OPGW光纤复合地线在输电线路的设计选型

OPGW光纤复合地线在输电线路的设计选型

何为

（四川省电力设计院）

摘要：科技进步电网发展，高压架空送电线路中OPGW已经得到广泛的应用。OPGW既具有架空地线防雷的作用，也兼顾了电力系统通信的功能。本重点分析了OPGW在输电线路中的设计要点以及选择。

关键词：OPGW；短路电流；分流地线

1OPGW简介

OPGW（OpticalFiberCompositeOverheadGroundWire）是把光纤单元组装进架空地线里，使其具有架空地线及光纤通信双重功能。[1]OPGW的基本结构由含光纤的缆芯（光单元）和绞合的金属线材（铝包钢线ACS或铝合金线AA）组成。其中，光纤提供了传输通道，钢成分主要提供了机械强度，铝成分则主要承载短路电流。OPGW的常见结构型式见下图：OPGW的结构型式见下图：

图5内螺旋塑料管的OPGW结构图6骨架槽的OPGW结构

2．OPGW的选择：

2．1应满足光纤通信的要求：

OPGW首先作为光纤通信上来讲，它必须先满足用户及通信系统所需的光纤（根）数量、类型、允许衰耗（db）数值、光端机的类型等。并考虑到光脉冲在OPGW传输过程中的工作波长、色散、带宽、衰减等特性，尽量选用传输效果好的OPGW。一般光纤从传输模式上可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤适合于长距离，大容量的传输，多模光纤适合短距离、局域网的传输。另外色散也是光纤的一个重要指标，多模光纤存在较严重的模式色散，而单模光纤不存在模式色散。现今来说，复合光缆的发展趋势是单模光纤。

2．2．OPGW作为普通地线的要求：

2.2.1与导线配合的要求：

1）根据规范规定：输电线路导地线的设计安全系数不小于2.5。地线的设计安全系数，宜大于导线的设计安全系数。

2）杆塔上两根地线之间的距离，不应超过地线与导线间垂直距离的5倍。

2.2.2防雷要求：

档距中央导、地线最小安全距离S，S≥0.012L+1，L为档距，单位为米。

2.2.3.杆塔荷载及OPGW自身受力要求：

1）.OPGW的外部受力（垂直分量、水平分量、纵向分量）应与一般地线一样必需满足杆塔的荷载条件要求。

2）.由于OPGW中间有一部分基本上不考虑抗拉强度。与普通地线相比，在相同的拉力下，一般要求OPGW应比与它匹配的另一根地线的直径要略大。

2.2.4.防振的要求：

1）OPGW防振原理与必要性与架空地线相同。

2）光缆的防振措施有防振锤及螺旋阻尼器（防振鞭）。

a）防振锤：防振锤是一种调节频率减振器，对于大直径导线，具有非常有效的防振效果。常用用于轻冰区，安装必须配予护线条。

b）螺旋阻尼器（防震鞭）：防振鞭（螺旋防振器）是目前常用的一种冲击型减振器，防振鞭对小缆径的输电线路和光纤线路的高频率振动的减振非常有效。采用螺旋防振器，是对重冰区的有效防振措施。

2．3．OPGW最大允许短路电流及热稳定方面的要求：

作为设计人员，应依据OPGW的制造厂家提供的最高允许短路电流（I许）或最高允许温度（T许），结合电网的实际情况，计算出实际最大短路电流（I实）或实际温度（T实），要求I许（T许）≥I实（T实）。否则，由于光纤的衰减将发生不可逆的劣化，使通信质量严重下降。必须更换产品或采取其它措施（更换良导体地线、增设分流线）。在线路设计中，就本人经验来说，关于此方面的设计思路大致如下：

2．3．1．确定系统总入地短路电流值I总：

根据电力系统5—10年规划（更远景年）的系统接线图进行短路电流计算，求得5—10年后（更远景年）系统的短路电流值。在整个线路上任何一点的短路电流必须小于I总。

2．3．2．确定系统短路电流的等效时间te：

可根据系统保护动作时间、通道延时时间、断路器动作时间、重合闸动作时间和短路电流非周期分量时间等来确定短路电流的等效时间。短路电流持续时间越短，允许的短路电流就越大。对于高可靠线路短路电流持续时间取0.26～0.3秒；一般线路取0.5秒。广东电网公司《光纤符合架空地线设计深度和技术规定》中建议：500kV线路取0.25秒；220kV线路取0.30秒；110kV线路按两端变电所保护切除时间来校验。

本文建议110～220kV线路应根据系统短路电流大小、工程的重要性，在0.25～0.30秒中选择。

2．3．3．确定各种型号的分流线在系统中的最大允许短路电流：

1）.根据热稳定要求，各种待选型号的分流线允许短路电流应按规程《交流电气装置的接地设计规范》（GB/T50065-2011）来计算。其最小截面

式中：I—地线验算短路热稳定允许电流，A；C—载流部分的热容量，cal/℃/cm；

a0—载流部分20℃的电阻温度系数，℃-1；t1—地线初始温度，℃；

R0—载流部分20℃的电阻，Ω/cm；T—计算短路热稳定的时间，s；

t2—地线短路热稳定允许温度，℃。

2．3．4．OPGW及分流线的短路电流计算：

1）计算模型：

输电线路发生单相接地短路时，短路电流从故障点沿地线向两侧流散。在线路两端靠近变电站，尤其是线路终端塔处发生短路时，短路电流接近变电站母线的短路电流，此时地线上承受的短路电流通常是最大值。变电所第一档的等值电路如下图（a）所示，地线的等效电路如下图（b）所示。

用该网络可计算出组合地线上不同点的入地总电流。

2）.确定OPGW及分流线的短路电流：

送电线路的短路电流通常在线路出口处（两端变电所及发电厂两端）最大，随着线路的延伸将急剧下降。在长线路工程中，为了节约投资，一般考虑在线路出口处采用大截面、低阻抗、载流容量大的OPGW，而在中间的大部分区间则可采用截面较小的OPGW，同时另一根分流线的选择上也可采用不同的地线与之匹配（截面出口大，中间小），这样可节约大量工程投资。在系统短路时，OPGW与另一根地线中各自流过的短路电流分布可按下式确定。

IOPGW/I地线=（Z地线－Z互阻）/（ZOPGW－Z互阻）

IOPGW：短路时流过OPGW线的电流；

I地线：与OPGW配合的另一根地线中的电流；

Z地线：地线自阻抗；

Z互阻：两根平行地线（OPGW与分流线）间的互阻抗；

ZOPGW：OPGW线的阻抗；

用1）中所计算出的入地总电流，结合上式所计算得到的分流比例，则可计算出OPGW和分流线上的实际短路电流I实。如果I实≤I许，则满足热稳定方面的要求。

一般来说，为了减低OPGW的短路电流，可采取以下几种措施：

a）.出口处采用截面大、载流量大的OPGW及对应的大截面良导体分流线。可直接起到与OPGW分流的作用。

b）.变电站进出站段的杆塔可以敷设离子接地极或接地模块，以降低杆塔接地电阻。当这段线路出现短路故障时，可是OPGW通过的电流减少。

c）.进出变电站的几档，杆塔接地体相互连接起来，并与变电所接地网相连。此时发生故障时，档中电流分布比较均匀，流经OPGW的电流不大。

d）.在进出变电站的几档定位中，尽量不要出现大档距，一般档距控制在200—300米为宜。

3．小结：

OPGW用作架空地线，具有地线和光缆的双重功能，由于它的结构和性能不同于单独的地线，也不同于单独的光缆，因此，在进行OPGW的线路设计时必须充分考虑其结构和性能的特殊性，通过技术经济比较，再结合设计规程进行设计选型。总的来说，OPGW光纤通信具有技术先进、性能可靠、运行安全、寿命长等优点，在我国的电力系统中已得到广泛采用，它是电力通讯网中一种成熟的应用。

参考文献：

[1]《电力系统同步数字系列（SDH）光缆通信工程设计技术规定》.2007.