OPGW光缆设计原则（适用于220KV线路）作者-袁敬中张国华彭岱朱海

袁敬中、朱海-华北电网有限公司

张国华-北京国电华北电力工程有限公司

彭岱-华北电力物资总公司

近几年 ,华北电网建设项目很多 ,电网通信光缆建设很快 ,各个地区应用的电力光缆越来越多 , 但是目前 220 kV OPGW光缆设计原则不明确 , 各设计单位在工程中所采用的标准和原则都不一致 ,为了规范设计及 OPGW的选择 ,需要制定一些技术原则 ,以便于设计 ,保证光缆通信网建设。为了规范化 220 kV OPGW 光缆设计原则 , 规范短路电流的选择、故障持续时间的选择、起始温度选择、最高温度的选择、分流原则 , 以及 O PGW外股直径的选择等设计原则 ,从电力系统要求角度出发 ,组织各单位开展该研究。经过 1年多的积极研究 ,提出了一些设计原则 ,并把研究成果应用到各 O PGW光缆项目设计中。采用该研究成果设计的 OPGW 光缆 ,投入电网运行以来 ,运行良好 ,有力保证了电网通信电路。

建议今后各设计单位 ,积极采用该研究成果 , 在新建设的 220 kV 电网线路光缆项目设计和建设中 ,合理设计和选择 OPGW光缆 ,使公司建设的各工程 OPGW选择更加合理 ,有利于基建工程的实施 ,保证电网的安全稳定运行 ,有利于电力通信 ,大大方便设计和节约投资。

1 短路电流和时间的选择原则

1. 1 短路电流选择原则

短路电流选择可以从两个方面考虑: ( 1) 取电厂或变电站最大短路电流 (断路器设备的遮断容量 )做为短路电流设计值; ( 2) 取电厂或变电站规划远景年的持续短路电流值作为设计值。上述两种取值方法各有优劣: ( 1) 方法 1比较直观 ,能直接反应电厂或变电站的短路电流值 ,使 O PGW的选择能与电厂或变电站设备配套; ( 2) 方法 2能直接反应电厂或变电站规划远景年的持续短路电流 ,但是 ,从各设计院的情况来看 ,规划远景年的年限在 10～ 15年 ,而 O PGW的运行年限在 30年以上。所以 ,使用规划远景年的持续短路电流就显得不匹配 ,需要增加裕度 ,而裕度取值不好确定。建议按最大短路电流取值选择电厂或变电站断路器设备遮断容量。 1. 2 短路电流持续时间选择原则短路电流持续时间要考虑主保护动作时间、断路器动作时间、重合闸时间和短路电流的非周期分量。 220 kV 线路主保护的动作时间是 0. 15 s,其它也按 0. 15 s考虑。所以 , 220 kV 线路短路电流持续时间一般按 0. 3 s考虑。

2 温度选择原则

2. 1 起始温度选择原则

O PGW热稳定计算中起始温度取值直接关系到 O PGW选型 ,因 O PGW是架设在架空线路的铁塔上 ,受环境温度的影响较大 ,光缆的温度也是时时变化的。在线路设计中,最高设计温度是取 40℃ ,从重要性考虑, O PGW热稳定计算时 ,起始温度也取 40℃ ,可保证有一个安全度。建议起始温度取 40℃。

2. 2 OPGW最高允许温升选择原则

OPGW最高允许温升一般是由 OPGW的组成材料决定 ,此值应该由制造厂家提出。 OPGW最高允许温升主要是由保护光纤的油膏和铝的软化温度决定 ,如果温度过高 ,油膏易老化 ,不能起到保护光缆的作用。而铝的温度过高 ,铝材抗拉强度降低 ,从而使 OPGW的安全可靠性不能保证。从安全角度考虑 ,建议 OPGW最高允许温度取 180～ 200℃。

3 截面和直径的选择原则

O PGW光缆做为地线架设在线路上,既作为通信载体,同时也具有普通地线的全部功能。电力线路发生单相接地短路,流经两根地线中的电流是按阻抗分配的,而地线 ( OPGW 和另一根地线)的阻抗与线径等有关,所以选择 O PGW时,应充分考虑另一根地线的分流作用,力求两根地线的截面、直径基本相一致,除此之外还应是 OPGW和另一根地线在大气无风情况下的弧垂基本接近。 OPGW截面和外径的选择原则主要是要和分流线的截面和直径相匹配 ,尽量不要大于分流线的截面和直径。在铁塔负荷计算中是以分流线的直径来计算塔的水平负荷 ,如果光缆的直径大于分流线就会增加杆塔地线支架外负荷 ,影响塔的强度 ,影响运行安全。在长距离输电线路中 , O PGW可分为粗细两种光缆,粗光缆直径要与分流线的直径匹配,而细光缆直径取值主要是从经济合理的角度考虑,原则上讲不受控,只要满足热稳定和防雷的要求即可。最近 , OPGW雷击断股事故发生的较多 ,从防雷角度看 ,外层单丝直径越大越好 , OPGW直径也是越大越好 ,可以提高抗雷击能力。从各设计院热稳定计算情况看 ,分流线一般取 JLB40-120～ 185型的铝包钢绞线。直径是14. 25～ 17. 5 mm。变电站或电厂断路设备的遮断容量最大是 40～ 50 k A。考虑到分流线的分流作用 ,变电站出口处光缆中流过的最大短路电流在 19～ 24 k A,根据目前各光缆厂家的生产情况 ,粗光缆直径在 16 mm左右 ,不同材质光缆的允许短路电流虽有所不同 ,但其允许短路电流可以达到 24kA左右 ,外层单丝是铝合金的光缆允许短路电流值大,全铝包钢材质的光缆允许短路电流值小。单相接地短路电流 ,随距变电站或电厂距离的增加而衰减,衰减速度和线路长度与导线的材质、电阻有关。距变电站或电厂达到一定距离后 ,短路电流可衰减到 20 kA 以下 ,这时 ,选用直径为 13. 5～ 15 mm的光缆其允许短路电流可以满足要求。所以,粗光缆截面和直径的选择原则是要与分流线匹配,直径在 16 mm左右;细光缆截面和直径的选择原则是经济合理,满足抗雷击要求,直径取 14 mm。

4 材料选择原则

OPGW 材料选择 ,既要满足机电强度的要求 ,同时也要满足热稳定的要求。从抗雷击的角度来要求 ,就是要选用熔点高的材料 ,钢的熔点远高于铝合金材质的材料 ,选用全铝包钢材质的光缆是解决抗雷击的一种措施。所以 , 220 kV 线路在雷暴日少的地区可选用外层单丝是铝合金的材料。在雷暴日高的地区 OPGW 选用全铝包钢材料。考虑到电网运行可靠性宜选用全铝包钢材料。

5 抗拉强度选择原则

OPGW做为地线要满足规程要求的条件 ,即导线与地线间的距离要大于等于 0. 012L+ 1的计算结果。在分流线设计中 ,这一条件已经考虑。所以 , OPGW的弧垂只要与分流线匹配即可 ,具体讲就是“拉重比”要相当。由此可推算出 OPGW的额定抗拉强度。具体办法是: 由设计院给出大气无风条件下典型档距对应的最大弧垂及安全系数 ,由厂家自己依据成缆的参数反推额定抗拉强度 ,设计院不要对额定抗拉强度值做出要求。

6 其它选择原则

( 1) 从抗雷击角度要求: 220 kV 线路外层单股直径一般不小于 2. 75 mm。

( 2) O PGW 直流电阻要尽量满足设计要求的取值范围。

( 3) O PGW 最大使用张力安全系数要大于等于 3。( 4) O PGW宜使用双层及以上结构 ,外层单丝不宜混绞。

收稿日期: 2007-05-25 作者简介: 袁敬中 ( 1966- ),男,硕士研究生 ,高级工程师。曾从事计算机技术在电力系统保护、自动化和控制方面的应用研究 ,电网和发电工程调试及投运工作。现从事电网建设管理工作。

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