一起ADSS光纜與導(dǎo)線短路故障分析

● 北京電力經(jīng)濟技術(shù)研究院 李 聰 祁曉卿 中國電力企業(yè)聯(lián)合會科技中心 伊永權(quán)

由于光纖復(fù)合架空地線（簡稱OPGW）具有普通地線的防雷作用和通信光纜的通信、遠(yuǎn)動和繼電保護信號的作用，近年來在電力系統(tǒng)新建線路中得到了廣泛的應(yīng)用。而全介質(zhì)自承式（簡稱ADSS）光纜由于其為非金屬介質(zhì)，可懸掛于桿塔上電場強度最大的位置，在一些無法在桿塔上架設(shè)OPGW光纜的工程得到大量應(yīng)用。

1 故障基本情況

1.1 線路基本情況

2013年1月，在州草二線220kV線路4#-5#塔檔內(nèi)，發(fā)生B相導(dǎo)線短路故障，重合不成功。故障當(dāng)日，天氣陰有雨夾雪轉(zhuǎn)多云，南轉(zhuǎn)北風(fēng)2～3級，氣溫-1℃左右。有凍雨跡象，造成地表結(jié)冰嚴(yán)重，無雷電。發(fā)生故障的區(qū)段4#-5#為單回路架設(shè)，同時一條鉆越500kV線路，4#、5#塔型號均為DZT44-12，相導(dǎo)線型號為4×LGJ-400/35型鋼芯鋁絞線。

為了在鉆越檔贏得對500kV線路的充足的垂直距離，州草二線3#-4#-5#段2檔線路在建設(shè)時未設(shè)計和架設(shè)地線，州草二線3#、5#塔成為地線死頭（3#塔小號側(cè)架設(shè)有2根JLB40-150型鋁包鋼線，塔身架有一根ADSS光纜；5#塔大號側(cè)架設(shè)有一根JLB40-150型鋁包鋼線、一根137mm2截面的OPGW光纜）。為保證通訊光纜的貫通，州草二線3#-4#-5#2檔仍架設(shè)ADSS光纜，但是為了避免對地距離不足，這段ADSS架設(shè)在地線掛點上。

鑒于ADSS光纜為非金屬自承式光纜，與金屬地線相比，其對500kV導(dǎo)線的垂直距離可以減小，滿足設(shè)計規(guī)范要求，現(xiàn)場線距在設(shè)計時已經(jīng)滿足。

1.2 故障情況

現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)線路上所架的ADSS光纜在州草二線5#塔小號側(cè)約4m處斷裂，ADSS斷點至其近塔側(cè)纜身、5#耐張塔中相（B相）導(dǎo)線的引流跳線支架角鋼（帶電側(cè)），以及跳線瓷絕緣子串均有燒灼痕跡。

2 故障原因分析

2.1 關(guān)于無地線檔的防雷分析

（1）直擊雷保護原則?！?10～750kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》（GB50545-2010）第 7.0.13 條 2 款規(guī)定，“220kV～330kV輸電線路應(yīng)沿全線架設(shè)地線”。在這個電壓等級的架空線路設(shè)計建設(shè)實踐中，有時因為鉆越、進站檔禁止進地線等原因，采用局部不架設(shè)地線、而以避雷針或其它線路導(dǎo)地線保護的方式解決直擊雷線路保護問題。這種方式仍可理解為對導(dǎo)線采取了有效的防雷保護。

（2）直擊雷保護范圍。州草二線220kV線路的3#-5#段（及州草一線路的對應(yīng)段）未架設(shè)地線，但是在其3#、5#塔頂上均加有5m凈高的避雷針（避雷針尖頂高于導(dǎo)線達10m），無地線檔線路導(dǎo)線的防雷保護（防直擊雷）依靠避雷針、上方500kV線路的地線聯(lián)合保護，滿足《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》DL/T620-1997的規(guī)定。

具體到州草二線3#塔避雷針與通朝500kV線路西側(cè)地線距離不足20m（避雷針或地線對導(dǎo)線的高度優(yōu)勢≥10m），而500kV線路之間的地線平行距離為31m和63m（高度優(yōu)勢≥20m），盤通500kV線路東側(cè)地線與州草二線5#塔避雷針距離35m（高度優(yōu)勢≥10m）。

根據(jù)2根等高避雷線保護范圍計算公式：

h0=h-D/(4P)

h0——避雷線之間的保護高度，m；

h——避雷線的高度，m；

D——避雷線之間的距離，m；

P——高度影響系數(shù)，h≤30m時P=1；30＜h≤120m時

根據(jù)計算，最危險的是通安二線與盤通線之間的63m距離（計算地線高度均＞31m），保護高度h0=31-63/(4×0.988)=15m，仍大于州草二線導(dǎo)線所在的12m（以下）高度，可充分保護。

（3）雷電對導(dǎo)線反擊的校驗。有地線段地線遭受擊雷后，未形成就地反擊導(dǎo)線的雷電波沿地線行波，遇到桿塔時，部分雷電流通過桿塔身和接地裝置入地，部分雷電流繼續(xù)沿著地線傳播，直到逐基入地，完全泄流。

最危險的情況是在地線終端附近雷擊地線。這時，雷電波到達地線終端桿塔時，仍有一部分雷電流入地，但是因沖擊阻抗急劇變化，會在地線上形成波反射，疊加的雷電壓陡升，威脅擊穿絕緣子串從而對導(dǎo)線放電閃絡(luò)。這種情況下，雷電（波反射后）過電壓考驗絕緣子串的防雷能力，可能造成閃絡(luò)概率提高。具體能不能擊穿絕緣子串，取決于雷電強度（雷電量或雷電流強度）、塔身和接地裝置的雷電沖擊阻抗等因素。

有關(guān)的規(guī)程、規(guī)范未見明確的禁止架空輸電線路地線終端的設(shè)置，倒是對66kV以下、110kV電壓等級的線路明確允許設(shè)置地線終端。因此，州草220kV線路在3#-5#檔不架設(shè)地線而形成地線終端的設(shè)計不違反規(guī)程、規(guī)范的規(guī)定。而且由于故障當(dāng)日并未見雷電跡象，加之北京地區(qū)在歷年1月份罕有雷電現(xiàn)象。因此推斷州草二故障與雷電無關(guān)。

2.2 其他原因分析

（1）覆冰。根據(jù)氣象狀況，故障當(dāng)日州草二線有覆冰條件。ADSS架設(shè)原設(shè)計覆冰條件為5mm，若覆冰厚度大大超過設(shè)計條件，可能造成斷線，進而引起B(yǎng)相接地短路。但是，覆冰厚度大大超過設(shè)計條件的5mm并無證據(jù)印證。

（2）異物。故障當(dāng)日州草二線有覆冰條件，覆冰后ADSS成為導(dǎo)體。同時，州草二5#塔處在大棚區(qū)，鐵塔周邊有大量尼龍繩、草簾、塑料膜等容易揚起的異物。

假想：事故當(dāng)時有風(fēng)，風(fēng)卷起異物，搭連在不高（高12m）的鐵塔上的B相導(dǎo)線“引流線角鋼”和覆冰的“ADSS光纜”（距掛點4m處）上，引起單相接地短路，后燒斷光纜。

3 相關(guān)修復(fù)措施

3.1 在塔身上加掛OPGW光纜

在塔身主材上，導(dǎo)線掛點以下4.0m處增補掛點，在州草二線3#-5#段2檔內(nèi)（路徑長186m），在導(dǎo)線下方架設(shè)一根56芯G652光纖、截面積137～150mm2的OPGW光纜。

OPGW光纜弧垂可以控制對地5.0m，參照3kV以下電力線路跨越非居民區(qū)的垂直距離不小于5.0m的要求，考慮OPGW光纜不帶電，所以對4#-5#檔的小型公路來說，可以認(rèn)為滿足運行安全要求。

3.2 在地線掛點加掛OPGW光纜和鋁包鋼地線

雖然現(xiàn)狀州草二線無地線各檔的防雷保護可以滿足要求，但是為了通信光纜通道的貫通，同時也為了打消對“地線終端”過電壓威脅的疑慮，考慮在州草二線路3#-5#段2檔內(nèi)（路徑長 187m），在3#、4#、5#鐵塔的地線掛點上架設(shè)一根56芯 G652光纖、截面積 137～150mm2的OPGW光纜，同時架設(shè)一根JLB40-150型鋁包鋼絞線。

架設(shè)OPGW光纜后，OPGW光纜與上方通朝500kV線路導(dǎo)線的垂直距離約12m，滿足各種要求；OPGW光纜與上方通安二、盤通兩條500kV線路導(dǎo)線的垂直距離可以控制在7.2m以上，滿足設(shè)計規(guī)范要求（500kV跨越桿塔時 8.5m，跨越電力線路非桿塔頂時 6.0m）。

4 結(jié)論

通過對本故障的線路基本情況、故障基本情況及防雷保護驗證，分析了可能引起故障發(fā)生的原因，并提出了相應(yīng)的修復(fù)措施。經(jīng)過職能管理部門和有關(guān)專業(yè)人員的研討，筆者建議將3.2中方案作為推薦方案。即：在州草二線3#-5#段，利用地線掛點加掛OPGW光纜和鋁包鋼地線。本文所提供的修復(fù)措施可應(yīng)用于線路基本情況與本線路相似的故障案例中。

小資料

ADSS光纜的結(jié)構(gòu)特點

1.ADSS光纜的結(jié)構(gòu)特點。

（1）專為電力系統(tǒng)設(shè)計，是一種全絕緣介質(zhì)的自承式架空光纜，它的結(jié)構(gòu)中不含任何金屬材料；

（2）全絕緣結(jié)構(gòu)和較高的耐壓指標(biāo)，有利于在帶電運行的架空電力線路上架設(shè)施工，不影響線路運行；

（3）采用抗拉強度高的材料，即能承受較強張力，滿足架空電力線路的大跨距要求，又可防止鳥啄和人為損壞；

（4）熱膨脹系數(shù)較小，在溫度變化很大時，光纜線路的弧度變化很小，且其重量輕，履冰和風(fēng)荷也較小。

2.影響ADSS光纜使用壽命的因素。

ADSS光纜架設(shè)在高壓輸電線路上，其一般壽命在25年以上，而影響其壽命的因素很多，主要的因素有：

（1）桿塔附近的高壓感應(yīng)電場梯度變化較大、高壓感應(yīng)電場對光纜有強烈的電腐蝕。一般110kV及以下架空電力線路用PE型，110kV及以上線路用AT型；

（2）對雙回路的桿塔，由于線路的一回路停電或線路改造，在選擇掛點時要加以考慮；

（3）線路經(jīng)過有鹽霧酸氣的工作地帶時，化學(xué)物質(zhì)會腐蝕光纜外皮，其耐電保護套受損，易受到電弧的傷害；

（4）施工不當(dāng)造成外皮傷害或磨損等，在長期的高壓電場中運行，其表面易腐蝕，而外護套平整光滑的光纜能有效地減少電腐蝕而延長壽命。