舟山大跨越OPGW设计-电力建设-4期-正文

摘要：针对大跨越风速大、跨距远、跨越高的特点，从复合架空 地线（optical fiber composite overhead ground wire，OPGW）的 机 械 性 能 、耐 雷 性 能 、防 振 设 计 等 方 面 对 舟 山 特 大 跨 越 的 OPGW 设计、选型进行了分析，提出了适合工程的 OPGW 设计 方案。
拉力重量比/km
21.1
2.2 OPGW 短路热容量校验 电流通过导体时会产生热量，热量与电流的平方
成正比，与电阻和时间成正比[9]。热量的积蓄会导致 导体温度升高。导体的温升可以分为：（1）长期发热， 通过传导、辐射和空气的对流等方式，不断地将热量 向外扩散，并达到平衡状态；（2）短时发热，热量向外 扩散可以不予考虑，热量将完全贮存在本体，并表现 为温度的升高。线路短路电流的持续时间很短，只有 0.25 s，电流在地线中所产生的热量来不及扩散，基本 用于地线的温升，所以一般按照后一种的绝热过程来 考虑。
·21·
雷冲击下不断股。
3 舟山大跨越 OPGW 金具配置
OPGW 光缆的金具主要有：预绞式悬垂线夹、预 绞式耐张线夹、防振锤、引下线夹、余缆架、专用接地 线等设备。OPGW 的悬垂和耐张线夹均应采用对光 纤单元有良好保护作用的预绞式，连结金具采用相配 套的常规金具型式。金具的强度设计安全系数应满 足规程要求：运行时不小于 3.0，断线时不小于 2.0。 3.1 耐张线夹
（4）重视 OPGW 金具选型。大跨越输电线路应 选用张力大、悬挂点高、悬垂角大的 OPGW，需重视 金具结构选型，保证线夹有足够握力，并减小对光单 元的损害。
（5）关注 OPGW 的微风振动。微风振动是造成 架空线疲劳断股的主要原因，尤其在跨河、湖泊等水 面的大跨越中，可能会出现最大的理论振动指标。在 这种线路条件下，要求 OPGW 光缆有良好的自阻尼 性能，同时应配合有效的防振措施[8]。考虑到微风振 动时能量吸收特性，年平均运行张力不能超过 20%额 定拉断力（rated tensile strength，RTS）。
根据 OPGW 生产厂家提供的资料，OPGW 的温 度不能超过+200 ℃。按此计算，舟山大跨越 OPGW 的实际短路热容量为 318 kA2s，远大于系统要求的大 跨越段 OPGW 的短路热容量不低于 50 kA2s 的要求。 2.3 OPGW 耐雷特性分析
总结已有的运行经验，OPGW 光缆运行中的最 大问题是外层单丝断股。而断股中的绝大部分为雷
1 大跨越 OPGW 选用原则
大跨越线路气象条件恶劣、杆塔高、档距大、地线 间距宽、雷击频繁[2]，因此其 OPGW 选型有以下特点：
（1）重视 OPGW 的机械性能。为保证与大强度、 小弧垂导线的配合，要求 OPGW 必须有良好的弧垂
特性（T/W），一般为 16~20[3-5]；OPGW 必须能承受跨越 处高空、大风时的风荷载，具有足够大的抗拉强度； OPGW 用于跨江、海等易腐蚀的线路时，外层单丝尚应 具有良好的抗腐蚀性以延长 OPGW 的寿命。
第 32 卷 第 4 期 2011 年 4 月
电力建设 Electric Power Construction
中图分类号：TM 726.1 文献标志码：B 文章编号：1000-7229（2011）04-0019-03
Vol.32，No.4
Apr，2011 ·19·
舟山与大陆联网大跨越工程 OPGW 选型
对于大跨越线路来说，悬垂线夹必须具备如下特 点：（1）由于架线张力大，必须使用握力大的悬垂线 夹，否则可能导致线夹处光缆的滑移；（2）因为直线塔 和耐张塔高差较大，悬挂点很高，必须使用悬垂角大 的悬垂线夹。所以，大跨越档使用悬垂线夹时，必须 使用双支点悬垂线夹。
丝直径，以提高自阻尼性能和耐雷性能。经过综合考 虑，舟山大跨越采用单管 24 芯 4 层全铝包钢层绞式松 套结构的 OPGW 光缆，铝包钢采用 14%IACS，外层单 丝直径 3.3 mm，其结构如图 1 所示。该 OPGW 结构 具有大容量、大芯数、高强度、高耐雷、高防振、耐腐蚀 等特点，具体参数如表 1 所示。
（2）短路电流不成为 OPGW 截面选择的控制条 件。由于大跨越 OPGW 要求具有足够的抗拉强度，一 般截面选择都比较大，其截面一般不受热稳定控制。
（3）特别重视 OPGW 的耐雷水平。大跨越线路 的杆塔高、地线间距大，直击雷、绕击雷概率极大， OPGW 的外层绞线必须足够承受雷击电弧冲击 。 [6-7] 因此，在满足机械性能、短路水平基础上，应尽可能提 高 OPGW 的耐雷水平。500 kV 线路 OPGW 的外层单 丝采用不小于φ3.0 mm 的铝包钢线，其耐雷能力达 到 150~200 C（雷击电流 300~400 A）。
KEYWORDS： large-crossing power transmission project； optical fiber composite overhead ground wire（OPGW）；design； type selection；lightning performance；anti-vibration measure
（Chinese data）
电荷 量/C
光缆 1
（1×3.2AS+5×3.0AS+1× 3.0OP+15×2.75AS）
光缆 2
（1×3.2AS+5×3.0AS+1× 3.0OP+15×2.75AA）
50
无断股
断1股
100
无断股
断4股
150
无断股
断5股
200
断2股
断6股
第4期
胡吉磊等：舟山与大陆联网大跨越工程 OPGW 选型
2.0
3.5
AC（23%IACS） 55 7
3.2
2.8
4.6
AC（23%IACS） 90 7
4.0
1.5
2.9
AC（40%IACS） 100 19
3.2
4.6
－
表 3 不同材料光缆的雷电试验断股情况（中国数据）
Tab.2 Lightening testing results of different materials
大跨越工程所用 OPGW 的抗拉强度都很大，所 用耐张线夹不仅握力极大，其对 OPGW 的压应力也 很大。根据经验，强度不大于 120 kN 时，可采用单预 绞丝耐张线夹；若强度不小于 120 kN，应使用双耐张 线夹或 U 型螺栓可调式单层预绞丝耐张线夹 （U-Bolt）。此种耐张线夹具有独特的结构设计，外层 预绞丝均采用φ4.5 mm 或φ5.2 mm 甚至更大直径 的铝包钢线，可有效地防止雷击造成金具损坏。线夹 握力可设计高达 500 kN，同时又应用了预绞丝分散 应力的特点，对 OPGW 的核心光单元具有良好的保 护。耐张线夹的强度应不小于 OPGW 的额定强度， 握力要求不小于 OPGW 额定强度的 95%，存放光纤 的单元不得有任何变形。 3.2 悬垂线夹
击所致（不排斥部分断股由疲劳振动所致）。OPGW 光缆遭雷击断股的事故在世界各地均有发生，但在我 国发生的概率高、情况严重，这类事故的发生有多方 面的原因，光缆选型不当、致使其抗雷击性能不足是 重要原因之一。
雷击电弧弧根的瞬间高温是导致 OPGW 断股的 最主要原因。当强烈的雷电先导接近 OPGW 时，近 面先导与下行先导相遇时会产生强烈的中和过程，放 电时电弧弧根产生的高温，可能在 OPGW 单丝表面 造成烧蚀，对于雷电直击处可能造成铝合金线甚至铝 包钢线的熔化，甚至熔断。因此，雷击熔蚀能量（雷电 强 度 ）和 雷 电 先 导“中 和”形 成 的 电 弧 高 温 是 造 成 OPGW 断股的外因。
材质
截面/ 外层 外层股径/
断裂股数
mm2 股数
mm 转移电荷 转移电荷
量 100 C 量 200 C
铝合金
120 12
3.5
3.6
5.5
铝合金
150 12
4.0
2.24.0镀锌来自丝70 73.5
1.0
1.6
AC（20.3%IACS） 70 7
3.5
1.8
3.2
AC（23%IACS） 70 7
3.5
舟山大跨越所处地区年平均雷暴日为 45 天， OPGW 在外层单丝直径为 3.3 mm 时，可以承受 300 C
表 2 不同材料及单丝直径的雷电试验断股情况（日本数据）
Tab.2 Lightening testing results of different materials
（Japanese data）
胡吉磊 1，李本良 2
（1.华北电力大学，北京市，102206；2.国网北京经济技术研究院，北京市，100052）
Selection of OPGW in Zhoushan-Mainland Large-Crossing Transmission Project
HU Jilei1，LI Benliang2
（1. North China Electric Power University，Beijing 102206，China；2. State Power Economic Research Institutes，Beijing 100761，China）
ABSTRACT：According to the characteristics of large wind speed，large span and high suspension of the Zhoushan large-crossing project, an analysis is conducted on the selection of the optical fiber composite overhead ground wire（OPGW）in terms of mechanical properties, lightning performance and vibration design, and an appropriate OPGW design scheme is proposed for the project.