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电力特种光缆实际应用比较

日期:2015-05-18

  电力通信系统的健壮和优化是实?#31181;?#33021;电网的必备条件之一,作为电力通信系统基石的光纤传输网取得高速发展。为适应电力系统通信的特殊需要,电力特种光缆应运而生,经过近三十年的发展,电力特种光缆不但日趋成熟而且前景看好。
  1、各种电力特种光缆的特性
  电力特种光缆是通过电力系统独有的线路杆塔资源架设,附加于电力线和加挂于电力杆塔?#31995;?#20809;电复合式光缆,充分利用架空电力线路走?#21462;?#30005;力特种光缆受外力破坏的可能性小,可靠性高,虽然其本身造价相对较高,但施工建设成本较低。特种光缆依托于电力系统自己的线路资源,避免了在频率资源、路由协调、电磁兼容等方面与外界的矛盾和?#26639;穡?#26377;很大的主动权和灵活性。
  电力特种光缆按照敷设布防的方式分为光纤复合架空地线OPGW、光纤复合架空相线OPPC、全金属自承式光缆MASS、全介?#39318;?#25215;式光缆ADSS、地线捆绑光缆ADL和地线缠绕光缆GWWOP等几种。
  2、OPGW与ADSS比较
  这里对OPGW光缆及ADSS光缆就特性、适用特点、常见故障及解决方法等方面进行分析比较。
  A.特性区别
  架空地线复合光缆OPGW的突出特点是将通信光缆和高压输电线?#31995;?#26550;空地线结合成一个整体,将光缆技术和输电线技术相融合,成为多功能的架空地线,既是避雷线,又是架空光缆,同时还是屏蔽线,在完成高压输电线路施工的同时,也完成了通信线路的建设,非常适用于新建的输电线路。常见的OPGW结构主要有三大类,分别是铝管型、铝骨架型和(不锈)钢管型。
  全介?#39318;?#25215;式光缆ADSS在制造中采用?#21496;?#26377;高弹性模量的高强度芳纶纱作为抗张元件,同时光缆几何尺寸小,缆重仅为普通光缆的三分之一,可直接架挂在电力杆塔的?#23454;蔽?#32622;上,对杆塔增加的额外负荷很小,最大档距可达1500m。它的外护套经过中性离子化浸渍处理,使光缆具有极强的抗电腐蚀能力,能保证光缆在强电场中的寿命;光缆采用非金属材料,绝缘性能好,能避免雷击,电力线出故障时,不会影响光缆的正常运行;利用现有电力杆塔,可以不停电施工,与电力线同杆架设,可降低工程造价。各种各样的ADSS光缆结构可归纳为最主要的中心管型和层绞型2种。
  B.适用特点
  OPGW光缆主要在500kV、220kV、110kV电压等级线路上使用,受线路停电、安全等因素影响,多在新建线路上应用。OPGW的适用特点是【4】:(1)高压超过110kV的线路,档距较大(一般都在250M以上);(2)易于维护,对于线路跨越问题易解决,其机械特性可满足线路大跨越;(3)OPGW外层为金属铠装,对高压电蚀及降解无影响;(4)OPGW在施工时必须停电,停电损失较大,所以在新建110kV以上高压线路中应该使用OPGW;(5)OPGW的性能指标中,短路电流越大,越需要用良导体做铠装,则相应降低了抗拉强度,而在抗拉强度一定的情况下,要提高短路电流容量,只有增大金属截面积,从而导致缆径和缆重增加,这样就对线路杆塔强度提出了安全问题。
  ADSS光缆在220kV、110kV、35kV电压等级输电线路上广泛使用,特别是在已建线路上使用较多。它能满足电力输电线跨度大、垂度大的要求。标准的ADSS设计可达144芯。其特点是【4】:(1)ADSS内光纤张力理论值为零;(2)ADSS光缆为全绝缘结构,安装及线路维护时可带电作业,这样可大大减少停电损失;(3)ADSS的伸缩率在温差很大的范围内可保持不变,而且其在极限温度下,具有稳定的光学特性;(4)耐电蚀ADSS光缆可减少高压感应电场对光缆的电腐蚀;(5)ADSS光缆?#26412;?#23567;、质量轻,可以减少冰和风对光缆的影响,其对杆塔强度的影响也很小;(6)ADSS采用了新型材料及光滑外形设计,使其具有优越的空气动力特性。
  C.常见故障及解决方法
  OPGW受到短路故?#31995;?#24433;响,当线路故障短路电流冲击OPGW光缆时,不锈钢单元瞬?#22791;?#28201;,必须提高光缆的短路电流容量,以降低对短路故障对光缆的影响。根据Q=I2t,?#37096;?#20197;通过限制实际短路电流的大小及?#20013;?#26102;间来提高OPGW的耐热性能。
  除了短路故?#29616;?#22806;,雷击是造成OPGW光缆瞬?#22791;?#28201;的另一个因素。与短路故障相比,雷击的?#24067;?#30005;流强度更大,但?#20013;?#26102;间很短,因此雷击导致温升的热容量要小于短路产生的热容量,但短路电流作用于OPGW光缆的整个金属截面,而雷击电流只局限于一根或数根金属单丝的某一小段上,能量的集中导致这一小段金属?#21487;系?#39640;温足以将其局部或完全融化。这就是雷击造成OPGW光缆断股的主要原因。
  OPGW光缆应用中的主要故障是雷击导致的断股,目前的解决方法有:
  1)发展耐雷的外层股线材料。2000年巴西发展的高耐雷OPGW,外层股线使用一种高级镀锌钢线和保护光纤的铝管构成,高级镀锌?#20013;?#35201;较多的能量才能在雷击下熔化。
  2)外层股线尽量采用铝包钢线,并加厚铝包钢线的铝包厚?#21462;?br />   3)尽量增加外层股线和内层股线之间的设计空气间隙,避免热量内传。
  4)相同材料下,采用更大的外层股线?#26412;丁! PGW光缆的使用材料和结构确定后,其抗雷特性也就决定了。
  由于ADSS光缆运行于高压导线附近,周围存在强电场,极有可能出现电腐蚀现象导致的光缆损坏。
  5)不同电压等级的线路中优先选用耐电痕外套,110kV及以?#31995;?#32447;路务必选用耐电痕材料。
  6)110kV及以上线路,可以考虑使用防电晕线圈以有效降低金具与光缆表面的电场,减少漏电流。
  7)220kV及以上线路和挂点场?#30475;?#30340;杆塔,防震锤对光缆外表皮的爬电腐蚀较防震鞭要安全得多。
  8)控制电缆悬挂点的空间电位,110kV不超过15kV,220kV不超过20kV。  
  可以利用分?#38469;?#20809;纤温度传感器监测电腐蚀故障。
  3、特性相似的电力特种光缆
  不同的电力特种光缆各具特点,满足不同的使用要求,应用于不同的场合。下面对特性相似的特种光缆在实际应用特点上进行比对。
  3.1光纤复合架空地线OPGW与光纤复合架空相线OPPC
  在电网中,有些线路可不设架空地线,但相线是必不可少的。为了满足光纤联网的要求,与OPGW技术相类似,在传统?#21335;?#32447;结构中以合?#23454;?#26041;法加入光纤,?#32479;?#20026;光纤复合相线(OPPC)。
  我国目前在110kV至500kV线?#20998;?#24178;网广泛采用OPGW、ADSS进行通信,对于一些难以选用OPGW、ADSS光缆的线路,OPPC就是OPGW、ADSS光缆的补充产品。
  3.2全介?#39318;?#25215;式光缆ADSS与金属自承式光缆MASS
  考虑MASS光缆同ADSS光缆一样与现有杆塔进行同杆架设,为减少对杆塔的额外负载,要求MASS光缆结构小、重量轻。因此MASS光缆结构采用中心管式,即不锈钢光纤单元外面绞合一层镀锌钢丝或铝包钢丝,通常从成本考虑,以镀锌钢丝为主。因为MASS光缆是金属结构,通过良好的接地处理和选择弱电场安装点,可以方便的解决电腐蚀问题。
  3.3无金属捆绑式架空光缆(AD-Lash)和无金属缠绕式光缆GWWOP
  它们用自动捆绑机和缠绕机将光缆捆绑和缠绕在地线或相线上,其共同的优点是:光缆重量轻、造价低、安装迅速。在地线或10kV/35kV相线上可不停电安装;共同的缺点是:由于都采用了有机合成材料做外护套,因此都不能承受线路短路时相线或地线上产生的高温,都有外护套材料老化问题,施工时都需要专用机械,在施工作业性、安全性等方面问题较多,而且其容?#36164;?#21040;外界损害,如鸟害、枪击等,因此在电力系统中都未能得到广泛的应用。但在国际上,这类技术并没有被淘汰或放弃,仍在相当的范围内应用。
  4、结语
  电力特种光缆具有可靠性高、寿命长、安装方便、总体造价低、安全性好等突出优点,在电力系统通信中得到越来越多的应用,技术也在不断进步,材料也在日益更新。同时,人们对特种光缆的需求也趋向多元化、高标准,如何从结?#32929;?#35745;、材料选用等方面提高电力特种光缆的特性具有深刻的意义,电力特种光缆的发展将迎来更?#29992;?#22909;的明天。

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