站內(nèi)OPGW光纜電弧燒傷現(xiàn)象的研究

蔣振宇

（南方電網(wǎng)廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司茂名供電局，廣東 茂名 525000）

0 引言

OPGW光纜把光纖復(fù)合進(jìn)架空高壓輸電線路的避雷地線上，為電網(wǎng)企業(yè)的線路保護(hù)、調(diào)度自動(dòng)化、調(diào)度電話、計(jì)量信息采集、辦公信息系統(tǒng)等業(yè)務(wù)提供可靠的通信通道，以其高可靠性，優(yōu)越的電氣性能和抗臺(tái)風(fēng)能力，在廣東電網(wǎng)得到廣泛的應(yīng)用[1-2]。然而，2010年以來(lái)，在某些地市局陸續(xù)發(fā)生多起OPGW光纜進(jìn)站接地線在站內(nèi)構(gòu)架接地點(diǎn)出現(xiàn)電弧燒傷現(xiàn)象，造成光纜斷股，甚至造成變電站草坪著火，使得光纜所承載的業(yè)通信務(wù)中斷，所幸的是還沒(méi)有引發(fā)較大的人身傷亡事故。這個(gè)問(wèn)題越來(lái)越突出，因此，本文對(duì)站內(nèi)OPGW光纜電弧燒傷現(xiàn)象進(jìn)行研究分析。

1 站內(nèi)OPGW光纜電弧燒傷的主要原因分析

對(duì)于站內(nèi)OPGW光纜出現(xiàn)電弧燒傷事件，深究其原因，有以下兩方面。

一方面，OPGW光纜本體被雷電電弧燒傷。雷擊時(shí)，分為主放電階段和余光階段。主放電階段，雷擊電流非常集中，可達(dá)到此就出現(xiàn)幾十到幾百千安的高強(qiáng)電流。其集中點(diǎn)處的溫度可達(dá)到600 ℃，接近OPGW光纜外層鋁合金絲的熔點(diǎn)，則發(fā)生光纜斷股事件。余光階段的電流只有數(shù)十安，對(duì)光纜幾乎沒(méi)有影響。因此，我們需要提高OPGW光纜耐大電流能力。

另外一方面，OPGW與構(gòu)架接地點(diǎn)處被大電流電弧燒傷。運(yùn)行中的OPGW存在著較強(qiáng)的感應(yīng)電流、雷擊電流或者故障電流，OPGW光纜與構(gòu)架頂端的第一點(diǎn)接地處無(wú)效，OPGW光纜接頭盒的第二點(diǎn)接地處接地電阻過(guò)大，或者OPGW光纜與接地線地連接處的導(dǎo)電性能不滿足要求。在第二點(diǎn)接地處，大電流不能快速地釋放進(jìn)大地，產(chǎn)生電弧發(fā)熱，發(fā)熱溫度甚至達(dá)到600℃，在這樣的高溫下，如果與OPGW光纜接地線外層鋁合金絲的實(shí)際熔點(diǎn)比較接近，那么就出現(xiàn)放電燒傷的情況。根據(jù)焦耳定律：Q=I2Rt。其中Q指熱量，I指電流，R指電阻，t指時(shí)間。根據(jù)比熱容公式：Q=cm△t。C為鋁合金的比熱容，m為鋁合金的質(zhì)量，△t為溫度差。結(jié)合這兩個(gè)公式我們得知：假設(shè)鋁合金比熱容為0.88×103J/（kg·℃），使得OPGW熔斷的溫度差△t為600℃，電流I為20000A，時(shí)間t為1/1000秒，接地點(diǎn)并溝線夾接觸處的鋁合金質(zhì)量為50×10-3Kg，最終計(jì)算出R為66mΩ。根據(jù)南網(wǎng)相關(guān)接地電阻規(guī)范，OPGW光纜接地電阻不能高于50mΩ，這與我們的計(jì)算結(jié)果是吻合的。我們換一個(gè)角度思考問(wèn)題，把公式轉(zhuǎn)換一下得出雷擊的電流I、時(shí)間t和接地點(diǎn)并溝線夾接觸處的鋁合金質(zhì)量不變，鋁合金的比熱容是恒定的，接地電阻R越大，產(chǎn)生的電弧溫度就越高。因此，我們應(yīng)該保證OPGW接地電阻在合適的范圍之內(nèi)，這需要考慮接地線、引下線夾和接地工藝等多方面的情況。另外，值得注意的是，第二點(diǎn)接地處與變電站草坪距離太近也是引起草坪燒傷的重要原因之一

2 提高OPGW光纜防電弧燒傷的有效措施

針對(duì)以上的因素分析，可以采取以下的措施避免OPGW光纜發(fā)生電弧燒傷現(xiàn)象。

（1）OPGW光纜有中心管結(jié)構(gòu)、全鋁包鋼和鋁包鋼/鋁合金層絞結(jié)構(gòu)，較為常見(jiàn)的是鋁包鋼/鋁合金層絞結(jié)構(gòu)，如圖1所示。因?qū)w集膚效應(yīng)，導(dǎo)體電流的流動(dòng)基本在導(dǎo)體表面，就OPGW 光纜來(lái)說(shuō)，其受到的感應(yīng)電流，或者是出現(xiàn)電流短路時(shí)，電流流動(dòng)也是集中在光纜表面，及光纜的外層，而光纜外層導(dǎo)體承擔(dān)著比較多的電流。OPGW光纜的線徑越大，其所能承受的雷擊電流和故障電流的強(qiáng)度越大?？紤]到其光纜機(jī)械性能和防雷擊性能，還有區(qū)域內(nèi)的年雷暴日水平，可以選擇使用直徑大于2.7mm 的光纖外層線徑；一些重雷區(qū)域，可以選擇使用直徑大于3mm 的光纖外層線徑。若是不銹鋼的OPGW 光纜，其中心束管式外徑要大于12mm。就層絞不銹鋼式OPGW纜來(lái)說(shuō)，其外徑應(yīng)當(dāng)大于14mm。就外層絞線來(lái)說(shuō)，其是鋁合金材料OPGW 光纜，增強(qiáng)單絲直徑到3.65mm。盡管如此可能還是無(wú)法有效避免斷股的出現(xiàn)。鋁合金的熔點(diǎn)為600ga，鋼的熔點(diǎn)為1500℃，因此，把外層的鋁合金線換成鋁包鋼線，能提高光纜的熔點(diǎn)，使得鋁融化時(shí)需要更多的能量，其所能承受的電流也就更大，進(jìn)而保護(hù)內(nèi)部的光纖，提高OPGW的安全穩(wěn)定性[3]。

圖1 OPGW光纜鋁包鋼/鋁合金層絞結(jié)構(gòu)

（2）OPGW光纜與鐵塔存在非安裝性接觸或者距離過(guò)近，容易引起雷擊電弧的產(chǎn)生，我們使用引下線夾固定OPGW光纜，如果引下線夾老化脫落。會(huì)使得光纜失去了固定，在空中隨風(fēng)搖擺，可能與周?chē)鷰щ婇g隔的安全距離不足，引發(fā)安全問(wèn)題。為此，我們用“扁鋼抱箍+絕緣子卡具”方式代替原來(lái)的“鋼帶抱箍+引下線夾”的方式。扁鋼抱箍使用的鋼材更多，減少其老化和熱脹冷縮的影響，提高了使用生命周期；絕緣子卡具比引下線夾增加了絕緣材料，消除了光纜與構(gòu)架的非安裝性接觸引發(fā)的放電現(xiàn)象，更安全可靠。為此，我們每隔1.5米增加一個(gè)絕緣子卡具，使得OPGW光纜與構(gòu)架保持至少3厘米的安全距離。

（3）保證OPGW光纜與變電站構(gòu)架頂端的接地網(wǎng)的接地性能良好，也就是第一點(diǎn)接地合格。OPGW光纜與接地線的表面平整光滑，而且兩者的截面積一致，采用并溝線夾將兩者可靠連接起來(lái)，牢固連接后具有良好的導(dǎo)電性能，用電阻導(dǎo)通儀測(cè)試第一點(diǎn)接地電阻不能超過(guò)50mΩ。（電阻導(dǎo)通儀一端接第一點(diǎn)接地上部，另外一端周?chē)我庖淮卧O(shè)備接地處）

（4）保證OPGW光纜接頭盒處附近接地可靠，即第二點(diǎn)接地合格，并需提高第二點(diǎn)接地處離地面的高度。接地的方法與第一點(diǎn)接地的方法類(lèi)似，保證接地處具有良好的導(dǎo)電性能。同時(shí)將第二點(diǎn)接地點(diǎn)升高至1.5米，防止極端情況接地處電弧燒傷造成變電站草坪著火。使用電阻導(dǎo)通儀測(cè)試第二點(diǎn)接地處電阻不能超過(guò)50mΩ。如圖2所示。

圖2 提高第二點(diǎn)接地點(diǎn)高度及接地電阻測(cè)試數(shù)據(jù)

3 OPGW光纜工程建設(shè)方面應(yīng)該注意的問(wèn)題

在變電站基建項(xiàng)目中，OPGW光纜的抗風(fēng)能力和纖芯衰耗水平為大家所關(guān)注，而其防電弧燒傷的風(fēng)險(xiǎn)往往為大家所忽視，在相關(guān)電網(wǎng)OPGW光纜技術(shù)規(guī)范也沒(méi)有明確的規(guī)定。因此，我們需在變電站工程建設(shè)的初設(shè)階段提出相關(guān)技術(shù)要求，明確光纜本體的類(lèi)型和線徑和抗電流能力，同時(shí)細(xì)化OPGW光纜與構(gòu)架第一點(diǎn)接地、第二點(diǎn)接點(diǎn)和引下線等工藝要求。在驗(yàn)收階段，利用接地導(dǎo)通測(cè)試儀測(cè)試接地電阻大小，確保接地質(zhì)量滿足要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

OPGW光纜為電網(wǎng)企業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的支撐，其安全穩(wěn)定性直接關(guān)系到調(diào)度自動(dòng)化和保護(hù)跳閘等業(yè)務(wù)。本文對(duì)站內(nèi)OPGW光纜電弧燒傷現(xiàn)象進(jìn)行了深入的探究，有一定的借鑒價(jià)值，可因地制宜地在南方電網(wǎng)網(wǎng)和國(guó)家電網(wǎng)的變電站基建工程建設(shè)中推廣。