ADSS光纜電腐蝕現(xiàn)象的研究現(xiàn)狀

ADSS光纜電腐蝕現(xiàn)象的研究現(xiàn)狀本文綜合敘述了近年來(lái)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(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理。標(biāo)簽：ADSS光纜電腐蝕防治措施在線(xiàn)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(mǎn)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(lái)，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。2ADSS光纜電腐蝕機(jī)理分析2.1ADSS光纜電腐蝕原理對(duì)于加掛在輸電線(xiàn)桿塔上的ADSS光纜，由于光纜位于高壓輸電線(xiàn)路與地線(xiàn)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(lái)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(hù)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(chēng)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?chē)目諝獠a(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(shù)枝狀碳化電跡線(xiàn)，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(jiàn)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(jiàn)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(kāi)裂。擊穿是指電弧燒化了光纜護(hù)套的邊緣并造成穿孔。3ADSS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(wèn)題，原則上選擇掛點(diǎn)的位置應(yīng)該滿(mǎn)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?chē)妶?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(mǎn)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(guò)在A(yíng)NSYS中建立桿塔、金具、跳線(xiàn)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(xiàn)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?chē)妶?chǎng)強(qiáng)度的分布值。此處的邊界條件屬于齊次第一類(lèi)邊界條件：在高壓電線(xiàn)距離掛點(diǎn)最近處加載電壓有效值89.7kV（如果是llOkV輸電線(xiàn)），加載電壓有效值179kV（如果是220kV輸電線(xiàn)），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?chē)碾妶?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A(yíng)NSYS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?chē)碾妶?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(wú)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(lái)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(shù)枝化的現(xiàn)象。如果防振鞭與金具的距離過(guò)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(lái)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。國(guó)外的研究Dr.CristianMilitaru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(xiàn)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(guò)地線(xiàn)流到大地⑼。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(guò)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］。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?chē)b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。4ADSS光纜電腐蝕的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)4.1使用Sagnac光纖干涉儀在線(xiàn)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(jiàn)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(guò)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(guò)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(xiàn)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(guò)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(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。5結(jié)束語(yǔ)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(wèn)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(wèn)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(wèn)題提供思路。而研究在線(xiàn)監(jiān)測(cè)光纜電腐蝕的技術(shù)，構(gòu)建ADSS光纜電腐蝕在線(xiàn)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。參考文獻(xiàn)：[1]張金城.ADSS光纜防電腐蝕解決方案研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2014,1-50⑵董源.ADSS光纜電腐蝕故障的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法[J].科技與企業(yè)，2016,(4)：81-81王全.ADSS光纜電腐蝕的成因及防范措施[J].湖北電力，2008,32(s1)：68-69楊興.高海拔鹽霧地區(qū)架空ADSS光纜耐腐蝕措施分析[J].西北水電，2012(5)：81-84⑸李正超.ADSS光纜電腐蝕機(jī)理及預(yù)防措施[J].江蘇電機(jī)工程，2005，24(3)：37-39⑹許峻青.電力通信ADSS光纜電腐蝕效應(yīng)分析及其治理[J].信息通信，2013：186-187⑺趙元珍.青海察爾汗鹽湖地區(qū)ADSS光纜腐蝕及解決方法的探討J].西北水電，2012(1)：53-55王永超.ADSS光纜電腐蝕分析[J].科技信息，2009(9)：755-756FelixGKaidanov.ADSSCables-RecognizingtheProblemsandSolutions[J].Transmission&DistributionWorld，2002(10)：10-15KSEdwards.PortableADSSsurfacecontaminationmetercalibratedinhighvoltageenvironment[J].PowerDeliveryIEEETransactionson，2003，18(3)：888-894BravoM,PintoAMR,Lopez-AmoM,KobelkeJ,SchusterK.Highprecisionmicro-displacementfibersensorthroughasuspended-coreSagnacinterferometer[J].OpticsLetters.2012,37(2)：202204.XuWenyuan,ZhangChunxi,LiangSheng,etal.Fiber-opticdistributedsensorbasedonaSagnacinterferometerwithatimedelayloopfordetectingtime-varyi