分析架空送电线路OPGW与导地线配合设计

分析架空送电线路OPGW与导地线配合设计

张小雪

（四川省电力设计院四川成都610072）

摘要：光纤复合架空地线（OPGW）是一种含有光纤的架空地线，具有架空地线和光通信等多重功能。由于OPGW是地线与光纤复合在一起的，因此在施工中能够有效的降低成本，同时其外部还有金属导线包裹，也大大提升了光缆的稳定性、安全性，目前已在我国的建设中被广泛使用。本文通过对OPGW的构成、作用介绍，主要从OPGW的选型、短路电流的计算及与导地线电气配合、与地线分流等方面分析OPGW与导地线的配合设计。

关键字：OPGW；导地线；短路电流计算

一、概述

光纤复合架空地线（OPGW）是一种含有光纤的架空地线，由于OPGW是地线与光纤复合在一起的，因此OPGW需同时担负架空地线及通信的作用。在进行输电线路OPGW与导地线的配合设计中，一般情况下是根据线路的不同特性进行挑选，根据具体情况，需要结合地线功能及光纤通信功能两个方面的因素，其中在地线的功能中，主要是从直径、短路电流及与其它地线的兼容性等方面进行考虑，同时还需要注意光纤芯数、波长等因素，尽量选择材质优良、应用性强的输电线路。本文主要从地线特性分析OPGW与导地线的配合设计。

二、OPGW的选型

OPGW的外形结构多种多样，不同的结构性能也不一样。OPGW由一个或多个光单元和一层或多层绞合单线组成，常见的OPGW结构有中心不锈钢管式，层绞不锈钢管式，中心铝管式及层绞缆芯中心铝管式。

首先，从根本上讲，OPGW还是作为一根地线，因此，OPGW的性能必须要达到一般地线对张力、弧垂的要求，才能使OPGW和其它普通地线保持相对平衡，避免铁塔因受力不均而出现不安全事故。

其次，考虑OPGW电气方面的性能，OPGW的结构、直径都可以根据短路电流的大小及地线的分流效果进行选择，在实际设计中，没有对OPGW的直径做出明确规定时，当短路电流较大时，OPGW的直径也可相应加大。

短路电流是OPGW的重要参数，OPGW必须能根据线路特性和电网响应时间承受短路电流引起的升温。短路电流引起的升温与OPGW的电阻温度系数、热容量、截面积、线路阻抗、故障前后的环境温度、短路电流的数值、电网切除故障的时间等因素有关。

短路电流引起的温度升高的限值，主要决定于光纤涂层允许温度及铠装保持机械特性的温度。在光纤涂层允许温度以下，光纤的衰减不会发生不可逆的劣化。

三、OPGW与导地线配合分析

在没有使用OPGW光缆之前，在高压输电线路中的地线主要是起到防雷的作用，在应用中是按照实际建设中线路对短路电流大小的要求，选择由多根镀锌钢丝绞合构成的镀锌钢绞线作为高压输电线路的地线。在这样的情况下，两根地线的电气性能、热稳定性、材料等结构特点完全相同，可以完美的起到分流平摊的作用，因此，在一般情况下，基本上不会出现因为雷暴天气使线路遭受雷击而导致高压线路断股的情况。

从理论上讲，在双地线的设计中，OPGW和分流线遭受雷击的概率其实是相等的，不过，因为分流线和OPGW的在运行方式上存在着差异，也在一定程度上提高了OPGW首先遭到雷电“攻击”的概率，原因主要包括以下方面：①分流线在设计中，其中间部分还是使用钢绞线，在线路的两端才与良导体相连接地；而OPGW是采用全线接通、逐塔接地的方式进行运行，这样使OPGW的阻抗相对较小。②雷电有着对位置较高，阻抗小的物体释放电荷的特点，而在线路的建设中，OPGW的悬挂高度相对另一根地线更高，并且阻抗也更小，也就成了雷电的“对象”。③OPGW本身就具有良好的导电性能，其电阻较低，在与分流线线的配合使用中，尤其是在分流线的中间部分，和电阻很高的钢绞线有着较大的差异，更加凸显出OPGW的电阻较小的特性。④OPGW外部的铝合金单丝能够承受的最高温度和分流线中使用的镀锌钢丝能承受的最高温度有着巨大的差距，是使OPGW在遭受雷击时，比分流线更加容易因为温度超过熔点而熔断。

四、OPGW与导地线配合设计

4.1规范要求

设计规程规范中针对分流地线的要求，主要有5个方面：

1）导线和地线的设计安全系数应不小于2.5。地线的设计安全系数，宜大于导线的设计安全系数。

2）导地线间的距离S，S≥0.012L+1，L为档距，单位m。

3）杆塔上两根地线之间的距离，不应超过地线与导线间垂直距离的5倍。

4）地线选用镀锌钢绞线时与导线的配合不宜小于下表的规定

5）地线验算短路热稳定的允许温度，钢芯铝绞线、钢芯铝合金绞线参考DL/T5222-2005«导体和电器选择设计技术规定»取+200℃；铝包钢绞线参考华北电力设计院大房线工程，取+300℃，钢芯铝包钢绞线取+300℃；镀锌钢绞线取+400℃。

6）架空地线复合光缆（OPGW）外层线股110kV及以下线路应选取单丝直径2.8mm及以上的铝包钢线；220kV及以上线路应选取单丝直径3.0mm及以上的铝包钢线，并严格控制施工工艺。

4.2设计原则

OPGW的结构设计没有统一的规定标准，每个OPGW都需要按照线路工程的特点进行设计，而线路中的短路电流、电阻、光纤芯数等因素都决定着OPGW的结构构成。

从OPGW的实际功能来看，其最主要的功能还是地线，而通信功能则是建立在满足地线功能的基础上的。在设计中，也需要首先保证OPGW的电气性能和机械性能的稳定，首先要将OPGW当作是单纯的地线，在这个前提下，再研究设计OPGW的其它功能。

在设计时，一般使OPGW的弧垂略大于配合地线的弧垂。

在OPGW光缆的线路设计中，选用的分流地线应当注意两个方面的问题，首先在选择与OPGW配合的分流地线的过程中，应当尽可能的选用与OPGW材料、导电性能、结构差异小的作为地线，因为，如果出现不可避免的线路系统短路的情况，导电性能良好的，结构相近的分流地线也能为OPGW分配部分短路，在地线的材料的选择中，最好是优先选择外包单丝材质是铝包钢丝的材料，提高地线能够承受的最大温度，以保证OPGW不会由于承受电流过大而导致断股；另外，在设计中还需要注意两根地线配合使用对地线支架带来的压力，保证地线的弧垂及张力平衡，这些设计的主要目的还是为了提高高压线路的抗雷水平。

4.2设计步骤

在OPGW与导地线的配合设计中，一般主要按照以下步骤进行：①首先需要尽可能的根据百分之五十的电流分配比例选择导地线的种类型号，并且最好采用铝包钢层的结构，提高承受温度，并且根据导地线的型号选择对应的结构及参数。②目前OPGW光缆结构一般有中心束管光纤单元，外层是铝合金结构；不锈钢管光纤单元，外部是铝合金绞丝等多种结构形式；大多情况下选用不锈钢管光纤单元的光缆结构，其与大多数的良导体导线配合使用能发挥良好的效果。同时根据导地线的结构设计出技术参数与之相匹配的OPGW光缆结构。③在搭设导地线与OPGW的过程中，需注意使弧垂及支架承受张力保持平衡，在收到雷击或者是线路短路是，共同分担电流，避免OPGW承受电流过高而熔断。

五、结语

在现代的电路设计中对OPGW光缆的使用越来越广泛，对OPGW与导地线的设计中都应当注意雷击、短路电流对整个线路的正常运行带来的影响，这也需要设计人员根据线路工程的实际需要，用心设计出安全、稳定的线路。

参考文献：

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作者简介：

张小雪（1983-），女，工程师，研究生，主要从事送电线路电气设计工作。