換流站進(jìn)站OPGW光纜運(yùn)維探究

王飛，邱桂堯，朱志俊

（中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司昆明局，昆明650217）

0前言

特高壓換流站進(jìn)站光纜一般由光纖復(fù)合架空地線和管道光纜組成，OPGW 光纜隨進(jìn)站交流線路同塔敷設(shè)，通常OPGW 光纜架設(shè)在輸電導(dǎo)線頂部，除發(fā)揮通信用途外同時(shí)起到地線防雷作用，所以O(shè)PGW 光纜與其他管道光纜、ADSS架空光纜等相比更容易遭受雷擊灼蝕，進(jìn)站OPGW 光纜引下線及固定金具在設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)上尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在運(yùn)行實(shí)踐中暴露出較大的問題和隱患，給光纜安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來較大風(fēng)險(xiǎn)[1]。此外，換流站OPGW 光纜承載了大量電網(wǎng)生產(chǎn)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，其安全可靠運(yùn)行直接影響著線路保護(hù)、安穩(wěn)裝置等設(shè)備的正確動(dòng)作，對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用。

然而由于施工工藝、人員技能等方面原因，OPGW 進(jìn)站光纜的接地措施未統(tǒng)一工藝標(biāo)準(zhǔn)或缺乏運(yùn)維，仍出現(xiàn)進(jìn)站OPGW光纜中斷故障，導(dǎo)致電網(wǎng)安全生產(chǎn)事件，本文根據(jù)某電網(wǎng)近年來發(fā)生的幾次OPGW 進(jìn)站光纜故障原因，結(jié)合反事故措施落實(shí)和新工藝應(yīng)用情況，提出進(jìn)站光纜運(yùn)維新策略。

1進(jìn)站OPGW光纜運(yùn)維現(xiàn)狀

1.1 OPGW進(jìn)站光纜的運(yùn)行特點(diǎn)

站內(nèi)通信光纜運(yùn)行現(xiàn)狀：OPGW 光纜隨交流線路進(jìn)入換流站，沿龍門架引下至接頭盒，然后轉(zhuǎn)為管道光纜，從余纜架引出后，外穿鍍鋅鋼管直到地埋通向電纜溝部分，電纜溝內(nèi)光纜外套硬質(zhì)PVC管保護(hù)，經(jīng)由電纜溝和豎井進(jìn)入通信機(jī)房[2-3]，余纜架到電纜溝前的地埋部分鍍鋅鋼管半徑一般大于2.5 cm,鋼管兩端一般通過防火泥封堵[4]。很多年代老的變電站，存在多條光纜同路由情況，如：經(jīng)過同一豎井和電纜溝進(jìn)入機(jī)房。進(jìn)站光纜運(yùn)維有以下管理難點(diǎn)：

1）OPGW 光纜定檢與主線路檢修不同，當(dāng)輸電線路停運(yùn)開展檢修時(shí)，OPGW 光纜仍承載業(yè)務(wù)運(yùn)行。

2）按照建設(shè)產(chǎn)權(quán)劃分，一般換流站OPGW進(jìn)站光纜的投資由交流線路側(cè)建設(shè)單位負(fù)責(zé)，建設(shè)和運(yùn)維部門不一致，導(dǎo)致運(yùn)維界面不清。

3）與輸電線路同桿架設(shè)的光纜，由輸電部門運(yùn)行管理，光纜的巡視周期按照線路巡視周期開展，其巡視質(zhì)量和維護(hù)要求等均達(dá)不到通信專業(yè)運(yùn)維精細(xì)程度。

1.2 OPGW進(jìn)站光纜故障類別

分析OPGW 進(jìn)站光纜中斷的因素，按照故障類別總結(jié)起來主要有以下幾種：

1）OPGW 進(jìn)站光纜雷擊或靜電灼傷導(dǎo)致光纜斷股。這類因素主要是施工標(biāo)準(zhǔn)和金具質(zhì)量問題，導(dǎo)致光纜的接地方式和固定效果不佳等，主要發(fā)生在多雷落季節(jié)和地區(qū)。

2）外力破壞因素。主要是違規(guī)操作，不清楚光纜路由情況下或存在老舊光纜未拆除，現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)識(shí)信息錯(cuò)誤，蠻力施工導(dǎo)致光纜誤斷，主要發(fā)生在站內(nèi)交叉作業(yè)面。

3）外部環(huán)境因素，如鋼管封堵進(jìn)水問題。這類問題主要是由于巡視不到位，施工質(zhì)量問題或者封堵防火泥干裂，導(dǎo)引光纜鋼管封堵處理不好。

4）技術(shù)支撐因素。缺乏光纜現(xiàn)場(chǎng)處置方案或?qū)Ψ桨竷?nèi)容不熟悉，班組未對(duì)光纜故障案例進(jìn)行學(xué)習(xí)和總結(jié)，人員的現(xiàn)場(chǎng)處置技能水平不足，增加光纜故障搶修及處置時(shí)間。

2 OPGW進(jìn)站光纜典型故障原因分析

2.1安裝與施工

進(jìn)站光纜由線路施工單位架設(shè)至站內(nèi)，監(jiān)理和施工人員對(duì)線路施工規(guī)程較熟悉，但是對(duì)光纜施工的要求不甚了解，造成光纜施工同線路地線施工工藝一致，光纜接地方法未落實(shí)反事故措施要求，出現(xiàn)施工后未依照規(guī)定懸掛標(biāo)識(shí)或?qū)嵤╇p路由敷設(shè)等問題。

2.2反擊過電壓

反擊過電壓指接地導(dǎo)體由于接地電阻過大，通過雷電流時(shí)，地電位可升高很多，反過來向帶電導(dǎo)體放電，而使接地線附近的光纜過電壓。產(chǎn)生的原因有：

1）接地裝置因散流而電位升高；

2）短路電流或雷電流在導(dǎo)線上產(chǎn)生電阻壓降、自感壓降和互感壓降；

3）高電位通過某些電容傳遞時(shí)造成的電壓變化[5-7]。電網(wǎng)接地短路時(shí)的瞬時(shí)電位和受到雷擊時(shí)對(duì)接地網(wǎng)沖擊電位的作用非常相似，會(huì)使相關(guān)設(shè)備和導(dǎo)線受到反擊過電壓的作用，導(dǎo)致龍門架上的接地引下線電位同時(shí)升高，光纜外股金屬瞬間升溫[8]。

引用不同雷電流參數(shù)對(duì)斷股影響的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，雷擊斷股與連續(xù)電流幅值和持續(xù)時(shí)間有密切關(guān)系[9]。鋁合金和鋁包鋼絞線在兩種連續(xù)電流作用下都有斷股現(xiàn)象發(fā)生。兩種模擬雷擊電流對(duì)鋁合金材料的斷股影響均比對(duì)鋁包鋼材料更明顯；電流持續(xù)時(shí)間保持基本不變時(shí),電流幅值越高，燒損情況越嚴(yán)重。

2.3間隙放電

進(jìn)站OPGW 光纜沿龍門架引下后，由于龍門架的鋼結(jié)構(gòu)存在法蘭盤凸起，導(dǎo)致此處與光纜引下線本體間隙較小，該處極易發(fā)生間隙放電，結(jié)合間隙距離與工頻擊穿電壓的關(guān)系曲線，圖1所示。當(dāng)間隙達(dá)到一定距離，換流站發(fā)生單相接地短路，在門型金屬構(gòu)架上產(chǎn)生地網(wǎng)反擊過電壓，達(dá)到一定電流幅值，將會(huì)通過間隙對(duì)緊鄰的OPGW 產(chǎn)生放電，從而使光纜外層絞線燒熔斷股[9]。

圖1放電間隙的工頻擊穿電壓與間隙距離的關(guān)系

綜上分析，為提高進(jìn)站光纜運(yùn)行可靠性，我們結(jié)合職工創(chuàng)新項(xiàng)目，采用新工藝，提出換流站進(jìn)站OPGW 光纜運(yùn)維實(shí)施策略。

3進(jìn)站光纜安全運(yùn)維實(shí)施策略

3.1新技術(shù)進(jìn)站光纜接地效果

某電網(wǎng)公司在變電站OPGW 光纜引下及接地成套裝置的研究已取得一定成果，該成果完全適用于特高壓換流站。本文提出OPGW 進(jìn)站光纜引下及接地示意如圖2所示。

3.1.1光纜進(jìn)入門型構(gòu)架部分

光纜在門型構(gòu)架引下時(shí)，引下線頂端采用并溝線夾將接地線與光纜固定，另一端與門型金屬構(gòu)架的接地端子可靠固定[10-11]。如圖3 所示，便于線路方向來的電流能夠較好引入站內(nèi)接地網(wǎng)。

圖2變電站OPGW 引下及接地示意

圖3變電站OPGW 引下及接地示意

3.1.2光纜引下及金具安裝

固定引下光纜的線夾升級(jí)改成采用針式絕緣子加鍍鋅抱箍組合而成，抱箍材質(zhì)滿足電力標(biāo)準(zhǔn)，較傳統(tǒng)的絕緣墊片和不銹鋼帶固定OPGW 引下線方式更牢固耐用，絕緣有效距離更大，如圖4示意。

圖4 OPGW 引下絕緣金具示意

根據(jù)規(guī)程“光纜引下線應(yīng)每隔1.5 m ～2 m安裝一個(gè)絕緣金具，保證引下光纜與桿塔或構(gòu)架本體間距不小于50 mm”，安裝后光纜引下時(shí)能夠保證順直，由于絕緣子長度在100 mm左右，即使門型構(gòu)架連接處的法蘭盤也能保證

引下線與門型構(gòu)架金屬部分間距大于5 cm,以避免風(fēng)擺造成OPGW 光纜受損。

3.1.3余纜架及接地刀閘

非金屬余纜架采用交叉盤設(shè)計(jì)，固定余纜的模塊采用使用壽命大于25 年的復(fù)合樹酯材料，由于全絕緣，OPGW 余纜與纜叉之間的感應(yīng)電得到有效控制，余纜架背架使用鍍鋅抱箍固定在離地2～2.5 m 高度的門型架上，余纜固定采用全絕緣限纜栓，替代鐵絲和不銹鋼帶的捆綁功能，從根本上解決了放電、電蝕造成的斷股問題。余纜光纜按照彎曲半徑大于光纜直徑的40 倍的要求，整齊有序的盤繞在余纜架中，避免交叉扭曲受力，整套裝置安裝方便，牢固美觀，也方便運(yùn)維和檢修，余纜盤安裝后效果如圖5所示。

圖5余纜架及接頭盒示意

圖6接地刀閘安裝示意

余纜架的背部安裝固定的接地刀閘，進(jìn)站OPGW 光纜引下線末端采用接地線連接接地刀閘，進(jìn)而與變電站接地網(wǎng)連為一體，接地刀閘結(jié)構(gòu)如圖6所示。

為提高接地引流效果，應(yīng)使用與OPGW 截面積相同接地線，使用異型并溝線夾將光纜引下線與接地線相連，安裝位置分別在OPGW 引下線進(jìn)接續(xù)盒前10 cm 處和到余纜架前40 cm左右，隔離開關(guān)進(jìn)線端用接地線連接，開關(guān)出線端與門型構(gòu)架下部用接地線連接，并將接地線牢靠的固定在接地端子上，運(yùn)行時(shí)隔離開關(guān)處于閉合狀態(tài)。當(dāng)站內(nèi)需要測(cè)量接地電阻時(shí)，防止額外的接地點(diǎn)存在，應(yīng)將隔離開關(guān)斷開，改變以前需要爬上構(gòu)架手動(dòng)斷開接地線方式。

3.1.4地埋鍍鋅鋼管封堵

采用專制封堵堵頭和專用硅橡膠（環(huán)境使用溫度-60°～+250°）對(duì)導(dǎo)纜管進(jìn)行封堵。封堵工藝見圖，如圖7所示。

圖7防進(jìn)水裝置安裝效果圖及內(nèi)部構(gòu)造

3.2導(dǎo)引光纜防外力破壞運(yùn)維措施

1）在引下線采用技術(shù)工藝改造絕緣水平基礎(chǔ)上，同時(shí)應(yīng)采取有效的管理措施方式，對(duì)站內(nèi)運(yùn)行人員開展光纜路由交底，避免盲目許可開工導(dǎo)致的光纜破壞。

2）導(dǎo)引光纜進(jìn)入機(jī)房路徑應(yīng)滿足雙路由條件，原則上進(jìn)入通信機(jī)房的主、備光纜應(yīng)按沿站內(nèi)不同電纜溝和電纜豎井敷設(shè)[12]。

3）地埋光纜路徑上方，應(yīng)附有明顯的標(biāo)識(shí)和警醒標(biāo)牌，可避免站內(nèi)交叉作業(yè)施工導(dǎo)致的光纜誤斷情況發(fā)生。

4）加強(qiáng)站內(nèi)引下光纜的巡視，根據(jù)變電人員巡視設(shè)備周期，委托開展光纜引下線部分巡視，通信人員每季度開展電纜溝敷設(shè)光纜巡視。

5）完善光纜現(xiàn)場(chǎng)處置方案，適當(dāng)開展光纜故障應(yīng)急演練，提高人員搶修技能。

4結(jié)束語

為了解決OPGW 進(jìn)站光纜引下線運(yùn)維中間隙放電、雷電擊穿等問題，在OPGW 進(jìn)站設(shè)計(jì)和施工時(shí)通信人員和線路人員應(yīng)加強(qiáng)溝通，做好技術(shù)交底，在源頭上杜絕隱患發(fā)生。同時(shí)，雙方應(yīng)按照規(guī)范要求做好光纜驗(yàn)收工作，積極通過改進(jìn)工藝，提升光纜與門型構(gòu)件固定效果，達(dá)到有效絕緣。管理上站內(nèi)變電人員應(yīng)熟悉光纜的路由走向，涉及光纜附近的施工應(yīng)加強(qiáng)與通信專業(yè)的溝通，避免盲目施工[13]。

本文通過研究分析站內(nèi)OPGW 光纜引下線及接地出現(xiàn)典型故障，提出管理和技術(shù)方面的改進(jìn)方法，積極推行利用新工藝、新技術(shù)減少光纜引下線接地問題，文中介紹了光纜引下線采用改進(jìn)工藝的抱箍來固定，研究復(fù)合絕緣材料制造余纜架，并將光纜接續(xù)盒固定在余纜架背盤上，余纜架接地線處增加接地刀閘，形成余纜架、接頭盒和接地刀閘的成套裝置。通過對(duì)光纜引下線固定成套裝置的改造，有效固定光纜引下線，保證光纜和門型架的間隙距離,提升OPGW 光纜防雷和絕緣效果，又有利于換流站接地電阻的方便測(cè)量，提高換流站OPGW 光纜運(yùn)維水平，確保通道安全暢通。