述了防止和控制ADSS光纜電腐蝕的常規(guī)辦法。并分別從基于Sagnac光纖干涉儀和基于漏電流傳感系統(tǒng)的角度描述了實(shí)現(xiàn)ADSS光纜電腐蝕在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理。

關(guān)鍵詞：ADSS光纜 電腐蝕防治措施在線監(jiān)測(cè)

1???? 引言

隨著電力行業(yè)的快速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)的現(xiàn)代化水平也不斷提高。為了滿足電網(wǎng)日益增長(zhǎng)的信息傳輸需求，電力通信網(wǎng)也得到了快速的發(fā)展。其中，ADSS光纜（全介質(zhì)自承式光纜）具有頻帶寬，傳輸容量大，工作溫度范圍廣、架設(shè)方便等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于電力通信光傳輸網(wǎng)。但在實(shí)際工作中，由于受到環(huán)境因素和復(fù)雜電磁環(huán)境的影響，ADSS光纜因電腐蝕而斷裂的事故時(shí)有發(fā)生，這不僅妨礙了電力通信網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，更是威脅到了電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性。ADSS光纜的電腐蝕現(xiàn)象不容忽視。近些年來，一些研究機(jī)構(gòu)都對(duì)ADSS光纜的電腐蝕現(xiàn)象做了研究分析，其研究現(xiàn)狀主要表現(xiàn)在下面幾個(gè)方面。

2???? ADSS光纜電腐蝕機(jī)理分析

2.1 ADSS光纜電腐蝕原理

對(duì)于加掛在輸電線桿塔上的ADSS光纜，由于光纜位于高壓輸電線路與地線形成的復(fù)雜電磁環(huán)境中，光纜的外表面會(huì)形成感應(yīng)電壓。因?yàn)楣潭ü饫|的末端金具與桿塔相連，而桿塔接地，所以光纜靠近桿塔的一端感應(yīng)電壓為0。在金具出口的一小段距離內(nèi)，光纜外表面的感應(yīng)電壓值急速升高至最大值，并隨著與桿塔和金具的距離越來越遠(yuǎn)，光纜外表面的感應(yīng)電壓逐漸減少，并呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，如圖1所示。對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間工作在戶外環(huán)境中的ADSS光纜，空氣中的灰塵等污染物會(huì)堆積在光纜外表面，在潮濕的環(huán)境中，光纜外表面會(huì)形成電阻層。在感應(yīng)電壓的驅(qū)動(dòng)下，光纜表面與金具、接地的鐵塔間會(huì)形成電流，該電流被稱作接地漏電流。由于接地漏電流的焦耳熱效應(yīng)，光纜外護(hù)套中的水分不斷減少，并逐漸形成了具有一定絕緣性的干燥帶。因?yàn)楦稍飵У慕^緣性能，電流的流動(dòng)受到了阻礙，從而積壓電荷形成了感應(yīng)電場(chǎng)。當(dāng)感應(yīng)場(chǎng)強(qiáng)足夠大時(shí)，將擊穿周圍的空氣并產(chǎn)生放電電弧，即“干帶電弧”。電弧反復(fù)放電，產(chǎn)生的熱量使光纜護(hù)套形成樹枝狀碳化電跡線，進(jìn)而破壞外套的聚合物，形成腐蝕^[1]。如果電弧熱量足夠，甚至?xí)龜喙饫|中的芳綸紗，使光纜斷裂。

2.2 電腐蝕常見形式

由于電弧對(duì)光纜護(hù)套作用的外在表現(xiàn)不同，電腐蝕通常存在三種常見的形式：腐蝕、電痕、擊穿^[2]。腐蝕現(xiàn)象指的是接地漏電流和電弧產(chǎn)生的熱量，減弱了護(hù)套材料的結(jié)合力，使得護(hù)套表層粗糙、變薄。電痕是指在電弧的作用下，光纜外套形成碳化通道，隨著碳化程度的加深，在光纜張力的作用下外套開裂。擊穿是指電弧燒化了光纜護(hù)套的邊緣并造成穿孔。

3???? ADSS光纜電腐蝕防治措施研究

3.1選擇合適的光纜掛點(diǎn)

光纜掛點(diǎn)位置的選擇是個(gè)復(fù)雜的問題，原則上選擇掛點(diǎn)的位置應(yīng)該滿足以下幾個(gè)條件：1、掛點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)該盡可能地小，在不考慮金具對(duì)電場(chǎng)的影響下應(yīng)盡量選擇電場(chǎng)強(qiáng)度小于10kV/m的掛點(diǎn)位置;2、計(jì)算桿塔周圍電場(chǎng)強(qiáng)度分布，確定掛點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)把金具對(duì)掛點(diǎn)位置電場(chǎng)強(qiáng)度的影響考慮進(jìn)去;3、注意校驗(yàn)掛點(diǎn)位置光纜的張力弧垂性能，對(duì)地面障礙物是否滿足安全性要求^[3-4]。

大型通用有限元軟件ANSYS可以計(jì)算桿塔附近的電場(chǎng)強(qiáng)度分布。通過在ANSYS中建立桿塔、金具、跳線的三維模型，選擇合適的單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，將桿塔上的輸電線路看成電荷均勻分布的長(zhǎng)直導(dǎo)體，施加合適的邊界條件，即可求解出桿塔周圍電場(chǎng)強(qiáng)度的分布值。此處的邊界條件屬于齊次第一類邊界條件：在高壓電線距離掛點(diǎn)最近處加載電壓有效值89.7kV（如果是110kV輸電線），加載電壓有效值179kV（如果是220kV輸電線），在桿塔和邊界上加載電壓0V^[1]。求解計(jì)算即可得到桿塔周圍的電場(chǎng)分布值，進(jìn)而查看懸掛點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度值。當(dāng)懸掛點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度值大于10kV/m時(shí)，應(yīng)當(dāng)重新選擇ADSS光纜的懸掛點(diǎn)的位置。當(dāng)懸掛點(diǎn)處電場(chǎng)強(qiáng)度值小于10kV/m時(shí)，應(yīng)考慮懸掛金具出口位置的電場(chǎng)對(duì)電腐蝕的影響：在ANSYS中建立掛點(diǎn)金具模型，施加相應(yīng)的邊界條件，即可求出金具處ADSS光纜表面的電場(chǎng)強(qiáng)度分布，進(jìn)而找出ADSS光纜在金具出口附近最容易腐蝕的區(qū)間^[1]。

3.2安裝防電暈環(huán)

ADSS光纜金具的末端形狀不規(guī)則，金具周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)值較高，容易引起光纜表面干帶電弧，形成電腐蝕。將防電暈環(huán)安裝到金具末端，可以將金具末端的起暈電壓升高至1到1.6倍^[5]，降低金具端的電場(chǎng)強(qiáng)度，使其不易擊穿空氣形成干帶電弧，進(jìn)而減輕了因電暈產(chǎn)生的電腐蝕。

3.3ADSS光纜護(hù)套的改進(jìn)

ADSS光纜護(hù)套采用AT護(hù)套（抗電痕護(hù)套）可以更好地保護(hù)光纜，減輕電腐蝕現(xiàn)象。在光纜護(hù)套材料中加入無機(jī)填充物可以改善護(hù)套的耐熱性能，降低接地漏電流，從而減輕電腐蝕的損害程度^[6]。此外，國(guó)外也有研究表明使用半導(dǎo)體材質(zhì)作為光纜護(hù)套能夠減少電腐蝕損傷^[7]。

3.4減少防振鞭的使用

防振鞭的電性能長(zhǎng)久以來一直被忽視，然而在電力通信網(wǎng)中已經(jīng)發(fā)生多起與防震鞭相關(guān)的電腐蝕事件。發(fā)生電腐蝕現(xiàn)象的防振鞭整個(gè)表面都存在外表皮樹枝化的現(xiàn)象。如果防振鞭與金具的距離過近，那防振鞭與金具將形成放電通道，從而產(chǎn)生極高的熱量，燒毀光纜外套。因此，應(yīng)盡量減少使用防振鞭，并且可以考慮使用防振錘代替防振鞭。即便必須要使用防震鞭，安裝時(shí)也應(yīng)當(dāng)確保防震鞭距離金具絞絲末端至少1.5米^[7-8]。

3.5使用預(yù)絞絲保護(hù)ADSS光纜

對(duì)于在預(yù)絞絲和防振鞭之間發(fā)生的電腐蝕部分，如果情況不嚴(yán)重，可以將光纜置于預(yù)絞絲的屏蔽層中，使用預(yù)絞絲來保護(hù)受到電腐蝕的光纜部分^[5-6]。另外，應(yīng)當(dāng)將防振鞭移動(dòng)至遠(yuǎn)離預(yù)絞絲的位置，防止電腐損傷蝕進(jìn)一步惡化。

3.6國(guó)外的研究

Dr.Cristian Militaru使用一種新的測(cè)試方法證實(shí)：光纜的電腐蝕是在輸電線耦合電容的作用下，電流擊穿空氣到達(dá)ADSS光纜，最后經(jīng)過地線流到大地^[9]。K.S.Edwards等人研發(fā)了便攜式的測(cè)量光纜表面污穢電阻層電阻的儀器。通過該儀器測(cè)量光纜外表面污穢的電阻值，如果電阻值不高，可以判斷光纜發(fā)生電腐蝕的可能性不高^[10]。

3.7其他措施

除上述研究外，在金具附近的光纜護(hù)套上刷絕緣漆或者纏上絕緣膠帶也能短時(shí)間內(nèi)預(yù)防電腐蝕的發(fā)生^[3-4]。另外，金具的形狀、大小都影響著電場(chǎng)的變化，合適的金具形狀能減少干帶電弧的產(chǎn)生。在光纜的接地夾具周圍裝置一些針形放電間隙，也能保護(hù)光纜表層避免干帶放電。此外，應(yīng)當(dāng)規(guī)范施工，減少施工中對(duì)光纜外套的損傷。

4???? ADSS光纜電腐蝕的在線監(jiān)測(cè)

4.1使用Sagnac光纖干涉儀在線監(jiān)測(cè)

傳統(tǒng)的OTDR設(shè)備能夠檢測(cè)出光纜上斷裂的點(diǎn)，但不能檢測(cè)出光纜外護(hù)套破損但內(nèi)部光纖未受損的故障。光纜發(fā)生電腐蝕后，光纜的外護(hù)套受到損壞，會(huì)影響到光纜受損位置內(nèi)部光纖的折射率、散射效應(yīng)等參數(shù)。Sagnac光纖干涉儀的結(jié)構(gòu)見圖2。干涉儀中耦合器的兩端連接到ADSS光纜中的兩根光纖，并且兩根光纖在遠(yuǎn)端環(huán)接。耦合器將激光器發(fā)出的光分成兩束，按順時(shí)針和逆時(shí)針傳播通過系統(tǒng)，并最終在耦合器處再次會(huì)聚形成干涉。由于電腐蝕而造成兩束光的相位、功率發(fā)生變化，通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)可以計(jì)算出光纜發(fā)生電腐蝕的位置^[11-12]。

4.2使用漏電流傳感系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)

ADSS光纜產(chǎn)生電腐蝕的原理表明，在電腐蝕的初始階段，光纜的外護(hù)套上會(huì)產(chǎn)生接地漏電流。如果在光纜容易發(fā)生電腐蝕的區(qū)域安裝高精度的漏電流傳感器，并將采集到的電流數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送回?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)中心，該系統(tǒng)可采集到大量實(shí)際運(yùn)行的有效數(shù)據(jù)^[13]。通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析，可以建立ADSS光纜電腐蝕的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

5???? 結(jié)束語

ADSS光纜已廣泛應(yīng)用于電力通信光傳輸網(wǎng)中，但電腐蝕問題影響到了ADSS光纜的穩(wěn)定性和可靠性。因此，國(guó)內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)都對(duì)ADSS光纜電腐蝕問題做了研究。分析電腐蝕產(chǎn)生的原理機(jī)制，能夠?yàn)槎嘟嵌冉鉀Q光纜電腐蝕問題提供思路。而研究在線監(jiān)測(cè)光纜電腐蝕的技術(shù)，構(gòu)建ADSS光纜電腐蝕在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，也能進(jìn)一步提高電力通信網(wǎng)的穩(wěn)定性。

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