高压下OPGW光缆接地线的改进方式

本文由OPGW光缆厂家转发，德州华德电力勘察设计有限公司 韩立奎，张兆华，韩晓冰，王海涛
光缆逐基接地环流耗能分析 地线逐基接地所产生的电能损耗原因为： 由于避 雷线与交流输电导线间存在静电耦合和电磁感应， 在 避雷线上会出现一定的感应电压。 当 避雷线与大地形 成回路时会形成环流， 因环流导致输电线路的电能损 耗， OPGW 上 感应出静电感应电流和电磁感应电流两 部分。 静 电感应电流是由于导线和地线之间的耦合电 容引起的。 因 静电感应电流引起的电能损耗非常小， 在本文我们主要考虑电磁感应电流引起的电能损耗。 对于某一输电线路， 在正常情况下， 三相电流平 衡。 由 于避雷线至各相导线的距离一般不相等， 它们 之间的互感有些差别。 因 此， 尽管在正常情况下三相 导线上的负荷电流是平衡的， 但在避雷线上仍然要感 应出一个纵电动势 [1] 。
如 果避雷线逐塔接地， 这个电动 势就要产生电流， 其 结果是增加了线路的电能损失。 以 某 2 20k V 单 回 线 路 为 例 进 行 计 算 ： 导 线 型 号 为 LGJ -400/50 （r =14mm）； 地 线 采 用 O PGW -100 （r = 7mm)）； 线 路输送功率为 1 20MW，cosφ＝0.9， 电 压为 220k V；OPGW光缆的内阻抗为 R i =0.54Ω/km，X i = 0.25Ω/km；地 区大地电阻率为 2 00Ω·m； 线 路总长 L = 130km；年 损失小时数 τ 按 4 000h。 经 计算， 可得单回线 路地线之间环流损耗为 3 4138k W·h /年 ； 地 线与大地 间环流损耗为 2 620k W·h /年 。
从以上计算结果可以得出如下结论： 地线 OPGW光缆电能损耗主要发生在两条直接接地的地线之间； 地线与大地之间电能损耗只相当于线间损耗的 8 %左 右。 因 此， 对于单回线路的两根地线， 如果一根地线为 OPGW 光 缆， 另一根为普通镀锌钢绞线 （ GJ）或 铝包钢 绞线（ JLB）；除 非在变电站进出口段， 普通地线承担着 分担单相接地短路电流的特殊作用时， 可采用逐塔直 接接地的方式外， 其它地段的普通地线一定要采用地 线绝缘的接地方式， 否则会损耗大量电能。 对于同塔双回输电线路上的两根地线一般都是 OPGW 光 缆， 全部需要采用逐塔直接接地的方式 。 这 种接地方式会比两根地线中一根绝缘、 一根直接接地 多消耗 1 0 倍 以上的电能。 我 们可否也可以采用其中 一根光缆像普通地线那样采用分段绝缘、 单点接地的 方式呢？ 下 面我们就对这种接地方式的可行性进行分 析2 OPGW 光 缆采用分段绝缘、 单点接地工程可 行性与实现手段 OPGW 接 地方式如果要采用分段绝缘 、 单点接地 方式， 从技术手段上是可行的。

光缆悬垂与耐张金具 可以借鉴普通地线绝缘子的金具组装方式， 达到地线 与接地部分的绝缘。 悬 垂金具与耐张金具见图 1 与 图 2 所 示。 耐 张段完整的光缆布置方式如图 3 所 示， 在线路耐张段中， 除了中间取 1 基 直线塔直接接地外， 在其它直线塔上采用带有放电间隙的悬垂绝缘子使地 线与铁塔绝缘 [2] 。 两 侧耐张塔也采用带有放电间隙的 耐张地线绝缘子使地线做到绝缘。 光 缆接头盒处的处 理方式为， 杆 塔两侧 OPGW 均 采用绝缘夹具引下， 选 用高压隔离绝缘光缆接续盒进行光缆接续， 可以做到 两侧 O PGW 在 高压隔离绝缘光缆接续盒内电气隔离， 互不导通 [2] 。 这 里比较关键的核心部件是高压隔离绝 缘光缆接续盒， 因现在没有这方面的需求， 所以还没有 厂家生产， 但 是可以借鉴采用专门为 3 5～110k V 光 纤 复合架空相线（ OPPC）生 产的高压隔离绝缘光缆接续 盒， 该接续盒是专门用来隔离 3 5k V 相 对地电压的， 完 全可以满足本工程地线绝缘光缆电隔离的需要

这种接地方式存在的安全可靠性问题有：
①在 逐塔接地方式中， 每套 O PGW 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 分段绝缘、 单点接地方式中， 因悬垂和耐 张金具中均串入了带放电间隙绝缘子， 使得出现故障 时故障点两侧仅有部分铁塔的间隙被击穿。 因 此， OPGW 承 担的故障短路电流有所增大。
②现 有的地线绝缘子放电间隙电极的耐弧能力 仅 1 0k A (持 续时间 2 s)，对 更大的短路电流， 不能满足 放电间隙接地极的耐弧能力要求 [4] 。
③当 O PGW 上 静电感应电压较高时， OPGW 与 接 地构件间可能出现电火花放电。 若 持续时间较长， 由 于 O PGW 外 层股线特别是铝合金股线的熔点较低可 能造成外层单丝断股。
④当 线路发生短路接地故障或雷击 O PGW 时 高 幅值的暂态电压可能在 O PGW 与 接地构件间建立起 电弧通道， 电弧弧根的高温会造成 O PGW 外 层单丝断 股。
针对以上几方面可能出现的问题， 提出如下解决 方案：
①鉴 于短路电流主要发生在输电线路两端变电 站进出口测 0 ~3km 处 ，因 此， 为保证光缆的安全可靠 性 ， 对 于 线 路 两 端 距 离 变 电 站 或 电 厂 3 km 以 内 的 OPGW 光 缆仍然采用原先的逐塔接地方式。
②对 于超出变电站 3 km 以 上的线路， 如果经计算 单相短路仍然大于等于 1 0k A，可 以采用改进地线绝缘 子材质， 增大放电间隙电极的耐弧能力； 或者再延长 一段逐塔接地方式线路长度， 使单相接地短路电流降 下来。
③对 于 OPGW 静 电感应电压较高问题， 因 2 20k V 电压等级还不算太高， 在一个耐张段内， 经单点接地， 并辅以必要的导地线换位， 正常感应电压一般不会超 过 1 k V， 这 个电压等级还不足以对接地构件造成火花 放电 [5~11] 。
④当 线路发生短路接地故障或雷击 OPGW 时 高 幅值的暂态电压首先在地线绝缘子接地极处导通放 电， 放 电极间隙较其他路径具有先行导通的功能， 引 导放电电弧和雷电流经放电极间隙泄放。 放 电极间隙 引导电弧通道集中在间隙内而不溅散。 电弧弧根限制 在导弧间隙的两电极端部， 从而保护 O PGW 光 缆不因 电弧高温而发生断股。 还 有一个重要保障措施就是， 为保证 OPGW 外 层单丝不被雷电击中断股， 国家电网 公司早在 2 007 年 就规定了 2 20k V 以 上的新建 OPGW 线路外层单丝必须采用 3 .0mm 以 上的铝包钢绞线。 铝 包钢绞线的熔点一般大于 1 500℃，比 铝合金单丝熔点 （约 6 40℃）大 。
因 此， OPGW 外 层采用铝包钢绞线单丝 基本可以保证光缆不会断股。
结 束语 通过对 2 20k V 输 电线路地线 O PGW 光 缆直接接 地损耗电能的详细计算， 发现单回线路一根直接接地 光缆每百公里年耗能大约在 2 ×10 3 k·h /年 ； 而 另一根 地线如果也是直接接地光缆， 那 么耗能将增加 1 0 倍 以上。 这 么大的能源损耗与建设“ 节能型、 环保型” 输 电线路的精神不相符合。 地线 O PGW 尝 试采用分段绝缘、 单 点接地方式， 此时 O PGW 中 仅流过很小的静电感应电流， 光缆耗能 将大幅度减少。 通过采用合格的地线绝缘子、 高压绝缘光缆接头 盒等产品， 并经过科学的设计， 分段绝缘、 单点接地方 式的安全可靠性是有保障的