ADSS和OPGW光缆的主要故障和对策

1. 前言

随着全国大区电力联网以及城网、农网的改造和正在实施中的西电东送，给我国电力通信的发展带来了大好的机遇，最近几年的电力光缆应用发展的速度异常惊人。截止2000年底，我国ADSS光缆安装的数量已超过20000公里，光纤复合架空地线光缆 OPGW达8000公里。据2000年1月7日中国电力报的报导，近年电力通信网中在建和计划建设的光纤通信线路约7.85万公里，其中ADSS为3.6万公里，OPGW为2.19万公里，缠绕式光缆有173公里。

2. 主要故障

光纤复合地线(OPGW)已有二十余年的运行经验，技术比较成熟，至今很少有因短路电流而造成OPGW故障的案例，但却有因遭雷击造成故障的多起案例。据日本报导，日本中部电力公司安装了2500公里的OPGW，从1983—1992年的10年间，共发生了10次雷击断股。我国的湖北双至河南的南洋500KV的307.4公里的OPGW光缆，在刚施工放线完毕后，遭到了强烈雷击，造成多处铝合金线断股。我国是一个多发雷的国家，除了西北和东北地区外，我国大部分地区的雷暴日大于30天。最严重的雷州半岛、梅南及广东、广西雷暴日多达100天。云贵高原及四川的雷暴日达80天。巴西、日本等国情况统计分析，雷击是造成OPGW复合地线光缆故障的最主要原因。ADSS光缆在世界范围内已得到普遍的应用，美国的BPA电管局和纽约市供电局安装的电力光缆全是ADSS，且用到345千伏及以下的线路，却没有一条OPGW，原因是他们担心OPGW遭雷击。但是，ADSS光缆并不是十全十美、万失一失的，它的故障主要是电腐蚀。我国的湛江、上海、天津等地都已发生了因电腐蚀导致ADSS光缆在拉力金具末端烧坏的情况，上述三处的ADSS光缆都是使用在双回路220KV的线路上。在220KV双回路的线路中，当一回路停电另一回路还在输电时，电场强度分布会发生很大变化，并使ADSS光缆所处电位大大超过原先双回路同时供电计算的电位。当电位梯度或强场大于约20KV/cm时，将会发生频繁的电晕放电，并伴随有听得见的声音和看得见的亮光。另外，在金具的末端2.5cm处左右空间电位变化陡削，电位梯度很大（图1），使电场强度超过20KV/cm。这为电晕放电创造了先决条件。

3. 对策和应对措施

3.1 关于OPGW光缆在雷暴日较多的地区，应当对OPGW的耐雷性能加以考虑。为提高耐雷水平设计的OPGW，其结构较复杂(图2），成本也较高。适当加粗外层铝合金线是有一定效果的，据湖北双南线遭雷击情况分析，断股的OPGW发生在AY/ACS79/57外层股丝直径为2.5mm路段，而股丝外径为φ3.7和φ3.3的则没有发生断股。广东省采取了在雷电频繁的地区选用结构较大的OPGW，提高了OPGW的热容量，也相对提高了耐雷水平。我们建议，对于雷电活动频繁地区使用的OPGW，必须采用做过合格的耐雷闪试验的产品。

图2 日本设计的耐雷OPGW结构截面图

3.2 关于ADSS光缆

目前ADSS光缆已被广泛用在220KV及以下电压等级的线路中，且多属于老线路通信改造，因此，ADSS的架挂条件受到了一定的限止。ADSS光缆的悬挂点应通过精心设计，尤其是220KV双回路线路必须严格计算场强分布。计算结果表明：当双回供电线路在单侧停电时，原设计挂点上的场强变化很剧烈，完全有可能远远超过护套能承受的程度而造成故障。另外，在停电和送电瞬间的充放电足以在受污染的光缆表面引起电弧。计算结果还表明：双回路都属A、B、C对称排列是最恶劣情况，即可用于ADSS光缆悬挂的空间最小；而逆相排列，即线路相位排列为ABC—CBA情况下，可用于ADSS光缆悬挂的空间最大，详见图3。

图3 某杆塔220KV双回路设计的等电位线图

当一回路带电和另一回路停电接地的情况下，地面电场强度介于对称和逆相序排列两者电场强度之间。一般认为在220KV双回路中很难找到空间电位低的挂点，除了与相位排列有关外，双回路中一回路停电运行方式有时会成为挂点选择的控制因素。根据资料介绍，国外在双回路线路中ADSS光缆绝大多数安装在杆塔的中央。根据计算，这不仅双回路运行，单回路运行（停任一回路）都可以得到最低的空间电位的最佳位置。电晕放电起始电场强度取决于大气条件和金具末端的形状和粗糙度。如果光缆的金具末端的场强超过20KV/cm时，仅仅金具末端电晕放电也会引起光缆护套电腐蚀故障。要减轻电晕放电的措施主要是：降低金具末端处电场强度，使其低于20KV/cm，可防止或改善在耐张线夹和悬垂线夹的尾端产生电场及干电弧。根据上述要求开发了防电晕线圈（见图4），试验结果表明：防电晕线圈可将金具末端的电场强度降低六倍。

图4 防电晕线圈

防电晕圈效果明显，能有效地减轻电晕腐蚀。建议对设计和运行中空间电位较高的线路或一些重要线路中使用。另外，影响光缆电腐蚀的因素除了空间电位外，还与光缆所处地区的污秽水平有关，导线与ADSS光缆的弧垂等有关。重度污秽水平（即R=105Ω/m）是ADSS光缆安全运行的威胁，中等污秽水平（即R=106Ω/m）影响小多了，轻度污秽水平（即R=107Ω/m）不会构成ADSS光缆安全运行的威胁。为了减小污秽，光缆护套的表面应尽可能光滑。施工时，不可挂伤光缆的表面。安装施工后的塑料螺旋防震器与光缆接触部位容易积尘积灰，这是最容易发生干带电弧的部位。因此，安装防震圈应离金具末端远一些，一般应在一米左右。4. 结论4.1 ADSS光缆ADSS光缆的故障主要表现在电腐蚀，主要原因是光缆悬挂点所处的电场强度太高、光缆表面污染和金具预绞丝端口的电晕，可用以下对策防止或改善这类故障。（1）根据实际和可能发生的最坏情况计算场强并精心设计光缆挂点。（2）在双回路系统中，光缆尽可能悬挂在杆塔的中央合适位置。（3）在金具预绞丝端口部采用防电晕线圈，并使防振鞭与预绞丝端口距离不小于1米。4.2 OPGW光缆OPGW光缆的故障主现在受雷击，在雷电活动频繁地区应用的OPGW，除了考虑成本高的耐雷结构外，可用以下对策改善这类故障。（1）适当加粗外层绞线的直径。（2）适当加粗OPGW外径，提高热容量。（3）采用通过雷击试验的合格产品。