35kV架空配电线路OPGW光缆选型要点分析

35kV架空配电线路OPGW光缆选型要点分析

张世隆

（中国电建集团海南电力设计研究院有限公司海南海口570000）

摘要：雷电活动强烈偏远地区，提高35kV架空配电线路防雷水平，在已有架空线路上架设OPGW光纤复合地线，既能提高线路耐雷水平，又能加强电网通信网络。因此，本文以实际工程为例，分析35kV架空配电线路上加装OPGW光纤复合地线的可能性和实际意义。

关键词：配电线路；光缆；选型；分析

1引言

海南岛地形中部高，四周低，属雷电活动强烈地区。35kV电网多为20世纪未建成，交通运输条件差，经济较不发达用电量小的地区，和山区小水电站上网的边缘电网，主要特征为变电容量小，线路较长，多采用单链式、“π-T”接线方式较长距离输电，供电可靠性低。因此，为提高地区35kV架空配电线路防雷水平，考虑在已有35kV线路上加装OPGW光缆，作为复合光纤地线的可能性，使其满足线路防雷和系统通信要求，实现。

2改造线路现状和改造方案分析

2.1改造线路的设计、运行状况收集

线路改造设计主要需收集线路建成投产时间，线路导地线型号及架设方式，设计气象条件，杆塔和基础型式及使用条件接地。

还需要根据现场核实和查阅运行资料，确定线路杆塔结构部分是否整体情况良好，是否存在少量钢筋混凝土电杆表面碳化及裂隙，拉线及其附属构件锈蚀，钢筋混凝土电杆的横担、吊杆及抱箍等表面局部锈蚀。是设计方案确定和工程量统计的关键。

2.2配电架空线路底线改造方案提出

在系统运行方式、自然环境一定的条件下，通过35kV架空线路防雷技术、性能的综合研究分析，提出最有效的35kV老旧线路防雷改造的方案，是在架空线路上加装OPGW光纤复合地线。此种方案既有效地防止雷电的直击，也可为偏远地区电网调度、通信网络建设是十分必要的。本文以35kV乌阳线的改造设计方案，说明架空线路上加装OPGW光纤复合地线的设计原则和边界条件，以及施工注意事项等方案的改造设计。

3架空线路改造方案分析

3.1OPGW光纤复合地线和普通地线选型满足热稳定分析

OPGW光缆复合地线和普通地线均应在系统短路故障或雷击地线情况下，满足普通地线与OPGW的相互分流和热稳定要求，做到技术经济合理、安全可靠。

一般情况下，系统故障产生的故障短路电流和雷击地线的雷电流对送电线路地线和光纤复合地线产生的热效应有所不同。

对于系统故障产生的短路电流，是根据电网系统规划，选取架空送电线路计算水平年，系统运行方式，计算出本线路故障电流值，确定故障短路电流持续时间（110kV及以下线路取0.5S）。当然，对于中性点直接接地的大接地电流系统，故障短路电流一般取单相短路电流，而中性点非直接接地的小接地电流系统，故障短路电流一般取不同相导线在不同地点同时短路的相间短路电流。

但对于雷击地线产生的雷电流，则通过雷电定位系统取得线路所在区域的最大或平均雷电流强度有效值和雷电流波长，进行地线热稳定计算和分析。其雷电流以地线、杆塔接地体、变电所接地网络构成的л型等值网络（如图3-1所示）进行分流、入地。

普通地线的热稳定允许短路电流，则根据以下公式计算得到。

OPGW光纤复合地线的短路电流一般是由厂家提供的。

为避免发生雷击时OPGW光纤复合地线光缆断股，一般要求OPGW光纤复合地线外层单丝的直径不小于3.0mm。

图3-1接地网络构成的л型等值网络

35kV线路的地线选型一般按线路设计规范要求的“地线采用镀锌钢绞线时与导线配合”规定即可。

总之，在一定时间内，流入地线或OPGW光缆的短路电流或雷电流在其产生的热容量必须满足地线或OPGW光缆的允许最大热容量。

在选择地线和OPGW结构型式时充分考虑所选用地线和OPGW光缆导电率尽可能大、而截面积尽量小，使其满足热稳定要求和光纤芯数要求。

OPGW光缆型号为OPGW-24B1-48[50.0;20.0]，其短路电流容量（20-300℃,0.5s,）为20.0kA2•s，与OPGW光缆配合的分流地线选用JLB1A-35铝包钢绞线，其短路电流容量（20-300℃,0.5s,）为7.411kA2•s，二者相加总短路电流容量（0.5s,）为27.411kA2•s，大于琼中地区雷电流幅值为600kA，波长为50μS时的热容量18.0kA2•s，满足地线和OPGW光缆热稳定要求。

对于小接地电流系统短路电流均较小，也满足地线和OPGW光缆热稳定要求。

通过以上对所选用的普通分流地线JLB1A-35铝包钢绞线和中心束管式OPGW-24B1-[50;20]的光通信、热稳定、导地线间距离验证，均能满足现行规程、规范要求。

3.2OPGW光纤复合地线和普通地线应满足机械荷载要求

OPGW光纤复合地线和普通地线应满足如下机械荷载要求：

导地线在弧垂最低点的设计安全系数不应小于2.5，悬挂点的设计安全系数不应小于2.25。OPGW光缆复合地线和普通地线的设计安全系数应大于导线的设计安全系数。

2）OPGW光纤复合地线自身受力

①OPGW光纤复合地线与一般地线一样，必需满足杆塔的荷载条件要求。

②OPGW光纤复合地线中间有一部分基本上不考虑抗拉强度。

③OPGW光纤复合地线有松套和紧套之分。

3.3满足线路档距中央导地线间距离要求

在+15℃、无风、无冰条件下，档距中央导、地线间的距离不应小于0.012L+1m间距。为减小地线对杆塔头的线条张力荷载，一般要求导线弧垂大于地线弧垂约10%-20%。在+15℃、无风、无冰时，档距中央导、地线间的距离不应小于0.012L+1m间距。

3.4导线间、地线间弧垂偏差应满足允许值

对于35kV架空线路，规范要求导线间、地线间弧垂偏差应满足如下：

①紧线弧垂在挂线后应随即在该观测档检查，其允许偏差应符合：弧垂正误差允许值=+5%，弧垂负误差允许值=-2.5%；

②跨越通航河流的大跨越档弧垂允许偏差不应大于1%，其正偏差不应超过1.0m；35kV线路其正误差不应超过500mm。

③导线各相间或架空普通地线与OPGW光纤复合地线光缆间的弧垂力求一致，当满足上述弧垂允许偏差标准时，各相间或地线间弧垂的相对偏差最大值一般不应超过200mm。

3.5OPGW光纤复合地线光纤复合地线应满足系统通信要求

随着线路改造，沿随乌石站——新进、新进——阳江35kV线路分别架设1根24芯OPGW光缆,光纤型号选用G.652型，形成乌石站——新进——阳江站的24芯光缆架设结构。以系统通信对光缆光纤芯数、传输波长、缆型的要求，采用主要光纤型号G652。

3.6老旧线路加装地线支架应满足如下原则

3.6.1确定地线对边导线的保护角

（1）35kV线路杆塔上地线对边导线的保护角宜采用20°～30°；

（2）山区单根地线的杆塔可采用25°；

（3）杆塔上两根地线间的距离不应超过导线与地线件垂直距离的5倍；

（4）高杆塔或雷害比较严重地区，可采用0°或负保护角或加装其他防雷装置；

（5）对多回路杆塔宜采用减小保护角等措施。

（6）在一般档距的档距中央，导线与地线间的距离应不小于m。

3.6.2老旧线路杆塔改造

（1）不论原线路是否架设了地线，为满足线路杆塔上新架设或更换地线（包括光缆或耦合地线），必须根据线路运行资料（包括气象条件，导线型号、设计参数，杆塔型和基础等）、新架设地线资料和防雷保护角等要求对杆塔进行强度校验。杆塔强度校验的标准和要求必须适应和满足线路杆塔起初设计时的相关线路结构设计规范和标准要求；

（2）对直线杆，当杆段为锥形（拔梢）杆时，杆段的抗弯储备能力较小，一般不宜加地线支架；当杆段为等径杆时，可根据验算情况加装地线支架，但需要满足公式Wx.H≤0.56[M];Wx-地线线条风荷载，H-地线支架高，[M]-杆段理论承载力。

（3）对于转角杆，地线张力较大，杆段的抗弯储备能力较小，不能加地线支架。

3.7OPGW光纤复合地线金具

OPGW光纤复合地线的金具不仅要满足一般电力金具的要求，而且又区别一般电力金具。一种规格直径的OPGW光纤复合地线必须有一套与之匹配的金具，大小与之一一对应。OPGW光纤复合地线的金具包括：悬垂线夹、耐张线夹、防振锤、接地金具、接续盒。

3.8OPGW光缆线长确定

1）OPGW光纤复合地线接头要引到塔角，且OPGW光纤复合地线不能用压接管接续，要在专用的接头盒内接头。

2）35kV架空线路耐张段长度较短（1-3km左右），转角杆塔较多，光缆盘长不宜按耐张段长来确定，为便于施工选择牵引场和锚线场，光缆盘长应适当加长，但不应超过5km。

从光纤的制造和熔接工艺方面来说，OPGW光纤复合地线中间接头一般要在耐张塔上，耐张塔用量多会导致缆中光纤接续较多，造成光通信号衰减，应尽量减少中间接头。

3.9OPGW光纤复合地线的施工

1）施工方法

施工方法使用较多的是张力放线法，还有直升机施工法，活线施工法（即不停电施工法）。

2）OPGW光纤复合地线光缆接续

光缆接续是OPGW光纤复合地线光缆施工中一道重要工序，其质量好坏将直接影响线路传输质量。OPGW光纤复合地线光缆的接续方法基本同于普通光缆的接续。接头盒的寿命应该要大于OPGW光纤复合地线的使用寿命。

安装要求：为防止人为破坏，光缆接头盒必须安装在离地面6m以上的位置，同时由于OPGW光纤复合地线光缆的特殊性，需预留较多的余缆，余缆及接头盒尽量选择在易于盘放的地方如铁塔的横格面。

3.10杆塔接地

通过对35kV乌阳线沿线土壤对钢质材料的腐蚀性、杆塔位的土壤电阻率和接地装置的接地电阻进行实地测试和研究，提出杆塔位接地装置设计。

岛内绝大部分地区水土腐蚀性环境为微腐蚀，导致接地装置的腐蚀的主要影响因素并非周围的环境，而是与其本身的材料抗腐蚀有关。因此，接地装置须进行常期的维护和检查并采用新材料、新工艺增加其抗腐蚀性能。

4乌-阳35kV线路T接新进站线路防雷改造工程设计

4.1线路改造工程量

根据前述线路改造方案，35kV乌阳线路和T接进35kV新进站线路，先后在2018年建成投产，线路全长28.846km。导线利用原LGJ-95/20钢芯铝绞线。除各变电站进出线段（各段线路长约1.5km）和运行经验证明雷电活动频繁地段架设一根普通地线JLB14-35铝包钢绞线和一根OPGW光纤复合地线OPGW-24B1-48[50.0;20.0]外，其他地段均架设一根OPGW-24B1-48[50.0;20.0]光纤复合地线地线，全线杆塔均接地。

全线共134基杆塔，除2基自力式铁塔和已有双地线支架转角双杆13基，已有双地线支架直线双杆19基外，另外加装单地线支架直线单杆38基，加装双地线支架直线双杆22基，不带地线转角双杆改为自立式铁塔17基，不带地线转角单杆改为自立式铁塔23基；铁塔基础采用现浇基础，电杆基础采用预制装配式底盘、拉线盘基础。

全线杆塔接地，接地装置采用水平方框射线型。要求在进线段杆塔接地电阻的不大于10Ω，接地引下线与杆塔身（电杆导线横担或地线横担）可靠相连。

4.2线路改造投资

线路工程由35kV乌阳线和乌阳线T接新进站线路改造和架设OPGW光缆两部分。

（1）架空线路本体改造投资1072.49万元，单位造价为37.17万元/千米；

（2）光缆线路工程投资103.98万元，单位造价：3.60万元/千米。

5主要结论

在系统运行方式、自然环境一定的条件下，通过35kV架空线路的防雷技术性能的综合分析，提出35kV老旧线路上加装OPGW光纤复合地线的设计原则和边界条件，针对性的做出架空线路的改造方案，对多雷区老旧35kV架空配电线路的防雷改造，提高电网供电可靠性和加强电网通信网络建设，提出了工程建设实例，对今后类似工程改造有一定的参考意义的。