光纤复合架空地线接地方式的改进

光纤复合架空地线接地方式的改进 高电压技术 第36卷第2期2010年2月28日 HighVoltageEngineeringVol.36No.2Feb.282010光纤复合架空地线接地方式的改进黄 旭峰福建省电力勘测设计院福州350003摘 要:为减少OPGW逐塔接地运行时较大的 电能损耗可将OPGW的接地方式改进为分段绝缘单点接地或全绝缘。这需要在 OPGW悬垂、耐张线夹中加装带放电间隙绝缘子采用绝缘引下夹具和高压隔离绝缘 光缆接续盒等特殊元件。为此以一条500kV同塔双回线路为例采用改进的OPGW接 地方式通过分析计算在正常、故障、检修状态下相关的感应电压、电流等参数给出 了这些特殊元件的选型及组装方式。最后通过分析组成OPGW线路系统各元件的安 全可靠性说明采用改进的OPGW接地方式的系统可以达到与逐塔接地的系统相近的 安全可靠性。因此改进OPGW的接地方式在技术上是可行的对建设/节能型、环保型 0输电线路具有积极意义。关键词:光纤复合架空地线接地金具接续盒安全可靠性电 能损耗中图分类号:TM723文献标志码:A文章编 号:10032652020100220356209ImprovementoftheGroundingMethodofOPGWHUANGXu2fengFujianElectricPowerSurveyampDesignInstituteFuzhou350003ChinaAbstract:OPGWwhichisgroundedateverytowercausesmoreenergylosses.EnergylossescanbereducedlargelybytheimprovedgroundingmethodsofOPGWwhichisgroundedatonesinglepointinonelinesectionorinsulatedentirelyinwholeline.Takinga500kVdoublecircuittransmissionlineonthesametowerasanexampleweusedtheimprovedgroundingmethodofOPGWtoanalyzeandcalculatetherelatedinducedvoltageandcircuitparametersinnormalfaultandmaintenanceconditionsandpresentedthetypeselectionandassemblymethodforthesespecialcomponents.AnalysisofeachcomponentinOPGWlinesystemindicatesthattheOPGWlinesystemadoptingtheimprovedgroundingmethodcanbeachievedapproximatesafetyandreliabilityleveloftheOPGWlinesystemwhichisgroundedateverytower.ThereforetheimprovedgroundingmethodofOPGWistechnicallyfeasibleandisofapositivesignificancetoconstructionof/energy2savingenvironmentalprotection0transmissionline.Keywords:OPGWgroundingfittingjointboxsafetyandreliabilityenergylosses0 引言光纤复合架空地线 opticalfibercompositeo2verheadgroundwireOPGW目前所采用的接地方式均为逐塔接 地。在线路运行中逐塔接地的OPGW中将有感应电流流过从而产生一定的电能损耗。 在整个线路工程全寿命使用期间OPGW所消耗的总电能很大125。因此本文采用分段 绝缘单点接地和全线绝缘1等改进的OPGW接地方式对建设/节能型、环保型0输电线 路具有积极意义。1 OPGW接地方式对电能损耗的影响OPGW可能的接地方式与普 通地线一样包括逐塔接地、分段绝缘单点接地以下简称单点接地和全线绝缘3种方 式。OPGW和普通地线均逐塔接地时导线电流对OPGW和普通地线产生的互感电压 将在OPGW、普通地线和大地之间形成电流从而产生一定的电能损耗其中OPGW和 普通地线的电能损耗占了大部分。因此普通地线一般改用单点接地方式减少地线电 能损耗但仍存在OPGW与大地之间的电流6。OPGW可采用单点接地方式此时OPGW 中将仅流过很小的静电感应电流。若OPGW采用全线绝缘则线路损耗接近零。以一 条500kV同塔双回线路为例线路总长L为115km双回导线逆相序排列并采用 L/3L/3L/3反向两次换位每回线路正常输送潮流功率约1150MW最大输送潮流功率 2400MW电网最大负荷利用小时数6500h功率因数0.95对应最大损耗小时数取5000h 平均档距450m铁塔接地电阻108采用OPGW2145光缆缆径16mm、单位长度直流电阻 0.38/km、JLB402150和GJ2100普通地线经计算在不同接地方式下OPGW和地线所消 耗的电能见表1。表1的计算结果表明OPGW采用逐塔接地方式的电能损耗很大采用单点接地或全线绝缘方式可大大降低电能损耗。2 OPGW接地方式技术比较及工程实现2.1 逐塔接地实施 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 OPGW逐塔接地方式是目前最成熟的技术包356表1 不同接地方式下的地线电能损耗表Tab.1 Energylossesofearthwireindifferentgroundingmode接地方式OPGW和地线的单位长度电能损耗/kWhkm-1OPGW2145逐塔接地JLB402150逐塔接地19715OPGW2145逐塔接地GJ2100单点接地6108OPGW2145单点接地GJ2100单点接地5.32OPGW2145全绝缘GJ2100单点接地2.8括产品、设计、施工及运行维护各方面一般采用以下配套金具安装OPGW。1悬垂金具见图1:采用预绞丝式悬垂线夹。2耐张金具见图2:采用预绞丝式耐张线夹。3防振金具见图3:采用预绞丝式防振锤。4引下夹具见图4:全金属材质直接固定在铁塔角钢上。5光缆接续盒见图5:全金属材质直接固定在铁塔角钢上。两端的OPGW电气连通。2.2 单点接地可行性及工程实现2.2.1 单点接地可行性OPGW单点接地时可有方式1方式3三种逐盘接线方式见图68。方式1中在每基OPGW接续塔一侧OPGW用绝缘夹具引下另一侧用常规夹具接地引下两侧OPGW在高压隔离绝缘光缆接续盒内电气隔离OPGW接续塔绝缘侧的OPGW和非OPGW接续塔的OPGW经带有放电间隙的绝缘子与塔头连接。方式2中在每基OPGW接续塔两侧OPGW均采用绝缘夹具引下两侧OPGW在高压隔离绝缘光缆接续盒内电气隔离选用每盘OPGW中间的1基铁塔单点接地其它铁塔的OPGW经带有放电间隙的绝缘子与塔头连接。方式3中在某基OPGW接续塔两侧OPGW均采用绝缘夹具引下两侧OPGW在高压隔离绝缘光缆接续盒内电气隔离OPGW经带有放电间隙的绝缘子与塔头连接在与它相邻的前后两基OPGW接续塔两侧OPGW均采用常规夹具接地引下采用常规光缆接续盒其它非OPGW接续塔的OPGW经带有放电间隙的绝缘子与塔头连接。方式1和2的高压隔离绝缘光缆接续盒数量和有OPGW绝缘引下的铁塔数量均是方式3的2倍。图1 悬垂线夹Fig.1 Suspensionclamp图2 耐张线夹Fig.2 Tensionclamp图3 防振锤Fig.3 Vibrationdamper图4 引下夹具Fig.4 Downleadclamp图5 光缆接续盒Fig.5 Opticfiberspliceenclosure357过电压与绝缘黄旭峰.光纤复合架空地线接地方式的改进图6 单点接地方式1Fig.6 Mode1forOPGWearthedatonesinglepoint图7 单点接地方式2Fig.7 Mode2forOPGWearthedatonesinglepoint图8 单点接地方式3Fig.8 Mode3forOPGWearthedatonesinglepoint由图68可见只要具备合适的带放电间隙绝缘子、绝缘引下夹具和高压隔离绝缘光缆接续盒等3种特殊的安装元件再加上常规的悬垂、耐张及防振金具等OPGW就可以采用单点接地方式运行其中高压隔离绝缘光缆接续盒是实现OPGW单点接地运行的核心设备。2.2.2 单点接地 实施方案 关于机房搬迁实施方案高中班级自主管理实施方案公交公司安全生产实施方案成立校园管乐队的实施方案中层管理人员竞聘上岗实施方案 工程上为实现OPGW单点接地可采用以下金具形式和技术方案。1悬垂金具:采用双联结构预绞丝式悬垂线夹并在其中串入带有放电间隙的绝缘子见图9。2耐张金具:采用双联结构预绞丝式耐张线夹并在其中串入带有放电间隙的绝缘子见图10。3防振金具:采用预绞丝式防振锤形式同逐塔接地见图3。4带有放电间隙的绝缘子:串接在悬垂、耐张金358高电压技术2010362表2 正常运行时的OPGW电磁感应电压Tab.2 ElectromagneticinducedvoltageofOPGWundernormalconditionsV输送潮流功率单回运行1150MW双回运行1150MW单回运行2400MW盘长4km414224863盘长5km5182801079盘长6km6213351295注:单回运行的线路与OPGW在同侧。表3 短路故障时的OPGW电磁感应电压Tab.3 ElectromagneticinducedvoltageofOPGWundershortcircuitconditionskV短路电流8kA30kA50kA盘长4km9.434.356.9盘长5km11.842.871.1盘长6km14.151.485.3注:单回故障故障相距光缆最近另一回送1150MW。具中见图9和10。带有放电间隙的绝缘子在正常运行时应实现OPGW与铁塔挂点的绝缘并承受一定的电磁感应电压在雷击和线路故障时可通过放电间隙放电将大电流经铁塔引入大地。以第1章中500kV线路为例经计算在线路正常运行和故障时每盘OPGW绝缘端电磁感应电压见表2和3。若带放电间隙绝缘子选用目前500kV线路常用的地线型盘形玻璃绝缘子U70C/200及U70CN/200则可以基本满足上述工作环境和使用 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 其外形结构及技术参数见图11及表4。地线型盘形玻璃绝缘子的放电间隙在20mm间距时的工频放电电压为830kV在线路正常运行时OPGW电磁感应电压很小放电间隙不会被击穿OPGW通过绝缘子与铁塔绝缘在雷击光缆时放电间隙被击穿在线路故障时感应电压也很高间隙也将被击穿。由于间隙放电电极的耐弧能力仅10kA持续时间0.2s在系统故障电流较大时有必要改进其电极的材质使耐弧能力与系统的短路电流水平相适应。5绝缘引下夹具:用于将OPGW与铁塔绝缘并引下进行OPGW接续。由于线路正常运行时盘长6km的OPGW绝缘端的电磁感应电压2kV雷击和线路故障时受到塔头带放电间隙绝缘子的保护承受的最大电压图9 悬垂线夹Fig.9 Suspensionclamp图10 耐张线夹Fig.10 Tensionclamp图11 地线型盘形玻璃绝缘子Fig.11 Discglassinsulatorforearthwire30kV 因此可采用ZS6212/4户外棒式瓷绝缘子一端加装角钢夹具另一端加装OPGW夹具组装实现。ZS6212/4户外棒式瓷绝缘子的外形结构及技术参数见图12及表5。绝缘引下的OPGW正常运行及故障时均具有危险电位在线路带电时进行上塔维护若将绝缘引下铁塔的OPGW临时接地OPGW上的电磁感应电压将通过两端接地铁塔产生入地电流见表6。为避免此入地电流引起的接触电压、跨步电压和转移电压对施工人员的电击伤害可以选用以下技术措施防范7:??在塔位周围敷设环型带射线均压接地装置。??在塔位周围敷设高电阻率的砾石。??敷设临时工作接地网。6高压隔离绝缘光缆接续盒:用于将两端的OPGW电气隔离并与塔身绝缘熔接两端光纤。高压隔离绝缘光缆接续盒是OPGW实现单点359过电压与绝缘黄旭峰.光纤复合架空地线接地方式的改进表4 地线型盘形玻璃绝缘子技术参数Tab.4 Parametersofdiscglassinsulatorforearthwire 技术参数U70C/200U70CN/200钢化玻璃绝缘子公称直径D/mm200200钢化玻璃绝缘子结构高度H/mm210210钢化玻璃绝缘子公称爬电距离Lc/mm220220钢化玻璃绝缘子机械破坏负荷/kN7070钢化玻璃绝缘子工频击穿电压/kV130130钢化玻璃绝缘子20mm间隙工频放电电压上限值/kV3030钢化玻璃绝缘子20mm间隙工频放电电压下限值/kV88钢化玻璃绝缘子15mm间隙2.5kV熄弧能力感性电流/A3535钢化玻璃绝缘子15mm间隙2.5kV熄弧能力容性电流/A2020钢化玻璃绝缘子电极耐弧能力工频电流/kA1010钢化玻璃绝缘子电极耐弧能力时间/s0.20.2钢化玻璃绝缘子电极耐弧能力次数22钢化玻璃绝缘子绝缘子单片质量/kg4.54.5表5 ZS6212/4绝缘子技术参数Tab.5 Parametersofoutdoorrodceramicinsulator技术参数数值额定电压/kV12相应的系统标称电压/kV10工频1min干耐受电压有效值/kV42工频1min湿耐受电压有效值/kV30工频击穿电压有效值/kV74 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 雷电冲击耐受电压峰值/kV75额定机械破坏弯曲负荷/kN4额定机械破坏扭转负荷/kNm0.6高度/mm215最小公称爬电距离/mm190最大公称直径/mm180单片质量/kg5.4接地的核心设备目前尚无厂家生产这类专用产品但在35110kV光纤复合架空相线opticalphaseconductorOPPC工程中已开发出类似产品作 为光缆终端接续盒见图13。图12 ZS6212/4户外棒式瓷绝缘子Fig.12 OutdoorrodceramicinsulatorZS6212/4图13 35kVOPPC光缆终端接续盒Fig.13 Opticalcableend2jointboxfor35kVOPPC表6 OPGW接地时入地电流Tab.6 InducedcircuitwhenOPGWisgroundedA输送潮流功率单回运行1150MW双回运行1150MW单回运行2400MW方式1图6A2B塔间6kmA塔接地B塔临时接地271756方式2图7A2E塔间3kmA塔临时接地E塔接地14928方式3图8B2C2D塔间各6kmB、D塔接地C塔临时接地33B/D塔0.3C塔20B/D塔0.3C塔67B/D塔0.3C塔注:单回运行线路与OPGW在同侧同一换位段铁塔接地电阻108。为实现OPGW单点接地可以采用以下解决方案:对于单点接地方式1中的高压隔离绝缘光缆接续盒一侧OPGW与铁塔绝缘另一侧OPGW接地采用1个35kVOPPC用的光缆终端接续盒代替即可对于方式2和3中的高压隔离绝缘光缆接续盒一侧OPGW与铁塔绝缘另一侧OPGW也与铁塔绝缘则采用1个安装在ZS6212/4户外棒式瓷绝缘子平台上的35kVOPPC用的光缆终端接续盒组装而成见图14。35kVOPPC光缆终端接续盒两侧光缆之间的360高电压技术2010362图14 光缆接续盒结构示意图Fig.14 Constructionofopticalcablejointbox图15 OPGW全线绝缘Fig.15 OPGWwhichisinsulatedentirely干耐受电压为100kV持续时间1min湿耐受电压为80kV持续时间1min采用现场注入油膏填充料工艺可取消上盒体的光纤接头8。2.3 全线绝缘可性行及工程实现2.3.1 全线绝缘可行性OPGW全线绝缘运行时可采用以下逐盘接线方式见图15。在OPGW接续塔两侧OPGW均采用绝缘夹具引下并采用安装在绝缘平台上的常规光缆接续盒连接OPGW经带有放电间隙的绝缘子与塔头连接在其它非OPGW接续塔的OPGW也经带有放电间隙的绝缘子与塔头连接。由图15可见只要具备带放电间隙绝缘子、绝缘引下夹具等特殊的金具再加上常规悬垂、耐张及防振金具等OPGW全线绝缘运行也是可行的。2.3.2 全线绝缘实施方案OPGW全线绝缘可采用以下金具形式和技术方案。1悬垂金具:采用双联结构预绞丝式悬垂线夹并在其中串入带有放电间隙的绝缘子形式与单点接地方式一致。2耐张金具:采用双联结构预绞渴侥驼畔呒胁?谄渲写氪蟹诺缂湎兜木底有问接氲サ憬拥胤绞揭恢隆?防振金具:采用预绞丝式防振锤形式同逐塔接地。4带有放电间隙的绝缘子:串接在悬垂、耐张金具中形式与单点接地方式一致。在全线绝缘方式下带有放电间隙的绝缘子在正常运行时要能承受一定的静电感应电压实现OPGW与铁塔的绝缘在雷击和线路故障时可通过放电间隙放电将大电流经铁塔引入大地。全线绝缘的OPGW上的静电感应电压U0可由电磁场矩阵方程UpQ求出9。式中U为导地线对地电压构成的n阶列向量p为导地线电位系数构成的n阶矩阵Q为导地线等效电荷构成的n阶列向量。若不考虑导线、地线换位则500kV同塔双回线路正常运行时OPGW的静电感应电压很高约50kV。若通过合理的导线、地线布置和换位则全线绝缘OPGW正常运行时的静电感应电压可控制在较低水平如2.5kV以内其值取决于导线、地线换位的平衡度9。在线路短路故障时因线路故361过电压与绝缘黄旭峰.光纤复合架空地线接地方式的改进障点处的电磁场平衡度被严重打破故OPGW的静电感应电压将跃变至几十kV。总之全绝缘的OPGW的静电感应电压水平与全线电磁场的平衡度有关一旦原设计的电磁场平衡度被打破如线路开断、改线或导地线接地等就会极大地提高OPGW的静电感应电压水平。因此与OPGW逐塔接地和单点接地方式相比OPGW全绝缘在工程应用中限制因素较多一般不推荐采用。以第1章中500kV线路为例双回导线逆相序排列并采用L/3L/3L/3反向两次换位因此全线绝缘的OPGW 正常运行时的静电感应电压可控制在较低水平带有放电间隙的绝缘子也可采用U70C/200及U70CN/200地线型盘形玻璃绝缘子。5绝缘引下夹具:用于将OPGW与铁塔绝缘并引下进行光缆接续。全线绝缘方式下通过合理的导地线换位OPGW的静电感应电压可控制在2.5kV左右。在线路带电时进行上塔维护若将绝缘引下铁塔的OPGW临时接地则两侧非接地端OPGW上将产生较高的电磁感应电压其值取决于接地点两侧线路长度和导线、地线换位的不平衡度。以第1章中500kV线路为例在不同的接地点产生的电磁感应电压见表7。根据表7的工作条件绝缘引下夹具也可采用ZS6212/4户外棒式瓷绝缘子一端加装角钢夹具另一端加装OPGW夹具组装形式与单点接地一致。6光缆接续盒:采用常规光缆接续盒形式同逐塔接地两端的光缆电气连通但需固定在棒式瓷绝缘子组装的绝缘平台上与铁塔绝缘。3 各种接地方式安全可靠性分析以上分析说明了OPGW在不同接地方式下的可行性和工程实施方案以下进一步分析比较不同接地方式下OPGW线路系统的安全性和可靠性。OPGW线路系统由OPGW、光缆金具等组成。OPGW线路系统的安全可靠性由组成系统的各元件的安全可靠性决定。3.1 OPGWOPGW既是线路的一根地线又是光纤通信系统的载体。因此OPGW除要满足地线的机械电气特性外更要保护好其中的光纤。在3种不同的接地方式下目前影响OPGW安全可靠运行的主要因素是短路电流和雷击10212。1短路电流3种不同接地方式下在线路接地短路故障时均有故障电流流过OPGW因此OPGW选型时均表7 OPGW接地时电磁感应电压Tab.7 ElectromagneticinducedvoltagewhenOPGWisearthedkV临时接地点单回运行1150MW双回运行1150MW单回运行2400MW接地端靠近第1个1/3换位点绝缘端2/3长度4.02.58.3接地端靠近线路中间绝缘端1/2长度3.52.27.2注:线路总长L为115km单回运行的线路与OPGW在同侧导线采用L/3L/3L/3换位地线不换位。需采用系统远景时的线路短路电流值计算OPGW的短路容量并留有一定的裕度。只要OPGW允许承载的短路电流允许温度40200bC持续时间0.25s大于所流故障电流OPGW就是安全的。在逐塔接地方式中每套OPGW悬垂和耐张金具均配有接地线使故障电流向故障点两侧全线各基铁塔分流。而单点接地和全线绝缘方式中因悬垂和耐张金具中均串入了带放电间隙绝缘子使得故障时故障点两侧仅有部分铁塔的间隙被击穿。因此在进行线路故障电流分配计算时应有所区别。同时还应注意到目前放电间隙电极的耐弧能力仅10kA持续时间0.2s对更大的短路电流需改进其电极的材质以便大电流顺利流通。2雷击目前国内雷击逐塔接地的OPGW引起OPGW断股甚至断线的 案例 全员育人导师制案例信息技术应用案例心得信息技术教学案例综合实践活动案例我余额宝案例 较多。对雷击OPGW断股的统计表明1314:发生断股的大多是铝合金绞线外层断股与内层结构型式无关外层单丝直径较小的更易断股高幅值雷电流和低幅值雷电流均可能造成断股OPGW比普通GJ地线更易遭雷击。目前国内对OPGW抗雷击断股采取的主要技术措施是:OPGW外层单丝采用铝包钢线线径3.0mm可基本满足雷击不断股或断股后OPGW破断力损失不大光缆不断线并可采用预绞丝护线条修复。另外国网电力科学研究院对双避雷线不同接地方式下雷击选择性的试验研究结果表明14:当普通避雷线对地绝缘、OPGW逐基接地时击中OPGW的雷击次数占总次数的90以上当普通避雷线一点接地、OPGW逐基接地时击中OPGW的雷击次数占总次数约60。因此可以说逐塔接地的OPGW较单点接地和全绝缘的OPGW遭受雷击的概率大在采用相同的缆型时单点接地和全绝缘的OPGW较逐塔接地的OPGW安全。362高电压技术20103623.2 悬垂、耐张金具和带放电间隙绝缘子悬垂、耐张金具的主要作用是悬挂 OPGW因此应具备一定的机械强度和合理的组装形式以确保OPGW不掉线。单点接地和全绝缘方式采用的悬垂、耐张金具一致它们与逐塔接地方式采用的悬垂、耐张金具之间的主要区别在于串入了带放电间隙绝缘子并采用双联结构。因此带放电间隙绝缘子的可靠性决定了两者间的差别。带放电间隙绝缘子既要承受运行中OPGW的张力又要在正常运行时将OPGW与铁塔绝缘在雷击和故障时导通电流。因此带放电间隙绝缘子既要有良好的机械强度又要有良好的电流承载能力。根据工程使用条件带放电间隙绝缘子可采用地线型盘形玻璃绝缘子。地线型盘形玻璃绝缘子的机械破坏负荷应与悬垂、耐张串中的其它元件的强度匹配满足规程对绝缘子机械强度的安全系数要求。玻璃绝缘子在寿命周期、失效率、失效检出率、事故率、可靠性试验等可靠性评价指标上均优于其它类型绝缘子。根据实际运行数据玻璃绝缘子的寿命周期可达40a与OPGW及组装串中的其他金具使用寿命匹配玻璃绝缘子寿命周期内平均失效率为1410-4a-1比瓷绝缘子低12个数量级而复合绝缘子很难预测玻璃绝缘子失效的表现形式是/自动破碎0和/零值自破0只需凭借目测就可方便地检测出失效的绝缘子其失效检出率可达100优于瓷绝缘子和复合绝缘子在事故率方面国产玻璃绝缘子30a以来的运行经验证明在220500kV的输电线路上从来没有因为玻璃绝缘子失效而发生过掉线事故在可靠性试验中玻璃绝缘子通过了各种方式的加速寿命试验和强制老化试验性能优于瓷绝缘子和复合绝缘子15。由于悬垂、耐张串中采用了绝缘子冗余的双联结构而且玻璃绝缘子的失效检出率为100因此即使只有1个绝缘子出故障也完全可以及时发现并带电更换绝缘子对OPGW的运行毫无影响。地线型盘形玻璃绝缘子的放电间隙的耐弧能力仅10kA持续时间0.2s必要时需改进其电极的材质使耐弧能力大于系统的短路电流水平。3.3 防振金具3种接地方式下选用的OPGW防振金具是一致的因此其安全可靠性也是一致的。3.4 引下夹具引下夹具用于沿塔身固定OPGW并将其引下到一定的高度进入光缆.