OPGW技术六篇

OPGW技术 篇1

关键词：OPGW,断股断纤,故障修复,预绞式修补条,运行维护

0 引言

随着国内以特高压为核心的电力通信骨干网的基本建成, 光纤复合架空地线 (Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire, OPGW) 在国内电力系统的应用越来越广泛, 这为我国电力系统的安全运行带来了巨大的影响, 更为建立高速、大容量电力光纤通信网提供了最佳的传输媒介。这些OPGW经受了不同气象条件的考验, 但也先后发生过多起运行故障, 如电网冰灾、雷击断股、外力损伤等, 给人们的生产、生活带来了很大的影响。

OPGW内含传输信号的通信光纤不同于普通地线, 其发生运行故障后的处理方法也有所不同。通过对历年来OPGW不同运行故障的分析, 总结得出以通信光纤作为临界点可将OPGW的运行故障大致分为2类:①外层单线断股或散股, 未影响光纤通信;②外层单线断股或散股, 光单元受损伤, 断纤或光纤衰减增大, 影响光纤通信。这2种分类虽不是很全面, 但却具有一定的代表性。

1 OPGW运行故障原因分析

首先, OPGW作为地线, 运行中最常见的故障是外层单线断股或散股, 其原因有多种[1]。

1) 原材料或制造质量方面的原因, 如原材料存在杂质或拉伸性能不佳、制造时外层单丝存在接头、绞线时单丝张力不均匀等。

2) 高雷暴区的OPGW遭遇雷击断股。

3) 重覆冰地区不均匀覆冰引起的过荷载, 或不同期脱冰引起跳跃或舞动, 产生较大的冲击力及不平衡张力, 导致外层单线断股。

4) 某些不可预知的外力, 如采石场放炮、猎人枪击、强台风等外来因素导致的断股。

其次, OPGW作为电力特种光缆, 还具有通信功能, 运行中导致光纤衰减增大或断纤的原因如下。

1) 原材料或制造质量方面的原因, 如光纤的固有损耗, 光纤内含有杂质, 光纤材料的折射率不均匀等造成的损耗。

2) 结构设计不合理, 如早期从国外进口的铝骨架、铝管结构的OPGW, 因长期运行中PBT管有水汽进入, 导致光纤衰减增大。

3) 张力过载, 超过OPGW的极限运行张力, 导致光纤受力, 甚至断纤, 或受某些不可预知的外力损伤, 影响到OPGW的光单元。

4) 光缆接续盒进水结冰, 引起光缆衰耗急剧增加, 造成传输中断;当气温在0℃上下波动时, 晚上结冰, 白天融化, 可能造成光缆传输时断时续[2]。

2 不同OPGW运行故障情况下修复技术的探讨

2.1 外层单线断股或散股, 未影响光纤通信的修复技术

2.1.1 OPGW断股修复的条件

《架空输电线路运行规程》中规定, 对OPGW:①断损截面积不超过总面积7% (光纤单元未损伤) , 采用金属单丝、预绞式补修条 (也称修补条) 修补;②断股损伤截面占面积的7%~17%, 光纤单元未损伤, 采用预绞式护线条 (也称修补条) 修补[3]。

这种光纤单元未损伤, 采用修补条修补OPGW的技术已在国内多条输电线路上得到应用, 如浙江、江苏、甘肃、新疆等地电网线路。OPGW运行于野外电力线路, 经受自然界各种气象条件考验, 采用预绞式修补条/护线条修复故障OPGW, 虽然短期内OPGW能够继续使用, 但为避免故障的进一步扩大或产生严重后果, 建议应选择合适的时机对故障OPGW进行更换, 以永久修复。

2.1.2 OPGW预绞丝修补条的使用

对于OPGW外层断股, 在未影响正常光纤通信的情况下, 采用预绞丝修补条对断股处进行修补, 这是目前行业内修复OPGW断股事故的一个非常简便、快速的公认方法。

预绞丝修补条是随着OPGW的预成型金具的成熟应用而诞生的一种接续工具。采用预绞丝修补条, 相当于在OPGW的外层再绞合了一层线, 对其四周施加了均匀的环箍压力, 而不至于对内部光纤和钢管产生局部应力, 因此非常适合OPGW断股强度修复[4]。

2.1.3 采用预绞丝修补条对OPGW雷击断股进行修复案例 (未损伤光纤)

OPGW发生雷击断股后, 一般通信信号都保持畅通, 但是断股后散开的单线下垂后, 容易引起线路跳闸等事故的发生, 必须及时进行修补[5]。某工程OPGW遭受雷击后断股如图1所示, OPGW断股后采用修补条进行修补如图2所示。

经过修补后的OPGW能够满足今后一段时间的使用, 为安全起见, 建议在适当的时候再将受损点相邻耐张塔之间的OPGW进行换线。

2.2 外层单线断股或散股, 光纤单元受到损伤, 影响光纤通信的修复技术

2.2.1 线路某档距中间OPGW断股, 导致断纤

OPGW内部含有通信光纤, 断股导致断纤后不能像普通地线那样采用接续管进行压接。而往往发生故障的线路又是重要的电力供应线路, 无法长期停电, 在此紧急情况下, 可采用一种新型的临时快速修复技术对线路进行抢修 (见图3) 。这种新型抢修技术可以临时抢通光纤通信, 但这种方法的可靠性较差, 不适宜作永久性修复。

另一种修复技术是采用光缆悬垂耐张金具串在普通直线杆塔上实现光缆接续 (见图4) , 使得在确定光缆具体损坏的部位后, 仅需更换受损光缆到最近的耐张塔光缆接头盒处的几档光缆, 或甚至仅仅更换损坏光缆的那一档光缆, 同时增加2个中间接头盒, 则可不必将整个耐张段的OPGW换掉, 这大大提高了光缆线路抢修的工作效率[6]。这种故障修复技术用时比更换整个耐张段OPGW要短, 也能起到永久性修复的作用, 但前提是工程必须配备一定量的适合本工程应用的悬垂耐张金具串及中间接头盒, 这可在工程建设招标中进行招标, 也可在应急物资招标中进行招标。

相比而言, 最保险的故障修复方法还是更换故障点所在的整个耐张段的OPGW, 这种方法可以对线路进行永久性修复, 但此方法受各种因素的影响以致周期较长, 需要设计人员先找到工程原始设计资料, 核对所需OPGW及金具附件数量, 再交物资采购部门向厂家采购, 加之厂家的备料、生产、检测、运输等, 货物到达施工现场需要较长时间, 此时, 可先采用图3所示的快速修复技术对线路进行临时性快速修复, 确保通信不中断, 这样临时快速修复与永久性修复同时展开, 待永久性修复所需物资到达现场后, 再选择合适的停电时间, 对线路进行永久性修复。

2.2.2施工不当, 运行一段时间之后的OPGW断股断纤故障

1) OPGW在运行中与铁塔碰撞摩擦引起断纤。如某工程发现OPGW断纤点处于直通型耐张跳线弧垂内, 检查后发现OPGW在直通型耐张塔跳线弧垂处没有安装引下线夹, 光缆在风力作用下长时间与铁塔碰撞摩擦, 将外层铝合金单丝磨断散股 (见图5a) , 然后再将不锈钢管光纤单元磨破而引起光纤断纤 (见图5b) [5]。

这起案例很明显是由于施工时没有按照DL/T5344-2006《电力光纤通信工程验收规范》[7]要求进行施工。跳线弧垂如果与金具及塔材相接触, 应使用引下线夹进行固定。当OPGW外层单线被磨断, 且没有损伤内部钢管时, 应立即采用小型预绞丝修补条进行修复, 并及时加装引下线夹进行固定。若光纤被磨断应采取换缆等措施进行永久性修复。

2) OPGW在运行中因短路电流引起断纤。我国110 k V及以上变电站多次发生进站OPGW对变电站构架放电而断股甚至熔断的故障, 严重影响通信系统和电网的安全与正常运行。根据现场调研、对研究现状进行分析、仿真计算和试验研究, 可以得到以下结论[8]:①OPGW和构架处于“似接非接”状态是OPGW烧熔断股的基本条件;②正常运行条件下, 变电站OPGW引下线未良好接地是OPGW烧熔断股的必要条件;③雷电过电压或在接地故障情况下, 在变电站OPGW引下线与门架之间产生的高电压是引起烧熔断股的触发因素;④正常运行条件下, 感应电压和电流是引起烧熔断股的持续作用因素。

OPGW进站未接地的危害如图6所示。

要解决这个问题必须从源头加以杜绝, 规范施工, 在变电站门型构架处, OPGW要正确安装接地线, 并且在变电站构架引下, OPGW要用绝缘引下线夹固定好并与平台钢板保持一定的距离, 避免间隙放电而将OPGW烧断。若未按规范正确施工, 运行后该处OPGW被烧断, 只有对该段OPGW进行更换, 以永久性修复。更换光缆建议采用介质光缆复合架空地线 (Dielectric Optical cable Composite overhead Ground Wire, OD GW) 。浙江宁波220 k V芦江变修复后现场如图7所示[8]。

图7中, “1”是线路终端塔至线路出线间隔构架之间的ODGW, 两侧采用预绞丝耐张线夹固定, 在终端塔用专用接地线接地, 并与OPGW接续;“2”是构架侧附有放电间隙的绝缘子, 与另一根常规地线相同;“3”是带延长杆的构架连接金具, 用于调节安装间距;“4”是ODGW支撑绝缘子, 安装间距为1.5 m;“5”是ODGW开拨点, 为防止介质光缆的电腐蚀, 开拨高度视空间电位分布情况确定 (开拨过程不能损伤介质光缆外护套;铝合金末端制成“伞”状, 并打磨光滑, 防止尖端放电) ;“6”是介质光缆;“7”是出线构架, 支撑绝缘子底座安装固定要与之匹配。

2.2.3 OPGW运行中光纤衰减增大故障

OPGW在线运行一段时间后光纤衰减增大有以下原因:①受外力损伤, 影响到内部光纤;②厂家在生产时没有采用吸氢纤膏, 长期运行导致氢损, 影响光纤衰减;③自身结构设计原因, 结构设计不合理。

对于原因①, 可视损伤情况, 采用临时或永久性修复;对于原因②, 可通过工厂监造及抽检等, 加强管控;对于原因③, 只能通过改进OPGW的结构设计, 将不合理的结构进行更换。如江苏某线路采用早期进口国外某厂家的铝管干式OPGW, 经过长期运行后光纤内缩, 导致接头盒中光纤被拉直, 甚至拉断, 衰减增大明显;湖南某线路塔上接线盒发生断纤故障, 原因为纤芯向OPGW内收缩, 盘内纤芯凌乱、部分纤芯拉断 (其中1根纤芯在热缩管处扯断后, 缩进OPGW光缆内30 cm) [9];广东某线路采用早期进口的国外某厂家的铝骨架式OPGW, 骨架槽中的塑料管光纤单元存在缺陷, 长期运行后有水汽进入, 光纤发生氢损, 导致光纤衰减增大, OTDR测试后, 曲线事件点增多。这些都是OPGW自身结构不合理所造成的运行故障, 要解决此类故障, 唯一的办法就是在合适的时机, 对尚在运行的该类型OPGW进行更换, 建议更换为先进的不锈钢管式OPGW。

3 OPGW的日常运行维护[10]

3.1 光缆线路巡查

安装投运后的OPGW线路应定期巡视检查, 如有特殊情况时应增加巡线, 可由输电线路部门 (专业) 与电力线路巡查同时进行。线路巡查内容包括:①OPGW弧垂有无变化, 与其他电力设施间距有无变化;②OPGW表面有无异物, 有无吊挂现象;③OPGW是否有单丝断股;④金具有无变形、滑移现象, 引下线夹、紧固螺栓、销钉是否齐备;⑤余缆、余缆架、接续盒是否牢固, 是否受损、被盗等;⑥检查防振锤、防振鞭、防舞鞭等是否有滑移、脱落现象。

3.2 定期进行系统光纤测试

通信维护部门应定期采用OTDR测试线路光衰减。建议在线路竣工后的1年内平均每3个月测试1次, 以后每6个月测试1次, 特殊情况可以缩短周期。主要对中继段光纤通道进行正反向OTDR信号曲线检查, 对比竣工时的数据或曲线进行及时分析处理。

3.3 特殊区域线路运行维护

特殊区域一般指大跨越、覆冰区、舞动区、多雷区、易受外力破坏区、污秽区、大风区等, 这些地区可能对OPGW的机械、电气和传输特性有影响, 也可能会污染、腐蚀OPGW的金属绞线, 还可能破坏光缆线路和杆塔等, 应结合电力系统运行维护要求设立专责班组对光缆加强运行维护。

4 结语

随着OPGW技术的越来越成熟, 故障率正逐步减少, 为进一步减少或避免OPGW故障的发生, 建议今后应做好以下几方面工作:

1) 不断完善、改进OPGW的结构设计, 使OPGW结构合理化、规范化、适用化;

2) 尽量采用全铝包钢结构的OPGW, 增大外层单线直径, 提高OPGW的防雷性能及抗外力损伤能力;

3) 对早期进口的铝管式、铝骨架式OPGW进行统计备案, 随时观测运行情况, 选取适当时机进行更换;

4) 工程招标时, 一并备齐必要的备品备件, 包括OPGW、导引光缆、金具附件等, 包括与OPGW相配套的预绞丝修补条;

5) 按电力规程, 加强对OPGW的日常运行维护工作, 并尽量避开自然环境中不利因素的影响, 使OPGW能更好地为电力通信事业服务。

参考文献

[1]张宇东, 谢书鸿, 李海全.预绞丝修复OPGW断股方法的研究[J].电力系统通信, 2005, 26 (11) :21–24.ZHANG Yu-dong, XIE Shu-hong, LI Hai-quan.Method of repairing OPGW wire breakage by using preformed repair rods[J].Telecommunications for Electric Power System, 2005, 26 (11) :21–24.

[2]翟章.一起OPGW故障分析[J].电力系统通信, 2008, 29 (6) :13–14.ZHAI Zhang.Analysis on an OPGW malfunction[J].Telecommunications for Electric Power System, 2008, 29 (6) :13–14.

[3]DL/T 741—2010.架空输电线路运行规程[S].2010.

[4]张宇东, 谢书鸿, 李海全.预绞丝修复OPGW断股方法的研究[J].电力系统通信, 2005, 26 (11) :21–24.ZHANG Yu-dong, XIE Shu-hong, LI Hai-quan.Method of repairing OPGW wire breakage by using preformed repair rods[J].Telecommunications for Electric Power System, 2005, 26 (11) :21–24.

[5]吴斌, 谢书鸿.OPGW光缆典型事故案例分析及反事故措施[J].电力系统通信, 2008, 29 (1) :69–72.WU Bin, XIE Shu-hong.Analysis and countermeasures for OPGW failure[J].Telecommunications for Electric Power System, 2008, 29 (1) :69–72.

[6]韩立奎, 杨宝华, 王强.OPGW在输电线路普通直线杆塔上的接续[J].光纤与电缆及其应用技术, 2011 (3) :37–43.HAN Li-kui, YANG Bao-hua, WANG Qiang.The connection of OPGW on common tangent towers of transmission line[J].Optical Fiber&Electric Cable and Their Applications, 2011 (3) :37–43.

[7]DL/T 5344—2006.电力光纤通信工程验收规范[S].2006.

[8]朱发强, 毛秀伟, 王彦波, 等.解决OPGW进站安全运行问题的研究与实践[J].电力信息与通信技术, 2013, 11 (12) :67–70.ZHU Fa-qiang, MAO Xiu-wei, WANG Yan-bo, et al.Research on the safety of OPGW access to transformer substations and its applications[J].Electric Power Information and Communication Technology, 2013, 11 (12) :67–70.

[9]唐智翀, 刘志, 杨自强.电力通信特种光缆OPGW典型故障分析[J].电力系统通信, 2012, 33 (1) :70–73.TANG Zhi-chong, LIU Zhi, YANG Zi-qiang.Typical fault analysis of special OPGW optical cable in electric power[J].Telecommunications for Electric Power System, 2012, 33 (1) :70–73.

OPGW技术 篇2

关键词：OPGW,OPGW融冰,涂层剥离力,光纤拉出力,光纤长期稳定性

0引言

2008年在中国南方、华中、华东地区出现了历史上罕见的低温雨雪凝冻灾害,对电网造成极大破坏。目前,采用直流大电流加热方式对导线融冰的技术已基本成熟。在对导线融冰取得经验的基础上, 2011年至今,中国南方电网覆冰多发的省份已经对近百条输电线路OPGW进行绝缘化改造,以达到在覆冰季节可以对OPGW进行融冰的目的。

南方电网在OPGW融冰时对融冰电流的选择依据是:融冰时间1 h,OPGW表面温度90 ℃。由于融冰过程是一个对OPGW的加热过程,因此在OPGW 20~30年寿命期内,反复融冰加热过程对光纤衰减及寿命是否会带来不利影响是广大线路设计、运管和通信维护人员普遍关心的问题。

本文针对OPGW地线融冰对光纤热稳定性能的影响进行了试验研究。通过试验,了解了地线融冰温升过程对OPGW光纤长期寿命、光纤传输性能的影响,为OPGW融冰操作提供决策依据。

1试验内容及结果

对某线路 所用7种OPGW进行电流—温升试验,仅给出其中的OPGW-140结构的试验结果。 OPGW-140结构如图1所示,参数如下:光纤芯数24芯,外径15 mm,额定拉断力(Rated Tensile Strength, RTS)147 k N,20 ℃ 时直流电 阻0.557 Ω/km。 为了达到用分布式光纤测温系统(Distributed Optical Fiber Temperature Testing System,DTS)监测升温时光纤的环境温度,试验样品皆按原结构重新生产, 重新生产时光纤单元内增加2根多模A1a光纤供DTS测试用。

试验室内用于架设试验样品的2个杆塔距离100 m,高度10 m。将试验所用OPGW样品100 m张力架设在100档距试验杆塔之间,两端耐张线夹加装绝缘子与杆塔绝缘。A端留出5 m用于光纤测试,B端余缆OPGW留在盘上。在杆塔A、B两端用并沟线夹将交流大电流发生器通流母线与OPGW相连形成 回路。G.652D光纤测试 回路长度 约为4 000 m,较长的测试回路使得光纤衰减变化测试结果可信。A1b光纤回路用于测试OPGW光纤钢管内光纤环境温度变化,测试长度约为200 m。在试验段中间的OPGW表面间隔3 m用纱线捆绑若干热电偶探头。用可调式轴流风机模拟环境风速。

试验时,用光时域反射仪(Optical Time Domain Reflectometer,OTDR)监测光纤衰减变化,用DTS监测光纤温度变化,用热电偶监测OPGW表面温度变化及试验室环境温度,用风速计测试OPGW表面处风速。

1.1温升试验

OPGW-140的电流 – 温升、风速 – 温升、衰减变化曲线如图2所示。在整个升温过程中,OPGW内部光纤温度始终高于表面温度,温度越高,温差越大。 当表面温度为90 ℃时,内部光纤温度接近110 ℃。 而当OPGW处于2 m/s风速的环 境下,内部光纤 温度与表面温度相差不大,约在5 ℃。当无风处的OPGW表面温度达到110 ℃时,2 m/s风速下的OPGW表面温度仅有63 ℃。在整个试验过程中,光纤衰减变化小于0.02 d B/km。

1.2模拟20年寿命期内OPGW的融冰加热过程

自然界覆冰现象每年都会出现,对架空输电线路而言,每年都要经受冰灾的考验。这就要求对输电线路导、地线进行反复融冰,而OPGW含有通信用的光纤,是否能承受这种反复的长时间的通流融冰操作,还需要进行试验验证。考虑到OPGW设计寿命一般为20~30年,假设平均每年融冰2次,每次融冰时间1 h。对OPGW-140进行了20次、每次2 h的电流 – 温升试验,模拟输电线路20年寿命期内,每年2次的融冰过程。

试验缆长度200 m,在2个杆塔之间“U”型架设。每天对OPGW通入230 A的电流,保持OPGW表面温度在100 ℃左右,维持2 h,此时内部的光纤温度约在120 ℃,试验周期20天,同时监测光纤衰减变化情况。在整个试验过程,光纤衰减保持不变。 20年寿命期内的OPGW融冰加热过程的衰减变化如图3所示。

虽然融冰时OPGW的表面温度设定为90 ℃, 考虑到20年寿命期的光纤自然老化过程,将试验时的OPGW表面温度提高了10 ℃。以下为描述方便,将经受过这个加热过程的OPGW称为“热老化OPGW”,热老化OPGW内光纤单元的光纤称为“热老化光纤”。

1.3热老化OPGW的各项性能试验

将热老化OPGW样品做机械、环境试验,检验在经过120 ℃、40 h的热老化后,在各种试验条件下的光纤衰减变化性能。试验参照IEEE 1138–2009及DL/T832–2003标准进行。部分试验结果见表1所列。由试验结果可知,热老化OPGW的各项机械、 环境性能满足标准要求。

1.4涂层剥离力和光纤拉出力试验

在研究光纤涂层老化性能时,一般采用光纤拉出力(pull-out force)表示光纤涂层与光纤包层之间的粘结力。尽管一般认为涂层剥离力与涂层粘结力的关系不大[2],但还是有较多文章采用涂层剥离力 (coating strip-force)[1]表示涂层的老化性能。文章按2种试验方法进行了试验,由于光纤拉出力目前国际上暂无统一标准,本次试验是按照某光纤涂料厂家企业标准进行。

试验中,试样1— 9为经过热老化的光纤,试样A/B是与试样1— 9同一批、未经过热老化的着色光纤。试样C/D与试样A/B是同一根光纤,但是经过了125 ℃、48 h的连续快速老化。这个老化过程为:从试样A、B光纤上折取约5 m长的光纤,成圈后放入一个装有光纤膏的容器中,光纤浸入纤膏内以模拟光纤单元中光纤的实际环境。将此容器放入125 ℃的高温试验箱,保温48 h。对比3种光纤的涂层剥离力和光纤拉出力变化,了解光纤加热过程对光纤涂层与光纤包层之间粘结力的影响。涂层剥离力试验结果见表2所列,光纤拉出力试验结果见表3所列。

在表3中,试样2和试样3的着色层在试验中脱落,数据不是真实反映。从试验结果可以看出,老化光纤的涂层剥离力及光纤拉出力与未老化光纤相比,有明显下降。快速老化光纤的涂层剥离力与试验前相比变化不大,但光纤拉出力明显下降。由于光纤拉出力更能真实反映涂层粘结力的大小,因此, 试验结果说明光纤的加热老化过程会使涂层粘结力降低。

2融冰过程与光纤衰减、光纤寿命的讨论

2.1融冰过程与光纤衰减

Andrei A.Stolov等人利用TGA方法研究 了光纤涂层在不同高温环境下的失重速率,利用阿累尼乌斯公式推算了不同失重情况下的寿命[3,4]。康宁及DSM公司Valery A.Kozlov等人在研发中温光纤涂料时,就是以涂层失重10% 做为光纤寿命终结的判据[5],即将光纤放置在某一特定高温环境下维持一定的时间,当涂层失重达到10% 时,所用时间即为此温度下的光纤寿命。

虽然上述研究结果给出了光纤在不同高温环境下的热失重计算寿命,但该结论在实际应用中无法预测光纤涂层的失重会对光纤衰减有多大的影响。 目前尚不能确认的是,在OPGW 30年寿命期内,每年冬季1~2次的融冰过程是否会使得光纤涂覆层出现例如5% 或更小的失重,这个失重值是否会对光纤衰减带来0.01 d B/km的衰减增加。因为这个衰减增加对于长距离的电力光纤传输也是不能容忍的。

由于目前绝大多数光缆的应用环境皆为大气环境,温度在 –30~+60 ℃。因此,对光缆中光纤使用寿命(或衰减增加)的影响因素研究较多集中在如应力、弯曲、氢损、潮气、溶剂等方面,而对于光纤处在一个相对较高的温度下(高于85 ℃)的长期使用寿命研究相对缺乏。特别是光纤经受高温环境后对光纤衰减变化量影响的研究未见有详细报导,大多研究涂层热老化后模量或伸长率的变化,而对模量或伸长率变化是否会带来光纤衰减的变化,变化量有多少,还未见有研究报导。

因此,对OPGW内光纤进行加热老化后检验其在各种试验环境下的衰减变化,可在OPGW融冰过程对光纤的热老化影响,以及对光纤衰减的影响有较清晰、全面的了解。通过模拟20年寿命期融冰操作对OPGW的加热过程,可以了解经历过高温的光纤是否还能满足光纤通信的要求。如果由于光纤经受了高温过程,引起光纤涂层失重或劣化,缓冲功能降低,在OPGW受到风激振动、舞动等外力作用时, 这些外力有可能传导到光纤表面引起光纤损耗增加。在低温时,由于纤膏和涂层的冷缩导致光纤受力等原因,因光纤涂层缓冲功能降低,也可能会导致光纤衰减增加。

热老化OPGW的各项机械、环境试验结果表明, 在经历了120 ℃的20年寿命期模拟融冰加热过程后,光纤衰减性能在各项试验中显示正常。试验结果表明,20年寿命期的融冰加热过程不会对光纤衰减产生明显影响。

2.2融冰过程与光纤寿命

光纤涂层的作用有2个:一是保护光纤不受外力破坏,减小光纤弯曲损耗;二是涂层与光纤包层之间的粘结力可防止包层微裂纹扩大,增加光纤强度和寿命。Skutnik等人的研究结果表明,涂层粘结性能较强的涂覆光纤具有较高的n值[6]。

从试验结 果得知,老化光纤 的涂层剥 离力和光纤拉出力与同一批次的未老化光纤相比,均有明显下降,意味着光纤一次涂层与玻璃的粘结力下降。由于粘结力与光纤长期寿命有关,粘结力下降意味着光纤断裂的可能性增加。在中国,220 k V以下电压等级输电线路OPGW的设计寿命要求一般为25年,而电压等级在500 k V以上的输电线路, 对OPGW的寿命要求为30~40年。当融冰电流使OPGW外层温度达到90 ℃时,长期融冰过程的高温可能会对光纤寿命产生影响。因此,OPGW融冰电流的选取应以光纤的安全使用温度为依据。建议融冰电流的选取以OPGW表面温度为70 ℃控制,尽量减少融冰电流,延长融冰时间,以保证光纤长期安全寿命。

3结语

根据试验结果可以得出以下结论。

1)在对OPGW进行融冰操作时,内部光纤温度要高于OPGW表面温度。表面温度越高,该温度差越大。当OPGW表面温度为90 ℃时,内部光纤温度有可能超过110 ℃。

2)当融冰时OPGW表面温度选取90 ℃时,模拟了20年寿命期、每年2次的OPGW融冰加热试验过程。试验后OPGW在各机械、环境温度试验条件下的光纤衰减没有明显增加。

OPGW技术 篇3

目前输电线路钢绞线及良导体地线主要采用分段绝缘接地、逐基接地两种方式，OPGW光缆主要采用逐基接地，在地线（OPGW）逐基接地的情况下难以实现电流法融冰，降低了输电线路抗冰能力。此外，因线路导线与地线之间的电磁感应和静电感应，逐基接地的避雷线及OPGW会引起地线之间以及地线与大地之间的环流，导致输电线路能量损耗。

2 OPGW光缆综合降损及融冰技术方案

2.1 OPGW和普通地线接地方式改进

欲降低地线损耗及实现地线融冰，需要改变目前架空地线（OPGW）逐基接地的接地方式为单点接地方式，可以分为两种形式：

（1）地线全线绝缘、单点接地，配合地线换位和接地点的选择；

（2）地线分段绝缘、单点接地，配合地线分段和接地点的选择。

根据架空输电线路地线覆冰防治工作导则，目前韶关局输电线路地线（OPGW）绝缘改造采用地线全线绝缘、单点接地的接地方式。

OPGW和普通地线全线绝缘、单点接地的形式，如图1所示，接地点可选择为线路一端或者线路中部。

（1）OPGW跳线施工前，应先通过比量，优化跳线绝缘子安装位置及跳线方向，跳线应有足够的弧垂，尽量减小OPGW光缆脱冰跳跃时对跳线绝缘子产生的张力。

（2）对覆冰可能导致间隙不够的部位，在OPGW光缆上应包缠具有足够耐压水平的绝缘护套。

（3）OPGW光缆沿龙门架引下时，应确保OPGW光缆与构架间不存在非固定性接触。并应通过抱箍和支柱绝缘子固定，抱箍间距约2-3米，支柱绝缘子安装方向应避开爬梯，不得妨碍龙门架的攀爬作业。OPGW光缆沿龙门架引下段应包缠绝缘护套。终端接头盒应采用光电分离型。

（4）地线悬垂绝缘子串带电部分在最大风速条件下对塔身间隙小于200mm时，应在地线与塔身临近部位增加绝缘护套。

参考文献

[1] 陈加林，李金奎.OPPC用金具及附件的技术特性[J].电力系统通信，2009年07期

OPGW技术 篇4

摘要：在电力通信中，OPGW光缆起着至关重要的作用。近年来，二级电站所辖OPGW进站通信光缆频繁出现遭受雷击或电网过电压间隙放电情况，导致OPGW光缆导线断股纤芯中断故障，对电站通信业务的传输造成了极大的威胁。如何提高OPGW光缆的防雷水平，让OPGW光缆安全可靠地为电力通信服务，这是值得我们探讨的问题。本文从雷击造成OPGW光缆损坏的机理入手，分析了OPGW光缆断股的原因，阐述了OPGW光缆防雷水平的改进措施，进一步提出了通过良好接地方式有效提高OPGW光缆防雷水平的方法。

关键词：OPGW 损坏机理 耐雷击水平接地方式

1 、引言

光纤复合架空地线(OPGW――Optical FiberCompositeOverhead GroundW ire)兼具通信光缆与地线双重功能，被安装在电力架空线杆塔顶部，与ADSS光缆相比，无需考虑电磁腐蚀、人为破坏等不利因素，OPGW以其高可靠性、优越的机械、电气性能及良好的经济性和实用性得到广泛地运用。笔者根据多年的运行维护经验，就OPGW光缆的防雷接地技术问题与大家交流。

2、雷击造成 OPGW 光缆损坏的机理

OPGW光缆在运行中发生外层铝合金线断股的主要原因来自两方面：一是工频接地短路电流形成温升造成的;另一个是遭受雷击时的雷击电流冲击而形成的电弧温升造成的。雷击时，雷击电流非常集中，其集中点处的温度可达到600℃。在此高温下，若OPGW光缆外层铝合金丝的熔点与其接近，则必然会发生断股。雷击过程的发生，大体上可分为主放电阶段和余光阶段两个过程。

(1)主放电阶段。雷云中的电荷分布极不均匀，往往会形成几个电荷密集中心。当密集电荷区的电场强度达到2500―3000kV/m时，先导放电现象发生。此时，其下行的大地电荷将分为负极性和正极性的两种电荷。雷击的发生，95%是由负极性电荷引发的，而只有5%是由正电荷引发的.。下行先导的雷击电流约为100A，其中心点的温度可达3×104℃。

当先导放电通道逐渐下移时，由于空气中随机存在的离子团的阻挡，下行负先导在发展过程中会分成数支。当负先导接近地面或架空地线是，地面或架空地线表面将有正电荷聚集。

如果负先导与这些正电荷聚集点间的电场强度超过了其他地方，则雷电的发展开始“定向”发出向上的迎面先导。这些迎面先导与下行负先导中的一支相遇时，就发生强烈的“中和”过程，引发出强度达数十到数百千安的电流。这就是主放电阶段。此时，将有闪电和雷鸣发生。主放电阶段时间极短，约为50～100/s。放电速度极快，放电时间极短的放电，将引发电弧，其温度高达600℃。这种高温可将OPGW光缆外层铝合金丝烧蚀、熔化或最后烧断。

OPGW技术 篇5

1 光纤复合架空地线 (OPGW) 综述

1.1 OPGW概述

光纤复合地线架空光缆 (OPGW) 利用自身的高的抗拉强度、优秀而简洁的光缆结构、特定的短路电流设计及对于气象条件的考虑 (跨度、垂度等) , 直接作为架空地线安装在任意跨距电力杆塔的悬挂点上, 特别适用于与电力传输线路同步建设的光缆通信系统。

1.2 OPGW特点

(1) 采用成熟的不锈钢管结构, 管内充满防水复合物, 以有效地保护光缆;

(2) 由铝包钢线 (ACS) 、不锈钢钢管及外层铝合金线 (AA) 绞合而成的单层、双层、三层皑装结构, 可确保钢管及光纤不承受任何张力;

(3) 紧凑的圆型光缆结构一方面大大降低了冰荷、风荷, 另一方面确保了短路情况下产生的热量容易从缆内散发;

(4) 由于与传统架空地线基本一致, 使光缆的架设非常方便;

(5) 按照IEEE1138、IEC1396规范和相关国际标准, 光缆和相关配套金具通过了苛刻的试验。

1.3 中心钢管式结构

(1) 光纤∶采用高质量、带色标光纤, 使其易于识别;

(2) 不锈钢钢管∶根据钢管尺寸可分为五大类钢管, 每类钢管中单根钢管可容纳的最大光纤数有所不同∶2.6/3.0mm中心线钢管可容纳最大芯数24芯;2.85/3.25mm中心线钢管可容纳最大芯数30芯;3.0/3.5mm中心线钢管可容纳最大芯数36芯;3.2/3.8mm中心线钢管可容纳最大芯数48芯;3.4/4.0mm中心线钢管可容纳最大芯数60芯。光纤被松套于钢管之内, 并被钢管内充满的防水复合物包围;

(3) 铝包钢线 (ACS) ∶优质铝包钢线作为外层之一, 并于铝包钢线表面和其间隙覆盖油脂, 用于防腐;

(4) 铝合金线 (AA) :优质铝合金线作为外层之一, 与铝包钢线一起紧密胶合于钢管上。

2 我国35k V线路的特点

2.1线路附近存在着较高的工频电场和磁场, 将引起包括静电耦合电流#感应电压和感应能量所产生的电磁影响。因此, OPGW的维护和接续盒安装位置选择等, 都应避免因静电感应造成的人身危险。

2.2线路架设高度受地面静电场强所控制。因此, 线路都被迫远离人、畜活动区、进入高山大岭。杆塔高差较大, 达250m左右。架设档距受地形所控制, 一般档距在600-800m, 最大档距达1200m左右。塔高都超过70-80m, 远大于基本风速高度, 高空风速要增大1.3-1.4倍, 意味着遭受雷击和舞动的概率将增大, 一定程度上降低了线路的耐雷水平, 增大绕击率和舞动危险度, 给线路防雷和防舞动带来不利。

2.3研究35kV线路的一个重要课题是控制地面场强。影响场强因素很多, 如导线对地距离、分裂导线根数和其等价半径、相导线间距及其排列形式等, OPGW、屏蔽线、耦合线等, 会减少地面电场强度。

2.4避雷线的危险影响来源于线路传输容量大、电压高。这就要求OPGW不仅要有良好的电气性能与对侧地线极好匹配, 还须进行必要的换位和采用多根横连线在档距中将OPGW、地线、屏蔽线和耦合线连接, 以减小雷击避雷线的阻抗, 增大电晕的耦合系数, 缩小塔头结构, 减小导地线档距中央的距离, 防止雷直击或绕击导线。

3 目前OPGW结构设计中存在的问题

3.1 结构参数不匹配

铝包钢和铝合金的抗拉强度比为5-2.18倍, 弹性模量比为2.59-1.57倍!线膨胀系数比为0.52-0.67倍。目前OPGW结构中铝包钢受力虽大, 但使, 用应力远低于允许值的93%-37%。而铝合金受力虽小, 但使用应力已超过允许值的93%-37%。处于疲劳状态下运行。随着雷击电流引起的瞬时温度上升, 铝合金的抗拉强度和屈服点急剧下降, 随之造成蠕变破坏。所以, 断股的绝大多数是外层铝合金线, 断口有不规则的拉断痕迹。

3.2 层、股线间留有空隙

企图以层、股间留有空隙, 增大相互滑移产生摩擦来消耗振动的能量, 达到增大外层自阻尼性能, 这对保护光纤并无实质性的改善, 相反变得更坏。当遭雷击时, 雷电流向纵深扩散, 在途经中的串联间隙 (防腐油膏) 上产生电弧和串联间隙电阻热, 延长了表层电荷向纵、深转移的时间。长时间的串联间隙电弧烧断OPGW外层单丝, 对OPGW的股线的伤害是致命。

3.3 铝合金管、铝合金骨架式结构存在的问题

铝合金管、铝合金骨架式结构是原始的不对称结构, 将铝包钢置于铝合金丝与铝合金管 (架) 之间。当遭雷击时, 雷电流由表层低电阻铝合金经高电阻铝包钢再到低电阻铝合金管、铝合金骨架, 层间电阻极不均匀。

4 案例分析

4.1 事故概述

某变电站1号主变35k V侧A相引线设备线夹弯折处断裂, 引线对1号主变油枕靠近A相表面放电, 35kV系统瞬时接地短路, 造成1号主变差动速断、比率差动保护动作三侧开关跳闸。

电网事故的同时, 林中—城头光纤通信中断。当时该地区无雷电, 天气晴好, 监控系统显示光纤通信中断时间与变电站事故时间相符, 排除了OPGW遭雷击的可能性。现场测试, 发现有6根光纤断芯, 分别是第1、4、7、8、11、12纤芯, 断点距城头变电站通信机房光缆出口约216m。经调查, OPGW光纤与引入机房普通光纤的接头点在189m处, 因此排除了接续工艺不良造成光纤接头受强电冲击断芯的可能。后经登杆检查, 发现在变电站门型架上金属平台处, OPGW有击穿痕迹, 外层有4股铝线熔断。

4.2 防范措施

此次电网事故造成OPGW断股故障点在变电站内门型架上。由于与35kV电力线进站终端铁塔只有近百米的距离, 相对于线路上整个耐张段OPGW更换, 处理起来比较容易。在终端铁塔上增加一个光纤接线盒, 更换终端铁塔到门型架接线盒一段100多米的OPGW后, 使光纤通信电路恢复正常。

综上所述, 由于此次OPGW断股事故是变电站内35kV系统单相接地短路造成的, 因此在电力系统接地短路事故不可避免的现实情况下, 必须加大OPGW引入线与门型架等尖锐金属构件之间的距离, 以避免形成间隙放电的条件, 确保OPGW在电网事故中不受波及而中断。

此次更换OPGW的施工时, 在门型架下端水泥杆和上端避雷针连接处平台钢板上增加一副固定夹具, 保证OPGW与钢板构件有足够 (5cm以上) 的安全距离, 并在引入的OPGW下端与门型架接地线增设连接点, 以减少自感压降和互感压降对OPGW的影响, 防止类似情况的发生。

5 总结

在OPGW与门型架尖锐金属构件之间的距离足够小的条件下, 电网工频接地短路事故导致瞬时电位升高, 形成较大的反击过电压, 对OPGW间隙放电, 造成击穿断股。这应引起相关的设计和施工部门高度重视, 并认真探讨电网事故与雷害事故对OPGW造成危害的相同之处和不同之处, 采取切实可行的防范措施, 对有关的设计和施工规程规范进行完善, 以确保OPGW在电力系统中安全稳定运行。

参考文献

OPGW技术 篇6

当输电线路弧垂超出线路安全运行允许的范围时,极有可能影响输电线路的输送能力,甚至会导致线路停电事故,造成重大的经济损失和安全事故［１］。 目前对输电线路弧垂的在线监测主要有温度估算法、挂点倾角估算法、图像监测法和张力传感器等方法［２］。以上几种均是点式监测方法,无法一次实现对整条线路的监测,并且安装和维护需要上塔作业, 存在一定的作业难度和安全问题。OPGW (光纤复合架空地线)是输电线路中既做通信又作为地线架设的一条光缆,其中内置多条单模光纤［３］。本文将OPGW中的单模光纤作为传感器,利用BOTDR［４］(布里渊光时域反射)技术对输电线路全线进行弧垂的在线监测。该测量技术已经在电力通信［５］、材料［６］、土木工程［７］和结构监测［８］等众多领域得到了广泛的应用。

1分布式弧垂监测理论

BOTDR通过监测OPGW内光纤的布里渊散射频移值来实现分布式温度及弧垂的监测［９］。由于OPGW内光纤留有一定的余长(约0.6%),因此正常情况下OPGW内的光纤无应变,则OPGW内光纤的布里渊散射频移随温度的变化为［９］

式中,T、T０和f０分别为OPGW温度、OPGW初始温度和OPGW内光纤的初始频移;CＴ为布里渊频移的温度系数。

由于输电线路较长,BOTDR技术可通过控制入射脉冲的脉宽来控制测量的空间分辨率。输电线路的架空线状态方程为

式中,σ０１和σ０２分别为环境温度发生变化前后的架空线水平应力;E为架空线的杨氏模量;β为档距的高差角;α 为架空线的热膨胀系数;γ′ 和γ 分别为环境温度变化前后的架空线综合比载,在不考虑覆冰等条件下,γ′=γ。 则架空线的弧垂为

环境温度变化前后弧垂的变化量为

2弧垂监测的试验研究

试验选择实际线路的四个档距作为研究对象(均在不同的耐张段内),档距大小分别为213、296、 409和505m,均采用相同型号的OPGW,初始架设温度为15 ℃,线热膨胀系数为14.8×10－６/℃,E为117.6GPa,缆线自重比载为0.051 9 MPa/m,初始水平应力分别为123.456、102.454、103.578和100.205 MPa。各档距内由于高差均很小,不考虑高差角余弦带来的误差影响。

将分布式弧垂监测设备置于变电站机房内,被测线路OPGW的一芯光纤与监测设备光纤端口连接。试验采用BOTDR设备监测,获得各档距的温度及弧垂值。温度的监测精度为±2 ℃。采用全站仪在相同环境条件下测量各档距的弧垂值,全站仪对弧垂的测量精度为±2mm,将测量值与监测结果进行对比分析。

3试验结果及误差分析

图1所示为被测线路的温度和布里渊频移变化曲线以及OPGW光纤频移值与对应的拟合曲线。 拟合公式:fＢ=0.000 977 2 T +10.520 14。

表1所示为OPGW光缆的弧垂计算结果及OPGW温度拟合。根据现场监测的频移数据,计算出线路各档距OPGW的温度及弧垂值,同时列出了对应条件下各档距采用全站仪观测获得的弧垂值。四个被试验档距的初始弧垂分别为2.382 6、5.546 1、10.478 2和16.521 3m,初始弧垂对应温度均为15℃。

由表1可知,拟合出的OPGW光缆温度和实测环境温度均相差2 ℃左右。表中OPGW弧垂是通过拟合温度计算获得的弧垂值,其与全站仪测量得到的弧垂值存在一定的误差,但都处在相同的数值范围内。在同一档距内,弧垂的变化与随温度的变化具有相同的趋势,且均小于10%,这与理论值较吻合。这些误差的来源包含了全站仪的测量误差、 温度拟合误差以及非可控的环境因素(风速等)的影响。从表中可知,温度的测量误差也会带来弧垂监测的相对误差。

表2所示为温度变化导致的被试验档距的弧垂变化。由表可知,当温度上升时,弧垂呈线性增长趋势,各档距对应的弧垂增量百分比分别为0.89%、 0.54%、0.34% 和0.225%。因此,在不考虑外界非可控因素的影响下,拟合温度和环境温度的误差约为2 ℃,所引起的弧垂相对变化量在500m档距内可控制在10cm以内,弧垂的误差小于2%。但是对比分析全站仪测量结果与BOTDR监测结果可知,当存在风速、外加载荷和外界条件干扰的情况下,本文的弧垂监测方法精度将明显变差。

4结束语

研究了基于BOTDR对OPGW分布式弧垂的在线监测技术,结果表明,该在线监测技术能满足一定的精度要求,其监测结果与全站仪测量结果的绝对误差小于10%,且受温度测量精度的影响较小, 在500m档距内,其监测误差小于2%。此方法的误差主要来自于温度系数拟合误差、风速等外界不可控因素。该技术为输电线路分布式弧垂在线监测提供了重要依据,对我国电力部门输电线路安全运维有着重要的工程应用价值。

摘要：基于光纤的布里渊频移特性和输电线路基本方程,建立了输电线路分布式弧垂与输电线路温度的关系,通过监测OPGW(光纤复合架空地线)的光纤频移值,获得了输电线路的温度分布,进而计算获得了输电线路的分布式弧垂。通过对比现场弧垂勘察和监测值,得出弧垂监测误差在10%以内。为输电线路的弧垂监测提供了一种安全、方便和有效的监测方法。