地線復(fù)合光纜OPGW在高壓送電線路中的設(shè)計選擇

1、隨著電力事業(yè)的發(fā)展，為了滿足電力生產(chǎn)調(diào)度、電力系統(tǒng)自動化對通道的需求，同時可為郵電系統(tǒng)提供服務(wù)，增加效益，OPGW已廣泛地應(yīng)用在高壓架空送電線路中。它不僅可起到架空地線的作用，同時也兼顧了光纖通信的功能。本文著重介紹OPGW在送電線路中的設(shè)計及選擇。 關(guān)鍵詞 OPGW 短路電流 分流線 1OPGW簡介： 光在光纖中傳輸原理為光的全反射原理。通常電力系統(tǒng)中光纖通信有以下三種方式： ADSS全介質(zhì)自承式架空光纜?？衫矛F(xiàn)有電力桿塔和電力線路同桿塔架設(shè)，具有耐電痕、耐腐蝕、防雷擊等優(yōu)點。需根據(jù)通信要求、線路距離、氣象條件進行綜合設(shè)計，對鐵塔強度、受力等重新驗算。 GWWP自繞式光纜，這種方式是將光纜

2、纏繞在原有地線上，起到光纖通信的功能。 OPGW是把光纖單元組裝進架空地線里,使其具有架空地線 及光纖通信雙重功能。OPGW外層是一般的鋁包鋼線或鋁合金線，其承受了OPGW大部分外力，包括拉力、壓力、金具握力等，而內(nèi)層的光纖單元是由直徑為510mm的石英制造而成，一般情況下是不能受力的（緊套型光纖除外）。它們中間是由一些填充材料組成，起到散熱、隔熱、延長光纖壽命等作用。OPGW的一般外型結(jié)構(gòu)如下圖： 2OPGW的選擇： 21應(yīng)滿足光纖通信的要求： OPGW首先作為光纖通信上來講，它必須先滿足用戶及通信系統(tǒng)所需的光纖（根）數(shù)量、類型、允許衰耗（db）數(shù)值、光端機的類型等。并考慮到光脈沖在OPGW

3、傳輸過程中的工作波長、色散、帶寬、衰減等特性，盡量選用傳輸效果好的OPGW。一般光纖從傳輸模式上可分為單模光纖和多模光纖。單模光纖適合于長距離,大容量的傳輸, 多模光纖適合短距離、局域網(wǎng)的傳輸。另外色散也是光纖的一個重要指標(biāo)，多模光纖存在較嚴(yán)重的模式色散，而單模光纖不存在模式色散?，F(xiàn)今來說，復(fù)合光纜的發(fā)展趨勢是單模光纖。 22OPGW作為普通地線的要求： .防雷要求:S0.012L+1 L檔距； S檔距中央導(dǎo)、地線最小安全距離 按此公式可推算得到: Pd、Pb導(dǎo)、地線在驗算條件下的應(yīng)力（15。C、無風(fēng)、 無冰時的應(yīng)力 N/mm2）。 Gd、Gb導(dǎo)、地線的自重比載（N/m.mm2）。 S、h 導(dǎo)

4、、地線在塔上懸掛點的水平距離、垂直距離（m）。 計算出地線的應(yīng)力，然后解狀態(tài)方程，可得最大使用應(yīng)力、年平均應(yīng)力（為20%瞬時破壞應(yīng)力電力系統(tǒng)光纖通信工程設(shè)計技術(shù)規(guī)定（討論稿），就可對照OPGW強度選擇其型號，并可確定其安全系數(shù)。 .線長方面的考慮： 1).從制造工藝方面來說OPGW過多接頭對光的衰耗很大，應(yīng)盡量減少中間接頭。另外，在500千伏高壓線路中往往要求耐張段長度較長，而現(xiàn)在的大多數(shù)OPGW的生產(chǎn)廠家交貨長度（5km左右）達不到耐張段長度的要求，OPGW中間接頭一般要在耐張塔上，多增加耐張塔會使整個工程的投資加大，通過計算，一基耐張塔相當(dāng)于直線塔2.4基以上的造價。這就要求增加一種地線為

5、耐張，導(dǎo)線為直線的塔。在福鴨500千伏線路中，就采用了ZB52地線支架開耐。 2).OPGW接頭要引到塔角，且OPGW不能用壓接管接續(xù)，要在專用的接頭盒內(nèi)接頭，一般在離地5米處安裝接頭盒。假如說地線橫擔(dān)長為7米，上下導(dǎo)線高7.5m，導(dǎo)地線高4米，則OPGW兩端引下線長度分別為：桿塔呼稱高+7+4+7.5 . 從桿塔荷載及OPGW自身受力方面來考慮： 1).OPGW的外部受力（垂直分量、水平分量、縱向分量）應(yīng)與一般地線一樣必需滿足桿塔的荷載條件要求。 2).由于OPGW中間有一部分基本上不考慮抗拉強度。與普通地線相比，在相同的拉力下，一般要求OPGW應(yīng)比與它匹配的另一根地線的直徑要略大。另外，O

6、PGW有松套和緊套之分。緊套型OPGW的價格比與它相當(dāng)型號的松套型OPGW要貴30%40%左右。松套型OPGW為了使光纖單元在70%額定拉斷力下不受力電力系統(tǒng)光纖通信工程設(shè)計技術(shù)規(guī)定（討論稿），必需保證OPGW中光纖有一定的余長（所謂余長是指纜芯內(nèi)光纖的實際長度應(yīng)比纜的“皮長”要大，一般余長控制在0.7%較為經(jīng)濟合適），并在光纖單元中填充了油膏，由于油膏在低溫和高溫下的流動性的差異，使OPGW在不同溫度條件下傳遞應(yīng)力的能力受到了限制，同時，由于檔距和高差很大，易造成松套型光纜的纖芯在弧垂低點的堆積，造成光纖的微彎，從而加大光衰耗。而使用緊套結(jié)構(gòu)的OPGW由于生產(chǎn)廠家通過生產(chǎn)工藝使光纖在一定的應(yīng)

7、力應(yīng)變條件下能承受張力，光纖不存在余長，在大高差、大檔距條件下不存在光纖的堆積，所以說在山區(qū)線路中為了保證OPGW的可靠性、傳輸質(zhì)量及壽命可采用緊套型OPGW。總的來說，松套和緊套各有優(yōu)缺點，松套型OPGW一般用于地形起伏不大，高差不大的平原上，價格較為便宜，而在我省的第一條500KV福鴨OPGW光纖通信線路中，由于該線路在我省的500KV環(huán)網(wǎng)中較為重要，加之高差大，檔距大，有重冰區(qū)，地形比較惡劣，全線均采用的是緊套型OPGW。重冰區(qū)采用緊套結(jié)構(gòu)的OPGW與松套結(jié)構(gòu)的OPGW造價從廠家的報價來說差不多，但松套結(jié)構(gòu)的OPGW由于截面變大，從而引起鐵塔荷載變化，導(dǎo)致鐵塔重量及基礎(chǔ)混凝土方量的增加，

8、投資加大。 .從金具方面考慮: OPGW的金具不僅要滿足一般電力金具的要求，而且又 區(qū)別一般電力金具。OPGW國際規(guī)范IEEEP1138一般規(guī)定明確規(guī)定：“金具的擠壓不宜超過OPGW的設(shè)計擠壓極限，金具一般不宜設(shè)計成適合于OPGW一個范圍內(nèi)的直徑?！币馑季褪钦f，一種規(guī)格直徑的OPGW必須有一套與之匹配的金具，大小與之一一對應(yīng)。 1). 懸垂線夾：由于OPGW要求保護光纖不致于過度彎曲而產(chǎn)生較大的彎曲應(yīng)力導(dǎo)致OPGW表面龜裂而失效，還需采取減輕對OPGW磨損和增大阻尼措施而延長壽命。采用大于10倍的OPGW允許彎曲半徑或大于200倍OPGW直徑，且具有減輕磨損和增大阻尼功能的大曲率懸垂線夾。一般

9、有大曲率懸垂線夾和預(yù)絞絲懸垂線夾兩種。大曲率懸垂線夾其曲率（本體線槽和壓板）半徑必須大于OPGW的直徑的200倍，制造工藝上較為復(fù)雜，而預(yù)絞絲懸垂線夾由于具有制造簡單，安裝方便，使用效果好，運行經(jīng)驗成熟等特點而深受廣大用戶青瞇，大量地運用在地線復(fù)合光纜中。 2). 耐張線夾：應(yīng)用在OPGW上的耐張線夾主要有預(yù)絞絲耐張線夾和有限握力螺栓耐張線夾兩大類。預(yù)絞絲耐張線夾的握力是由每一個節(jié)距集合而成，OPGW受力均勻，安裝方便，剛性好，抗震性好，運行經(jīng)驗成熟。而有限握力螺栓耐張線在設(shè)計中要求壓板對OPGW的壓力恰到好處，即保證足夠的握力又不損傷光纖，安裝過程要求比較高。當(dāng)然，應(yīng)用在OPGW中的還有不同

10、結(jié)構(gòu)的耐張線夾，如捆扎式及各種螺栓式，但不宜采用液壓式耐張線夾，更不許采用爆壓型耐張線夾。 3). 防震錘：實際運行經(jīng)驗已證明“微風(fēng)振動”出現(xiàn)在OPGW中的最危險的有害性震動。常用在OPGW上的防震錘主要有：F型、DF型、防振環(huán)、FR型、YFR等型式。F型防振錘結(jié)構(gòu)簡單應(yīng)用廣泛，但其頻率覆蓋不全，只有兩個諧頻，而在兩個諧頻以外的頻率則其防振功率不足，其已面臨淘汰。DF型防振錘簡稱狗骨頭扭轉(zhuǎn)防振錘，該種防振錘有較多的共振頻率和較寬的頻帶。FR型防振環(huán)在日本廣泛采用，它是將常規(guī)防振錘錘頭改為鋼制U形環(huán)，壓縮在鋼絞線兩端，兩環(huán)與垂直的OPGW的偏角為30°，以便振動時產(chǎn)生扭矩，消耗振動能量

11、，提高消振效果。FD型防振錘的優(yōu)點為兩錘頭重量不等，鋼吊索兩側(cè)長度不等，可獲四個諧振頻率；由于錘頭中間開槽，可觀測到鋼吊索疲勞損壞情況。YFR型防振錘不僅具有FR型防振錘的優(yōu)點，還消除用螺栓固定的過松過緊的狀態(tài)，同時能防止振動波節(jié)在固定線夾的死點和增加OPGW自身的阻尼性能，安裝方便，是OPGW中當(dāng)前較好的一種防振錘。以上防振錘與OPGW連接時采用優(yōu)質(zhì)的鋼絞線能很大程度地提高防振錘的功率特性。以上防振錘性能最好的是YFR、FR型，最差的是F型防振錘。 4). 接地金具、接續(xù)盒：OPGW的接地引下線、并溝線夾與常規(guī)地線沒有大的區(qū)別。不同的是楔塊與本體在裝置好OPGW后，應(yīng)在楔塊與本體之間用平頭柳

12、釘釘住，以防防微風(fēng)震動振動和OPGW蠕變導(dǎo)致線夾失效而產(chǎn)生事故。接續(xù)盒安裝在塔上，須能防水，防風(fēng)，OPGW的每一盤長應(yīng)與施工圖中耐張段長度相對應(yīng)，防止浪費。 總的來說，為了保持OPGW與金具運行的協(xié)調(diào)性和整個OPGW系統(tǒng)運行的可靠性，OPGW的金具應(yīng)和OPGW一一配套，應(yīng)由供貨廠家配套供貨。 23OPGW最大允許短路電流及熱穩(wěn)定方面的要求： 作為設(shè)計人員，應(yīng)依據(jù)OPGW的制造廠家提供的最高允許短路電流（I許）或最高允許溫度（T許），結(jié)合電網(wǎng)的實際情況，計算出實際最大短路電流（I實）或?qū)嶋H溫度（T實），要求I許（T許）I實（T實）。否則，由于光纖的衰減將發(fā)生不可逆的劣化，使通信質(zhì)量嚴(yán)重下降。必須

13、更換產(chǎn)品或采取其它措施（更換良導(dǎo)體地線、增設(shè)分流線）。在線路設(shè)計中，就本人經(jīng)驗來說，關(guān)于此方面的設(shè)計思路大致如下： 231確定系統(tǒng)總?cè)氲囟搪冯娏髦礗總： 根據(jù)電力系統(tǒng)510年規(guī)劃（更遠景年）的系統(tǒng)接線圖進行短路電流計算，求得510年后（更遠景年）系統(tǒng)的短路電流值。在整個線路上任何一點的短路電流必須小于I總。 232確定系統(tǒng)短路電流的等效時間Te： 可根據(jù)系統(tǒng)保護動作時間、通道延時時間、斷路器動作時間、重合閘動作時間和短路電流非周期分量時間等來確定短路電流的等效時間。短路電流持續(xù)時間越短，允許的短路電流就越大。一般常規(guī)上500千伏交流系統(tǒng)短路電流的等效時間取0.3秒，500千伏直流系統(tǒng)短路電流的

14、等效時間取0.1秒，220千伏系統(tǒng)短路電流的等效時間取0.5秒。 233確定各種型號的分流線在系統(tǒng)中的最大允許短路電流： 1）. 根據(jù)熱穩(wěn)定要求，各種待選型號的分流線允許短路電流應(yīng)按規(guī)程DL/T 6211997 “交流電氣裝置的接地”來計算。其最小截面 必須滿足下式要求: Sg分流線最小截面(mm2) ; Te短路的等效持續(xù)時間(s) ; Ig流過分流線的最大允許短路電流穩(wěn)定值(A)(根據(jù)系統(tǒng)510年的發(fā)展規(guī)劃,按系統(tǒng)最大運行方式確定)。 C熱穩(wěn)定系數(shù)(初始溫度按40計算)。 以上公式可轉(zhuǎn)換為： Ig2Sg2 ¡ C2/Te ； 按此計算出的Ig即為待選型號的分流線的最大允許短路電流

15、Ig。如果它與OPGW匹配時的實際短路電流大于Ig，則必須更換型號。 2）. OPGW的短路電流一般是由廠家提供的。在無資料的情況 下，可用下式計算其允許短路電流： IOPGW2=C ¡ Ln(1+·T許)/ (· R0 ¡Te) IOPGWOPGW允許短路電流(A)； C、Te同前； 電阻溫度系數(shù)（1/）； R0起始溫度下導(dǎo)線交流電阻（/km）； T許OPGW允許溫升（）; 該公式是同溫法計算公式，就是未考慮OPGW外護層中金屬的溫差，實際上溫差可達100以上。所以計算結(jié)果偏大，在沒有試驗為依據(jù)時，按此公式計算出的允許短路電流還應(yīng)降低23KA。 234

16、確定實際流過OPGW及分流線的短路電流： 1）. 作出等值電阻網(wǎng)絡(luò)圖并計算出各桿塔上的總?cè)氲仉娏鳎?當(dāng)送電線路一相導(dǎo)線對塔頭閃絡(luò)發(fā)生接地故障時，由地線、桿塔接地電阻、變電所接地網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的型等值網(wǎng)絡(luò)如下圖所示。 Zg各檔地線綜合阻抗； Rt各檔接地電阻； Rs變電所等效電阻； Zc型網(wǎng)絡(luò)另一端等值電阻； 用該網(wǎng)絡(luò)可計算出組合地線上不同點的入地總電流分布。 2）. 確定OPGW及分流線的短路電流： 送電線路的短路電流通常在線路出口處（兩端變電所及發(fā)電廠兩端）最大，隨著線路的延伸將急劇下降。在長線路工程中，為了節(jié)約投資，一般考慮在線路出口處采用大截面、低阻抗、載流容量大的OPGW，而在中間的大部分區(qū)

17、間則可采用截面較小的OPGW，同時另一根分流線的選擇上也可采用不同的地線與之匹配（截面出口大，中間?。?，這樣可節(jié)約大量工程投資。在系統(tǒng)短路時，OPGW與另一根地線中各自流過的短路電流分布可按下式確定。 IOPGW/ I地線 =(Z地線Z互阻)/(ZOPGWZ互阻) IOPGW：短路時流過OPGW線的電流； I地線：與OPGW配合的另一根地線中的電流； Z地線：地線自阻抗； Z互阻：兩根平行地線(OPGW與分流線)間的互阻抗； ZOPGW：OPGW線的阻抗； 用1）中所計算出的入地總電流，結(jié)合上式所計算得到的分流比例，則可計算出OPGW和分流線上的實際短路電流I實。如果I實I許 ，則滿足熱穩(wěn)定方面的要求。 一般來說，為了減低OPGW的短路電流，可采取以下幾種措施： a).出口處采用截面大、載流量大、OPGW及相應(yīng)的較大截面分流線。 b).敷設(shè)降阻劑，盡量降低桿塔接