OPGW光纜在超高電壓線路中的設(shè)計(jì)和運(yùn)用
摘要: 隨著電力通信的不斷發(fā)展,特別是OPGW光纜在高電壓電力線路的運(yùn)用也日趨增加。電力線路從110kV到500kV、乃至750kV以及很高電壓等級(jí)的電力線路,都在規(guī)模地運(yùn)用OPGW光纜,使電力通信的可靠性、通信的技術(shù)水平等得到了很大的提高。本文就OPGW光纜在超高電壓線路上設(shè)計(jì)和運(yùn)用時(shí),應(yīng)考慮的問題簡要闡述,以供與會(huì)代表共同探討。
關(guān)鍵詞: 超高電壓線路、OPGW光纜結(jié)構(gòu)、光纜外徑、導(dǎo)線直徑、耐腐蝕
一. 前言:
OPGW光纜的規(guī)模運(yùn)用主要是進(jìn)幾年的歷史,伴隨著電力建設(shè)的不斷發(fā)展,在不同電壓等級(jí)的電力線路中,OPGW光纜的運(yùn)用蓬蓬勃勃,尤其是進(jìn)二年全國電力缺乏,各地的電力建設(shè)將有一個(gè)新的高潮,OPGW光纜運(yùn)用的電壓等級(jí)也在不斷上升。從500kV到750kV的電壓線路,乃至更高的電壓線路也在研究采用OPGW光纜。然而,在超高電壓線路中對(duì)于輸電導(dǎo)線乃至OPGW光纜,從國內(nèi)外技術(shù)文獻(xiàn)以及實(shí)踐運(yùn)用都是空白點(diǎn),因此如何在超高電壓線路中可靠地運(yùn)用OPGW光纜,將是用戶和生產(chǎn)雙方的設(shè)計(jì)部門共同研究的課題,本文就在超高電壓線路中采用OPGW光纜時(shí)應(yīng)考慮的問題,簡要闡述個(gè)人的觀點(diǎn),以供讀者共同探討。
二. 我國第一條實(shí)驗(yàn)性超高壓線路(750kV)OPGW光纜的采用:
設(shè)計(jì)部門根據(jù)750kV超高壓線路的綜合技術(shù)要求,提出了本線路的OPGW光纜的主要技術(shù)參數(shù)(表1)。
表1
名 稱 單位 技術(shù)要求
光纜中光纖芯數(shù) 芯 24(G.652)
光纜外徑 mm ≤ 12.6
光纜重量 kg/km 600
標(biāo)稱抗拉強(qiáng)度(RTS) kN 80.7
最大工作張力 kN ≥ 23.80
平均運(yùn)行張力 kN ≥ 14.562
短路電流容量( 0.3s, 400C~2000C ) kA2s ≥ 50.3
根據(jù)上述OPGW光纜的技術(shù)要求,所采用的OPGW光纜結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)(表2)。
表2
名 稱 單位 技術(shù)要求
光纜中光纖芯數(shù) 芯 24(G.652)
光纜外徑 mm 12.6
光纜重量 kg/km 527
標(biāo)稱抗拉強(qiáng)度(RTS) kN 80.7
最大工作張力 kN 33.89 (42%RTS)
平均運(yùn)行張力 kN 14.53~20.18 (18%~25%RTS)
短路電流容量( 0.3s, 400C~2000C ) kA2s 51.2
三. 國內(nèi)外OPGW光纜的技術(shù)水平比較:
縱橫國內(nèi)外OPGW光纜的技術(shù)發(fā)展,國外在OPGW光纜的研究和規(guī)模生產(chǎn)比我國早,在上世紀(jì)70年中期就起步了,并在生產(chǎn)工藝、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)上得到了較大的收獲。我國在OPGW光纜的理論研究也不晚,但產(chǎn)品的規(guī)模生產(chǎn)主要是在90年代未得到了迅速發(fā)展,引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備,生產(chǎn)工藝技術(shù)的也得到了不斷地提高,從小批量生產(chǎn)走向了規(guī)?;a(chǎn)。就目前OPGW光纜的產(chǎn)品質(zhì)量、規(guī)?;a(chǎn)、技術(shù)服務(wù)等綜合因素的水平已經(jīng)超過了國外的水平。
從生產(chǎn)規(guī)模而言,年產(chǎn)超過7000kmOPGW光纜生產(chǎn)能力的已有二家,超過2000km的已有數(shù)家,因此規(guī)模的生產(chǎn)能力也不比國外差。從產(chǎn)品質(zhì)量而言,國內(nèi)廠家所提供的OPGW光纜,在實(shí)際運(yùn)用中出現(xiàn)的因產(chǎn)品質(zhì)量問題而造成事故的事故數(shù)也遠(yuǎn)比進(jìn)口產(chǎn)品少??梢哉f我國的OPGW光纜產(chǎn)品完全可以自給,其產(chǎn)品質(zhì)量也達(dá)到甚至超過國外的同類產(chǎn)品,這是我國民族工業(yè)的驕傲,也是我們光纜產(chǎn)業(yè)的驕傲。
從試驗(yàn)裝備而言,主要的規(guī)模生產(chǎn)的企業(yè)為了進(jìn)一步提高工藝技術(shù)水平、提高產(chǎn)品的質(zhì)量,都建立了自己的檢測中心,其檢測設(shè)備一流、檢測方法完全按照國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)國家電力行業(yè)也專門建立了OPGW光纜產(chǎn)品的檢測中心,如:北京良鄉(xiāng)的“電力建設(shè)研究所”,專門進(jìn)行OPGW光纜全機(jī)械性能和光學(xué)性能的檢測,北京的“電力科學(xué)研究院”,具有完整的OPGW光纜電氣性能的檢測、光學(xué)性能和部分機(jī)械性能的檢測。因此我國已完全具備了OPGW光纜產(chǎn)品型式試驗(yàn)的檢測手段,其檢測手段完全達(dá)到國際水平。
四. 超高電壓線路OPGW光纜結(jié)構(gòu)的探討:
由于超高壓線路所覆蓋的面較廣,用戶量也很多,因此要求線路的安全性、穩(wěn)定性、可靠性就技術(shù)層面而言,”三性”是必須保證的。因此對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)性能(包含產(chǎn)品質(zhì)量性能)就會(huì)提出新的要求。在輸電線路中,OPGW光纜被當(dāng)作一條架空地線和傳輸信息的雙功能線使用,就要求OPGW光纜必須具備架空地線的一切機(jī)械性能和電氣性能的要求,同時(shí)它又是一條光纜,也必須滿足傳輸信息的一切傳輸特性。因此對(duì)OPGW光纜結(jié)構(gòu)的合理性、產(chǎn)品質(zhì)量的高可靠性就顯得格外重要。
對(duì)于如750kV或更高電壓等級(jí)的超高電壓線路,其線路的短路電流容量也許比110kV~500kV線路要來得小,由于超高電壓線路的特殊性,在選擇OPGW光纜時(shí),也許光纜的機(jī)械性能和耐雷擊性能是第一考慮因素,短路電流容量、光纜外徑、光纜重量等參數(shù)也許是第二考慮因素。基于這一考慮思路,在設(shè)計(jì)OPGW光纜結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問題:
1) OPGW光纜結(jié)構(gòu)中最外層導(dǎo)線組成的考慮
在OPGW光纜的結(jié)構(gòu)中,最外層線材組合主要有三種類型:
在三種類型中,A結(jié)構(gòu)的最外層是以全鋁合金導(dǎo)線(AA線)為組成部分,B結(jié)構(gòu)的最外層是以鋁合金導(dǎo)線(AA線)和鋁包鋼線(AS線)混合方式為組成部分,C結(jié)構(gòu)的最外層是以全鋁包鋼線(AS線)為組成部分。這三種類型都在不同的地區(qū)得到了廣泛地應(yīng)用。
2) OPGW光纜外徑的考慮
OPGW光纜的外徑大小將直接關(guān)系到光纜機(jī)械性能和電氣性能。由于超高電壓線路的運(yùn)行,要求輸電系統(tǒng)必須具備高穩(wěn)定性和高可靠性,因此在設(shè)計(jì)OPGW光纜時(shí)對(duì)外徑的選擇不應(yīng)過小,適當(dāng)?shù)墓饫|外徑有助于提高光纜的機(jī)械性能、電氣性能和耐雷擊性能。
3) OPGW光纜耐雷擊性能的考慮
在考慮到光纜機(jī)械性能和電氣性能的同時(shí),也應(yīng)考慮到光纜的耐雷擊性能。近年來光纜受到直接雷擊而造成斷股現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,人們?yōu)樘岣吖饫|的耐雷擊性能,往往僅對(duì)光纜外層導(dǎo)線直徑提出了要求,而又要求光纜的外徑比較小,結(jié)果產(chǎn)生了光纜的極為不合理的結(jié)構(gòu),
光纜要求,光纖芯數(shù)24芯,光纜外徑不大于13.2mm,外層導(dǎo)線直徑不少于3.2mm (AS線)。
結(jié) 構(gòu) 參 數(shù)
中心層 1X¢2.4mm(AS線)
第一層 5X¢2.2mm(AS線)+¢2.2mm (SUS管)
第二層 9X¢3.2mm(AS線)
光纜外徑 13.2mm
要滿足上述的各項(xiàng)參數(shù),就形成了圖4結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)參數(shù)。但該結(jié)構(gòu)嚴(yán)重存在著以下二個(gè)問題:
(1) 光纜各層導(dǎo)線直徑比例的嚴(yán)重失調(diào)。由于光纜外徑和外層導(dǎo)線直徑的限制,造成結(jié)構(gòu)內(nèi)外層力學(xué)分布很不合理,同時(shí)結(jié)構(gòu)的緊密度存在嚴(yán)重問題。
(2) 要滿足光纜的應(yīng)力特性,¢2.2mm的SUS管內(nèi)要容納24芯光纖是不可能的,必須是≥¢2.5mm的SUS管方能容納24芯光纖。
所以要提高光纜的耐雷擊性能,在滿足線路的技術(shù)條件下,適當(dāng)增大光纜的外徑、結(jié)構(gòu)中各層導(dǎo)線的直徑比較接近才是最有效的方法,從大量的電氣性能的試驗(yàn)中也證實(shí)了這一點(diǎn)。
4) 光纜耐腐蝕性能的考慮
設(shè)計(jì)部門為了考慮光纜的耐雷擊性能,往往考慮光纜外層導(dǎo)線采用鋁包鋼線(AS線),而且采用高導(dǎo)電率的AS線,然而欠缺考慮光纜的耐腐蝕性能。雖然光纜在生產(chǎn)中填充了防腐油膏,但光纜外層的AS線,在施工中由于存在不規(guī)范的施工因素或不可抗力的因素,AS線的表面鋁層很容易被刮傷,造成鋼線部分表面直接暴露在空氣中,由于我國空氣污染相對(duì)較為嚴(yán)重,從而形成鋼線部分表面集中腐蝕,最終將造成AS線腐蝕斷股現(xiàn)象,對(duì)光纜的安全運(yùn)行存在不穩(wěn)定因素。
五. 結(jié)束語:
上述是本人對(duì)于在超高電壓線路中,OPGW光纜設(shè)計(jì)和運(yùn)用中應(yīng)注意問題的考慮點(diǎn)。隨著超高電壓線路數(shù)量的增加,設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)將會(huì)有所積累和提高。OPGW光纜這一優(yōu)越的復(fù)合地線將會(huì)更廣泛地得到運(yùn)用。
(張建明 通光集團(tuán))
(張建明 通光集團(tuán))