架空地线复合光缆热稳定性问题的研究

架空地线复合光缆热稳定性问题的研究TheStudyofThermalStabilityofOPGW武汉供电局(武汉430013)张翅飞欧其和摘要介绍了架空地线复合光缆热稳定性的设计计算要点，提出了提高其热稳定性的有效措施。关键词架空地线复合光缆热稳定性设计提高措施0引言避雷线的首要目的是防雷，将避雷线换成复合光纤地线，简称OPGW，既能防雷，又能实现光纤通信，比地埋光缆造价大幅下降。近年来我国电力系统加快了采用OPGW的步伐，我局的一条OPGW线路已运行了12年，有220kV、500kV等典型线路。OPGW热稳定的要求较高，当送电线路发生单相接地故障时其避雷线会通过很大的短路电流，引起温度急剧上升，此时OPGW中光纤的光学和力学特性会产生较大变化，甚至损坏，本文将讨论OPGW的热稳定性。1避雷线温升及允许电流计算1.1计算因短路电流持续时间很短，电流在避雷线中所产生的热量来不及扩散，避雷线的温度会急剧上升。这时导线电阻随温度变化而改变，导线温升与电流强度的关系［1］为：I2R0（1＋aθ）dt＝cdθ(1)由此可得到温升计算公式：θ＝（eaＩ2R0t／C－1）／a(2)式中：θ为温升，℃；a为电阻系数，℃－1；R0为起始温度时电阻，Ω／km；I为电流有效值，A；C为热容量，J/(km·℃)；t为短路电流持续时间，s。线路在正常运行时，避雷线中电流很小，起始温度可按最高环境温度设定，一般取40℃。因此R0应取40℃时的电阻值。设避雷线的短时允许温度为θy′时，其允许温升θy＝θy′－40℃。将θy代入式(2)可得到允许短路电流的计算公式：式中，Iy为避雷线允许短路电流，A；θy为避雷线允许温升，℃。铝及铝合金、钢绞线、铝包钢线θy分别为180～200、400、300～400℃。式(2)、(3)比较简便，应用时需根据实际调整。1.2简单结构避雷线设计计算时应注意的问题1)计算钢绞线时用交流电阻值比较合理。2)钢芯铝绞线的钢芯电阻很大，且有集肤效应，可不考虑钢芯的导电系数和热容量。3)铝包钢线，因集肤效应小，且铝钢接触紧密，故应视为单丝计算，考虑钢的导电及热容量。4)钢绞线，铝绞线及钢芯铝绞线(不计钢芯)可由下式直接验算避雷线的截面［2］。S≥√Ｉ√t/c1(4)式中，S为避雷线截面，mm2；c1为热稳定系数。1.3设计时应注意的问题OPGW由多种材料(至少5种)构成，结构比较复杂，其典型结构如图1。不同材料有不同的导热参数，且相互之间有影响，故计算起来很困难。实测其温差达到100℃以上，其中温度最高的是铝或铝合金，而在OPGW运行中铝的允许温升最低。故应重点考虑这个问题。通常我们用一简便的方法来验算其热稳定。即在公式(2)中将有关参数按铝材选取。只要求温度不超过铝的允许值即可。这样计算偏保守一点，因为实际运行中铝股的热量传递一部分给铝包钢线，整条线的热量也会散发一部分至大气中。当然，OPGW选用应重点考虑非金属的光芯温度。虽然光纤中无电流，本身不发热，但它处于发热体之中心，它会逐渐吸收金属的热量，但不会与金属同步达到最高温度。且光芯的最高温度低于金属的最高温度。2提高OPGW热稳定的措施提高OPGW热稳定的常用措施有：1)分流线法OPGW的价格很高，单靠加大截面来承担短路电流是不经济的。常用架设一条避雷线与OPGW平行的方法来降低OPGW的电流。分流线选型应满足：a.有足够低的阻抗，使OPGW电流降到允许值以下；b.能通过足够大的电流；c.在满足防雷的各项要求的同时应有足够的强度安全系数。另应注意到：虽然分流线的电阻可以降得很低，但其感抗降得较慢，因此分流线的作用是有一定限度的；分流线可按线路各处的短路电流情况分段选型，但在分流线改变型号截面的过渡处，若两段相差较大时会有更多的电流分配给了OPGW，会造成OPGW的电流突然升高。故选择分流线截面时应反复验算。2)两种规格的OPGW并用法对于较长线路，因变电所出口段短路电流最大，须用较大截面的OPGW；远离变电所的线路用较小截面的OPGW。选用两种OPGW时应考虑采用两种分流线。3)地下分流法用几根截面适当的园钢将终端塔的接地装置和变电所的接地网相连接，使一部分短路电流进入变电所地下，可显著降低进线挡OPGW的电流。4)多回路避雷线并联法将几个终端塔的接地装置连接起来，使短路电流顺多回路的避雷线流进变电所，这样单回的电流就大幅度下降了。如果第二档OPGW的热稳定还不可靠，则可将第二基塔的接地装置连接起来，以此类推。但应注意连接多个塔时需考虑继电零序保护。3结论OPGW导线的应用已渐成趋势，设计选用过程中应充分考虑其热稳定性，应根据OPGW的具体结构及其实际路径，采取不同的措施，以避免偶发性短路电流对OPGW造成的危害，提高OPGW运行可靠性。