ADSS光纜電腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)與改進(jìn)對策

曹熙

摘 要：全介質(zhì)自乘式（ADSS）光纜使用特殊性質(zhì)絕緣材料，并且逐漸成為主要光纜類型。在ADSS應(yīng)用過程中會出現(xiàn)電腐蝕的情況，以對電腐蝕問題進(jìn)行預(yù)防和解決，針對導(dǎo)致電腐蝕的因素進(jìn)行分析，研究了ADSS光纜電腐蝕的問題，通過模擬正常到極端高電壓環(huán)境進(jìn)行現(xiàn)場運(yùn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了與電暈放電和干帶電弧放電不同的電腐蝕原因，并提出了相應(yīng)的對策，通過試驗(yàn)驗(yàn)證了防范措施的有效性，可使ADSS光纜斷纜故障頻率得到降低。

關(guān)鍵詞：電力通信；ADSS光纜；電腐蝕;模擬實(shí)驗(yàn);對策

中圖分類號：TQ325;TN913.33

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1001-5922（2024）03-0189-04

Simulation experiments and improvement countermeasures of electrical corrosion of ADSS optical cables

CAO Xi

（Southern Power Grid Big Data Service Co.，Ltd.，Guangzhou 510655，China）

Abstract：All-medium self-multiplication （ADSS）optical cable uses special insulation materials and gradually becomes the main type of optical fiber.In the process of ADSS application，electrical corrosion may occur.To prevent and solve the problem of electrical corrosion，the factors that cause electrical corrosion were analyzed，and the problem of electrical corrosion in ADSS optical cables was studied.Through simulating normal to extreme high voltage environments for on-site operation tests，different causes of electrical corrosion from corona discharge and dry strip arc discharge were discovered，and corresponding countermeasures were proposed.The effectiveness of preventive measures has been verified through experiments，which can reduce the frequency of ADSS cable breakage faults.

Key words：power communication; ADSS optical cable;electrical corrosion;simulation experiment;countermeasure

電力通信網(wǎng)為通信網(wǎng)絡(luò)中的專用網(wǎng)，能夠促進(jìn)電力系統(tǒng)生產(chǎn)和調(diào)度，還能夠傳輸辦公自動化信號、繼電保護(hù)信號，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)自動化、信息化，電力通信對通信質(zhì)量、中繼距離長度、可靠性的要求比較高。ADSS一般在電壓等級為220 kV的線路中使用，包括電力電纜溝道、架空輸變電線路中，能夠節(jié)約大量建設(shè)成本。另外，還能夠在不停電情況下作業(yè)，避免雷擊損壞。所以，被廣泛應(yīng)用在電力通信網(wǎng)中［1］。

1 試驗(yàn)方法

1.1 高壓電模擬實(shí)驗(yàn)

為了更全面地模擬ADSS光纜的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，特別設(shè)計(jì)了工頻交流耐壓試驗(yàn)裝置。該裝置在銅芯鋁導(dǎo)線上施加50 Hz的交流電壓，試驗(yàn)電壓范圍設(shè)定為0～70 kV，以覆蓋各種極端電場環(huán)境。ADSS光纜安裝在導(dǎo)線距離地面50 cm的位置，并通過鋁制預(yù)絞絲實(shí)現(xiàn)ADSS光纜的接地［2-3］。關(guān)于高壓模擬實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，見圖1。

在試驗(yàn)中，通過紅外成像儀觀察了兩種不同纖芯數(shù)的AT型外護(hù)套半干式結(jié)構(gòu)的層絞式ADSS光纜的放電和發(fā)熱情況。隨著加壓時間的延長，發(fā)現(xiàn)發(fā)熱點(diǎn)的位置保持穩(wěn)定，但溫度卻有所提高。變換ADSS光纜的局部發(fā)熱點(diǎn)和預(yù)絞絲位置時，并未改變局部發(fā)熱點(diǎn)的位置。同時，增加預(yù)絞絲端頭和發(fā)熱點(diǎn)之間的距離也未導(dǎo)致局部發(fā)熱點(diǎn)溫度的降低。通過紫外成像儀觀察光纜外護(hù)套表面的末端和局部發(fā)熱點(diǎn)，未發(fā)現(xiàn)干帶電弧等異常情況。這表明，在試驗(yàn)條件下，ADSS光纜的局部發(fā)熱點(diǎn)位置相對穩(wěn)定，且預(yù)絞絲的變化對其溫度沒有明顯影響。所以，此局部發(fā)熱情況并不是以上情況導(dǎo)致的［4］。ADSS光纜空間電位標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

經(jīng)加壓試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在強(qiáng)電場下，光纜的內(nèi)外護(hù)套未因局部發(fā)熱或放電而改變材質(zhì)。阻水紗未持續(xù)放電，相關(guān)放電成像見圖2。在纜芯中，未發(fā)現(xiàn)扎紗放電的情況。去掉阻水紗后，松套管和中心加強(qiáng)件同樣未出現(xiàn)發(fā)熱和放電。這表明設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)在一定程度上能抵御強(qiáng)電場，保持穩(wěn)定性和可靠性。

1.2 阻水紗材質(zhì)

若發(fā)現(xiàn)ADSS光纜阻水紗出現(xiàn)放電情況，需分析原因，并利用掃描電鏡觀察其微觀結(jié)構(gòu)。這種分析有助于發(fā)現(xiàn)潛在的材料缺陷或制造過程中的問題，從而改進(jìn)光纜的設(shè)計(jì)和制造工藝，提高其抗放電性能和可靠性。阻水紗中纖維排列的方向不同，纖維之間空隙比較大，致密性低，并且表面存在細(xì)微雜質(zhì)［5］。

1.3 ADSS光纜局部放電機(jī)理

根據(jù)ADSS光纜軸向分布，預(yù)絞絲附件電場作用涵蓋了阻水紗、各種大小的空氣間隙、吸水填料、纖維以及臨近的松套管。阻水紗的纖維表面填料和空隙形成了復(fù)合介質(zhì)，在交流電場中承受的電場強(qiáng)度和介電常數(shù)與各層介質(zhì)成反比關(guān)系。金屬氧化物雜質(zhì)表面的相對介電常數(shù)超過空氣的相對介電常數(shù)，可能引發(fā)局部放電。放電過程中，光子的撞擊會導(dǎo)致ADSS光纜材料老化、燒蝕凹坑，最終可能導(dǎo)致斷纜故障。

ADSS光纜的電腐蝕主要起因于干帶電弧放電，即光纜外護(hù)套表面放電導(dǎo)致發(fā)熱。阻水紗內(nèi)含不均勻分布的金屬氧化物雜質(zhì)，在受到交流電場影響時會發(fā)生放電，導(dǎo)致光纜內(nèi)部材質(zhì)發(fā)生放電發(fā)熱。這種放電可能加速光纜材料的老化和燒蝕，最終造成光纜故障和損壞。假如現(xiàn)有對半干式結(jié)構(gòu)ADSS光纜內(nèi)部阻水紗的材質(zhì)沒有明確規(guī)定，在使用過程中會導(dǎo)致放電，以此導(dǎo)致斷纜故障和光纜劣化［6］。

2 試驗(yàn)結(jié)果與改進(jìn)

2.1 光纜護(hù)套材料改進(jìn)

護(hù)套材料創(chuàng)新為ADSS光纜電腐蝕的防護(hù)重點(diǎn)，一般空間感應(yīng)電勢U≤12 kV，使用普通PE材料。假如12 kV≤U≤25 kV，可以利用抗電蝕材料。通過護(hù)套材料高分子鏈交聯(lián)產(chǎn)生交聯(lián)聚合物，在添加特殊材料成分后使光纜抗電蝕性得到提高。即便是在污染嚴(yán)重的區(qū)域中，抗電蝕ADSS光纜也能夠成功運(yùn)行［7］。表2為護(hù)套的等級。

2.2 使用防暈環(huán)

在改進(jìn)光纜外護(hù)套外皮材料時，使光纜抵抗電腐蝕能力得到增強(qiáng)。光纜金具末端在高壓環(huán)境中，強(qiáng)電場還會導(dǎo)致電暈放電。國外在220 kV以上電力線路ADSS中，在金具末端安裝防暈環(huán)，使電場密度得到降低，并且降低金具末端放電。國內(nèi)ADSS大部分使用在220 kV以下，在220 kV桿塔中尋找感應(yīng)電勢低的掛點(diǎn)，避免出現(xiàn)電暈。就鐵塔來說，通過理論計(jì)算，塔中央部分為最佳的掛點(diǎn)，根據(jù)施工難易度、材料成本進(jìn)行考慮，實(shí)際掛點(diǎn)大部分為塔側(cè)。在部分塔型中，假如存在多回相線相序運(yùn)行，塔側(cè)感應(yīng)電勢與安全范圍邊界值，電暈損傷比較輕微，雖然短時間看不出問題，但是長時間就會影響壽命；設(shè)置防暈環(huán)能夠降低電暈放電過程中光纜皮層的損傷，表3為防暈環(huán)的規(guī)格。

2.3 金具掛點(diǎn)位置改進(jìn)

掛點(diǎn)金具位置降低，使光纜對地和障礙物距離的要求得到滿足，掛點(diǎn)金具和防震金具的距離增加，從而使兩者空間電位電勢梯度降低，控制接地漏電在0.3 mA以下，不構(gòu)成連續(xù)電弧，使光纜護(hù)套電腐蝕得到降低［8］。

3 討論與對策

3.1 使用耐電腐蝕的光纜

為了有效防止電腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，光纜制造廠積極采用了一種名為抗電痕AT的外套材料。這種創(chuàng)新的應(yīng)用不僅體現(xiàn)了對光纜性能優(yōu)化的深入探索，也反映了制造廠對產(chǎn)品質(zhì)量和客戶安全的高度重視?？闺姾跘T外套材料的核心在于其半導(dǎo)電特性，這一特性是通過采用耐電痕PE外護(hù)套材料并添加特定的無機(jī)填料和炭黑來實(shí)現(xiàn)的。這些無機(jī)填料和炭黑的加入，使得光纜外護(hù)套層具備了優(yōu)異的抗電痕能力，從而在惡劣的電氣環(huán)境下也能保持穩(wěn)定的性能。在耐電痕PE外護(hù)套材料的配方中，一個值得關(guān)注的細(xì)節(jié)是添加了50%的無機(jī)化合物填料。這一舉措顯著提升了光纜的耐電痕性能，但同時也可能對光纜的其他綜合性能產(chǎn)生一定影響。因此，在選擇這種光纜時，用戶需要結(jié)合自身實(shí)際需求和運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)行全面的考量。

結(jié)合上述分析，建議用戶在選擇耐電痕ADSS光纜和金具時，應(yīng)充分考慮其運(yùn)行環(huán)境、安全需求以及成本預(yù)算等因素。只有綜合考慮這些因素，才能確保選購到既符合自身需求，又能有效防止電腐蝕的優(yōu)質(zhì)光纜產(chǎn)品。此外，為了更直觀地了解材料的結(jié)構(gòu)和性能，圖3作為參考。

圖3展示了材料的微觀結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵組成部分，從圖3中可理解抗電痕AT外套材料的優(yōu)異性能和工作原理。

3.2 避免磨損光纜表層

保持ADSS光纜外護(hù)套表面光滑可減少污物附著，有效預(yù)防電腐蝕。然而，一旦外護(hù)套受損，如破裂、劃傷或磨損，可能導(dǎo)致表面積水，降低表面電阻，增加感應(yīng)電流，從而引發(fā)電腐蝕，縮短光纜壽命。因此，定期檢查和維護(hù)外護(hù)套的完整性至關(guān)重要，以確保長期穩(wěn)定運(yùn)行和可靠性。在ADSS光纜施工過程中，使光纜無法與桿塔、地面、樹枝、房屋等物體產(chǎn)生摩擦和碰撞，并且不會由于金屬工具使光纜劃傷，保證布放光纜表面光滑，使光纜抗電痕性能得到提高［9］。

3.3 加大防震鞭和預(yù)絞線的距離

在電力線路中布置ADSS光纜時，尤其在檔距較大、風(fēng)速為3～9 m/s的情況下，光纜可能會受到振動的影響。為了防止光纜振動失控，常規(guī)做法是在光纜兩端安裝防震鞭。通常情況下，每100～250 m設(shè)置一對防震鞭，而在250～500 m的距離上則設(shè)置2對。為了降低光纜振動，近年來，膠絲和防震鞭之間的距離逐漸增加至1 m，以減少電暈放電風(fēng)險(xiǎn)。由于推離防震鞭的金具較為復(fù)雜，通常需要專用工具進(jìn)行操作，先將其頂住近端，然后沿著防震鞭的旋轉(zhuǎn)方向逆向推動，以增加間距。圖4描述了防震鞭的安裝過程。

在金具的周圍精心涂覆一層非線性有機(jī)硅絕緣漆，這不僅僅是一個簡單的涂抹過程，而是為了確保光纜系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行所采取的重要措施。這層絕緣漆的作用遠(yuǎn)不止于簡單的裝飾或覆蓋，它實(shí)際上形成了一道堅(jiān)固的保護(hù)膜，有效地阻擋了水分和污垢的侵入。在復(fù)雜多變的環(huán)境條件下，金具接頭往往容易受到外部因素的影響，如潮濕、塵埃等，這些都可能引發(fā)電氣故障，影響整個光纜系統(tǒng)的正常運(yùn)行。而有了這層非線性有機(jī)硅絕緣漆的保護(hù)，金具接頭就能夠在很大程度上抵御這些外部威脅，確保其持續(xù)穩(wěn)定地工作。這種技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了光纜系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，大大延長了其使用壽命。在減少了環(huán)境因素引起的潛在電氣故障后，整個系統(tǒng)的運(yùn)行將更加順暢，維護(hù)成本也會相應(yīng)降低。這意味著，除了技術(shù)上的升級和改造，還可以通過這些日常維護(hù)的小技巧來延長光纜系統(tǒng)的使用壽命，提高運(yùn)行效率，進(jìn)一步減少維護(hù)成本。總的來說，涂覆非線性有機(jī)硅絕緣漆是一項(xiàng)既實(shí)用又經(jīng)濟(jì)的維護(hù)措施，它為光系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障，同時也為運(yùn)營商和用戶帶來了更多的便利和經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 提高施工質(zhì)量

通過專用ADSS牽張?jiān)O(shè)備敷設(shè)光纜，可避免光纜在施工過程中受到不均勻力的影響，保護(hù)光纜光滑表層，減少積污附著，進(jìn)而降低光纜電腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。這種牽張?jiān)O(shè)備考慮了光纜的結(jié)構(gòu)和施工環(huán)境，確保光纜在安裝過程中保持良好狀態(tài)，減少外界環(huán)境對光纜的不利影響。此外，使用牽張?jiān)O(shè)備提高了施工效率和安全性，減少了施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)和損壞可能性，為光纜的長期可靠運(yùn)行提供了保障。

3.5 選擇電纜

相關(guān)研究指出，光纜電腐蝕主要受感應(yīng)電壓和干帶漏電電流的影響。在工程設(shè)計(jì)階段，根據(jù)光纜廠家和相關(guān)部門提供的不同回路、塔型及運(yùn)行方式下的桿塔點(diǎn)位圖，可以將感應(yīng)電壓低于12 kV的點(diǎn)設(shè)置為掛點(diǎn)，以減少電弧發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。這種設(shè)計(jì)策略有助于降低光纜電腐蝕的可能性，提升光纜系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

在電纜選擇過程中，需重點(diǎn)考慮每段線路光纜的最高感應(yīng)參考電壓。當(dāng)感應(yīng)電壓低于12 kV時，選擇普通護(hù)套光纜通常足夠。而當(dāng)感應(yīng)電壓為12～25 kV時，則需要選擇經(jīng)過交聯(lián)處理的特殊護(hù)套光纜，以提高其耐電腐蝕性能。對于在高感應(yīng)帶區(qū)域架設(shè)的光纜，可通過器件設(shè)置來降低漏電電流，從而減少電腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。同時，金屬外層和絕緣內(nèi)層的屏蔽筒必須確保金屬外層有效接地，以確保屏蔽筒光纜的電壓為0。此外，結(jié)合光纜絕緣體的良好密封性，有效防止水流進(jìn)入屏蔽光纜部分。對機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行保證，避免屏蔽筒在風(fēng)擺的過程中不會和光纜接觸［10］。

4 結(jié)語

通過實(shí)踐表明，使ADSS光纜外護(hù)套耐電腐蝕能力得到加強(qiáng)，避免在運(yùn)行過程中的光纜外護(hù)套受到電腐蝕，保證ADSS光纜能夠可靠、安全的運(yùn)行。除了使用耐電腐蝕性能良好的護(hù)套材料，還能夠?qū)﹄妶鰪?qiáng)度計(jì)算，從而選擇光纜掛點(diǎn)，以氣象條件對弧垂進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證光纜在低場強(qiáng)空間中運(yùn)行。所以，在保證ADSS光纜質(zhì)量、施工與維護(hù)運(yùn)行時，在電力線路中ADSS光纜能夠控制電腐蝕。在220 kV電纜線路中，可以對ADSS光纜進(jìn)行改造。

【參考文獻(xiàn)】

［1］ 楊紹哲，紀(jì)萍，劉喜軍，等.全介質(zhì)自承式光纜電腐蝕預(yù)防機(jī)制有限元分析［J］.上海電氣技術(shù)，2023，16（1）：37-43.

［2］ 李正權(quán)，張祿，高子涵，等.220 kV輸電線周圍電場對ADSS光纜掛點(diǎn)位置的影響［J］.電工電能新技術(shù)，2021，40（12）：30-39.

［3］ 羅丹，胡金生，黃震宇，等.砂土中直埋穿管光纜爆炸破壞效應(yīng)研究［J］.北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2022，42（4）：366-373.

［4］ 馬嘯.通信工程光纜線路的施工技術(shù)分析［J］.中國新通信，2021，23（11）：24-25.

［5］ 林玉龍.光纖通信工程光纜線路施工技術(shù)的質(zhì)量提升［J］.中國新通信，2022，24（22）：10-12.

［6］ 紀(jì)雄.光纖通信工程施工中光纜線路的敷設(shè)技術(shù)及應(yīng)用探討［J］.數(shù)字化用戶，2022，28（39）：10-12.

［7］ 張志欣.光纖通信工程光纜線路施工技術(shù)的質(zhì)量提升［J］.數(shù)字化用戶，2023，29（10）：13-15.

［8］ 范秀國.通信管道光纜線路施工和質(zhì)量檢查的關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.通訊世界，2022，29（9）：129-131.

［9］ 張?jiān)品澹盒?，諸駿豪，等.基于電力通信動靜態(tài)資源的光纜數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.粘接，2022，49（2）：92-96.

［10］ 謝曉華，藍(lán)波，張均偉，等.耦合光纖和GIS技術(shù)的地下通信光纜智能系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.粘接，2023，50（2）：184-187.

收稿日期：2023-10-12；修回日期：2024-02-13

作者簡介：曹 熙（1982-），男，碩士，研究方向：能源數(shù)據(jù)分析應(yīng)用;E-mail：3257787587@qq.com。

引文格式：曹 熙.ADSS光纜電腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)與改進(jìn)對策［J］.粘接，2024，51（3）：189-192.