22万伏高压线意外放电毁坏直埋光缆引发的思考

李 珂

2009年 10月 14日 17:00,在沟海线牛庄—西柳间发生一起 22万伏高压线对地放电使近 3 km铁路通信光缆全部毁坏的故障。由于事故的特殊性、破坏的严重性,以及故障处理中遇到的问题,引起对光缆故障抢修及雷电防护工作的思考。

1 故障原因及损害程度

发生故障的区段是在盘锦到营口客运专线的施工现场,一些履带式旋挖转机在此作业,转机挖探臂竖起有 20多米高,而附近地下就有通信光缆。当时一架转机在没将挖探臂完全放平的情况下从 22万伏高压线底下通过,在挖探臂距高压线 3 m时,高压线与挖探臂间产生巨大的电弧,瞬间对地并沿地下 1.2m深的光缆向两侧放电,造成在 3 km范围内的光缆和 6个光缆接头盒严重毁坏。

图 1是损坏的光缆,断点处光缆的钢质加强芯熔断,光纤束管及铝-聚乙烯粘结护套形成团状物从缆中迸出,有的地方整个缆身直接迸断。在放电点附近光缆断点间距约 20 cm,距放电点越远断点间隔越大。

图 2是损坏的光缆接头盒。盒体炸裂,光纤从裂缝处迸出,盒内全是炸后形成的烟灰,在盒内的光缆只剩外护套形成空管,钢质加强芯、光纤束管及铝—聚乙烯粘结护套全部迸出或熔化。

2 故障处理过程

沟海线牛庄—西柳间 K87+600—K90+400处,由于施工迁改造成此段接头盒较多,又由于接头盒对地绝缘,才使故障范围没有超出 3 km。现场如图 3所示,方框处为接头盒。

图 3 沟海线牛庄—西柳间K 87+600-K 90+400线路图

发生事故后,传输设备光路告警。首先在牛庄机械室用 OTDR进行定位,定位在 K87+600处。迅速派人员到附近查看有无施工动土迹象,同时抢修人员携带发电机、熔接机、OTDR、径路探测仪、光缆、光缆接头盒、应急灯等器材前往。由于没有发现施工动土迹象,打开接头盒用 OTDR就近定位。打开K 87+600处的光缆接头盒发现,加强芯有电击痕迹,向牛庄方向测试良好,向西柳方向测试一部分纤芯在距 590 m处中断,正好是 K88+190处的接头盒。挖出后发现,接头盒外壳已裂开,里面的光纤、塑料支架熔化。更换新盒重新接续后测试,距西柳方向 1.065 km光缆全部中断。直接去挖1.065 km(K89+255)处故障点,发现光缆已被击断,再往西柳方向测还不通。立即派人在西柳机械室用 OTDR向故障点方向测试,发现故障点在 K 90+420,故障范围 K87+600— K90+420。

损坏情况:图 3中①位置(K87+920—K87+940)和③位置(K90+270—K90+420),纤芯有不同程度的损伤;②位置(K89+255—K89+700),光缆损坏严重。K87+600处接头盒加强芯处有电焊痕迹,其余 5个接头盒损坏非常严重。

3 思考

3.1 建立应急抢修预备方案

光缆损坏、断裂、接头损耗增大,多为外力造成,如挖掘、钻孔、水害、冻害等,其特点是故障现场有明显的痕迹,维护人员容易发现。光纤自然劣化断裂,虽然现场没有明显痕迹,但也只是局部问题;即使在人井、手孔、钢管防护等处光缆受到拉伸或挤压而造成光纤断裂,范围也就几米到几十米,比较容易修复。由于光缆中断点单一,范围不大,所以应急抢修方案的故障定位采用 OTDR测试仪从一侧向故障点进行测试,测出故障点距测试点的纤芯长度,根据光缆径路图纸、光缆配盘资料、光缆接头位置坐标图等,综合测算出故障点的地理位置。在抢修面有 4个熔接人员携带必要的器材乘车出发,同时抢修指挥组和清理现场人员尽快到达现场为接续做前期准备。抢修器材包括光缆 120～200m、接头盒 4个、加满油的发电机 2台、融接机 2台、OTDR1台、径路探测仪 1台、应急抢修工具材料箱 2个、照明物品、帐篷等。

而这次电击故障处理,由于所带的仪器仪表器材不够,电池容量不足,且工作量过多,人员疲惫,效率低下,影响了抢修进度。这种情况不能按照一般光缆中断抢修方案进行,应有一套预备方案,要保证在特殊情况下的应急处理能力,要充分考虑抢修人员、器材、能源供应等问题。

是否启动预备方案,首先要在第一时间判断出故障的性质,改变从一个方向定位故障点的做法,要从出现传输告警的两端用 OTDR对故障点同时定位,推算出故障的实际位置及范围。再考虑现场环境,是否有施工作业、是否有雷雨、地形地貌有无变化等,来决定采用哪种方案,避免盲目启用预备方案造成人力、物力的浪费。

3.2 加强光缆对雷击、电击的防护

从本次故障可以看出,电击对地埋光缆的危害是巨大的。虽然电击具有偶然性,但与同性质的雷击发生的概率相比,可能就大些,所以光缆防高压电击和雷击应引起重视。地下光缆防强电,应尽量远离高压输电线、电气化铁路或高压变电站,如果难以避开上述设施,应根据实际情况计算和采取相应的防护措施。

地下光缆防雷,应了解光缆敷设地段的年平均雷暴日数、土壤电阻率、地理环境等因素,以及历年落雷情况。避开曾经落雷特别严重,尤其是重复雷击过的地方,避开雷电多的山区、临水地段、地形地貌及地质呈现 “边界”和突变现象的地段;与孤立大树或电杆拉线及其他接地体间的净距离一般都不应小于 5 m。

光缆防雷电的主要方法:一是加装防雷线,在需要采取防范措施的地段敷设较长距离的排流线,采用面积不小于 50mm2的镀锌钢丝。埋深在光缆上方 30 cm处与光缆平行,应在附设段内全线连通,不与光缆连接,也不另做接地处理,应延伸至土壤电阻率较小的地方。二是在光缆线路接头处把加强芯、防潮层及铠装层的金属导电部分断开,以防止电流的传导。同时在接头处把缆内金属构件短接为一体,以均衡电位防止打火花。接头处不作接地处理。三是做消弧线,当某点有大电流入地时,在此处地中形成电弧区,用消弧线可改变原来电弧区的电位分布缩小电弧区的电弧半径,使电弧远离光缆,还可将电弧区的电位下降。消弧线设置于光缆与电流入地点间,位于电弧区内围绕入地点呈圆角或 U型敷设,U两端远离光缆并接地。四是将避雷针地线引远,当已知电流入地点如杆、塔、树等离光缆净距离不足 5m时,不宜采用消弧方法防雷电,而应采用安装避雷针方式。将避雷针的地线引至规定范围以外,从而避免对光缆放电。

总之,这次故障给我们很多启示,在今后无论是设计、施工、维护、故障抢修都要将电击、雷击作为重要因素加以考虑。

(责任编辑:诸 红)