ADSS光纜電腐蝕現象的研究現狀

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位置、安裝防電暈環(huán)、改進光纜護套材料、使用防振錘、預絞絲等多個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)的角度描述了實現ADSS光纜電腐蝕在線監(jiān)測技術的原理。

關鍵詞：ADSS光纜 電腐蝕防治措施在線監(jiān)測

1???? 引言

隨著電力行業(yè)的快速發(fā)展，電網規(guī)模不斷擴大，電網運行維護的現代化水平也不斷提高。為了滿足電網日益增長的信息傳輸需求，電力通信網也得到了快速的發(fā)展。其中，ADSS光纜（全介質自承式光纜）具有頻帶寬，傳輸容量大，工作溫度范圍廣、架設方便等優(yōu)點，已廣泛應用于電力通信光傳輸網。但在實際工作中，由于受到環(huán)境因素和復雜電磁環(huán)境的影響，ADSS光纜因電腐蝕而斷裂的事故時有發(fā)生，這不僅妨礙了電力通信網絡的正常運行，更是威脅到了電網的安全性和穩(wěn)定性。ADSS光纜的電腐蝕現象不容忽視。近些年來，一些研究機構都對ADSS光纜的電腐蝕現象做了研究分析，其研究現狀主要表現在下面幾個方面。

2???? ADSS光纜電腐蝕機理分析

2.1 ADSS光纜電腐蝕原理

對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雜電磁環(huán)境中，光纜的外表面會形成感應電壓。因為固定光纜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電壓為0。在金具出口的一小段距離內，光纜外表面的感應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，光纜外表面的感應電壓逐漸減少，并呈現穩(wěn)定狀態(tài)，如圖1所示。對于長時間工作在戶外環(huán)境中的ADSS光纜，空氣中的灰塵等污染物會堆積在光纜外表面，在潮濕的環(huán)境中，光纜外表面會形成電阻層。在感應電壓的驅動下，光纜表面與金具、接地的鐵塔間會形成電流，該電流被稱作接地漏電流。由于接地漏電流的焦耳熱效應，光纜外護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。因為干燥帶的絕緣性能，電流的流動受到了阻礙，從而積壓電荷形成了感應電場。當感應場強足夠大時，將擊穿周圍的空氣并產生放電電弧，即“干帶電弧”。電弧反復放電，產生的熱量使光纜護套形成樹枝狀碳化電跡線，進而破壞外套的聚合物，形成腐蝕^[1]。如果電弧熱量足夠，甚至會燒斷光纜中的芳綸紗，使光纜斷裂。

2.2 電腐蝕常見形式

由于電弧對光纜護套作用的外在表現不同，電腐蝕通常存在三種常見的形式：腐蝕、電痕、擊穿^[2]。腐蝕現象指的是接地漏電流和電弧產生的熱量，減弱了護套材料的結合力，使得護套表層粗糙、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

光纜掛點位置的選擇是個復雜的問題，原則上選擇掛點的位置應該滿足以下幾個條件：1、掛點處的電場強度應該盡可能地小，在不考慮金具對電場的影響下應盡量選擇電場強度小于10kV/m的掛點位置;2、計算桿塔周圍電場強度分布，確定掛點處的電場強度時，應把金具對掛點位置電場強度的影響考慮進去;3、注意校驗掛點位置光纜的張力弧垂性能，對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可以計算桿塔附近的電場強度分布。通過在ANSYS中建立桿塔、金具、跳線的三維模型，選擇合適的單元進行網格劃分，將桿塔上的輸電線路看成電荷均勻分布的長直導體，施加合適的邊界條件，即可求解出桿塔周圍電場強度的分布值。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]。求解計算即可得到桿塔周圍的電場分布值，進而查看懸掛點處的電場強度值。當懸掛點處的電場強度值大于10kV/m時，應當重新選擇ADSS光纜的懸掛點的位置。當懸掛點處電場強度值小于10kV/m時，應考慮懸掛金具出口位置的電場對電腐蝕的影響：在ANSYS中建立掛點金具模型，施加相應的邊界條件，即可求出金具處ADSS光纜表面的電場強度分布，進而找出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，金具周圍的電場強度數值較高，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]，降低金具端的電場強度，使其不易擊穿空氣形成干帶電弧，進而減輕了因電暈產生的電腐蝕。

3.3ADSS光纜護套的改進

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

3.4減少防振鞭的使用

防振鞭的電性能長久以來一直被忽視，然而在電力通信網中已經發(fā)生多起與防震鞭相關的電腐蝕事件。發(fā)生電腐蝕現象的防振鞭整個表面都存在外表皮樹枝化的現象。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，從而產生極高的熱量，燒毀光纜外套。因此，應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，安裝時也應當確保防震鞭距離金具絞絲末端至少1.5米^[7-8]。

3.5使用預絞絲保護ADSS光纜

對于在預絞絲和防振鞭之間發(fā)生的電腐蝕部分，如果情況不嚴重，可以將光纜置于預絞絲的屏蔽層中，使用預絞絲來保護受到電腐蝕的光纜部分^[5-6]。另外，應當將防振鞭移動至遠離預絞絲的位置，防止電腐損傷蝕進一步惡化。

3.6國外的研究

Dr.Cristian Militaru使用一種新的測試方法證實：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ADSS光纜，最后經過地線流到大地^[9]。K.S.Edwards等人研發(fā)了便攜式的測量光纜表面污穢電阻層電阻的儀器。通過該儀器測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套上刷絕緣漆或者纏上絕緣膠帶也能短時間內預防電腐蝕的發(fā)生^[3-4]。另外，金具的形狀、大小都影響著電場的變化，合適的金具形狀能減少干帶電弧的產生。在光纜的接地夾具周圍裝置一些針形放電間隙，也能保護光纜表層避免干帶放電。此外，應當規(guī)范施工，減少施工中對光纜外套的損傷。

4???? ADSS光纜電腐蝕的在線監(jiān)測

4.1使用Sagnac光纖干涉儀在線監(jiān)測

傳統(tǒng)的OTDR設備能夠檢測出光纜上斷裂的點，但不能檢測出光纜外護套破損但內部光纖未受損的故障。光纜發(fā)生電腐蝕后，光纜的外護套受到損壞，會影響到光纜受損位置內部光纖的折射率、散射效應等參數。Sagnac光纖干涉儀的結構見圖2。干涉儀中耦合器的兩端連接到ADSS光纜中的兩根光纖，并且兩根光纖在遠端環(huán)接。耦合器將激光器發(fā)出的光分成兩束，按順時針和逆時針傳播通過系統(tǒng)，并最終在耦合器處再次會聚形成干涉。由于電腐蝕而造成兩束光的相位、功率發(fā)生變化，通過數學推導可以計算出光纜發(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

ADSS光纜產生電腐蝕的原理表明，在電腐蝕的初始階段，光纜的外護套上會產生接地漏電流。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據實時傳送回數據監(jiān)測中心，該系統(tǒng)可采集到大量實際運行的有效數據^[13]。通過對這些數據的實時分析，可以建立ADSS光纜電腐蝕的在線監(jiān)測系統(tǒng)。

5???? 結束語

ADSS光纜已廣泛應用于電力通信光傳輸網中，但電腐蝕問題影響到了ADSS光纜的穩(wěn)定性和可靠性。因此，國內外很多研究機構都對ADSS光纜電腐蝕問題做了研究。分析電腐蝕產生的原理機制，能夠為多角度解決光纜電腐蝕問題提供思路。而研究在線監(jiān)測光纜電腐蝕的技術，構建ADSS光纜電腐蝕在線監(jiān)測系統(tǒng)，也能進一步提高電力通信網的穩(wěn)定性。

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