选择光纤复合架空地线和良导体地线应注意的问题

鲍星辉

(辽宁省电力有限公司建设管理中心，辽宁 沈阳 110005)

随着电网建设的迅猛发展，OPGW在输电线路中的应用愈来愈普及，大量光纤通信工程投入运行，OPGW已成为电力系统通信主干网络的重要通道。

OPGW是架设在输电线路杆塔顶端，具有普通架空地线和光纤通信能力双重功能的特种光缆，既要满足通信专业对光纤芯数、光纤类型和工作波长等方面的技术要求，同时还要具有普通架空地线的电气性能、机械性能等一切特性要求。由于受OPGW短路电流容量的限制，一般有2根架空地线的输电线路，另1根地线可以选用良导体，分担流经OPGW的短路电流。

OPGW的架设依附于电力线路，必须遵照架空输电线路设计规范进行设计。同时，由于OPGW是一种特种光缆，在设计时还应考虑其特殊性。由于OPGW目前还没有统一的制造标准和统一的规格型号，因此，在选择OPGW和良导体地线时应特别注意以下问题。

1 应同时校验OPGW和另1根地线组合时短路电流热稳定性

当输电线路发生短路故障时，流经地线的短路电流距离线路两端出口愈近，短路电流愈大，随着线路远离出口，短路电流急剧下降。出口短路电流愈大、线路愈短，短路电流下降愈快。当距离线路出口10 km左右，短路电流一般可下降20%～50%。通常，线路出口的短路电流较大，仅靠OPGW自身的泄流能力往往无法满足要求，一般情况，线路出口的另1根地线采用良导体，以降低流经OPGW的短路电流，达到分流的目的，这根良导体地线一般称作分流线。校验OPGW和分流线的短路电流热稳定，主要指这段线路。

流经OPGW和分流线的短路电流与2根地线各自的阻抗成反比，其短路电流分布为

式中 IOPGW——流经OPGW的短路电流;

If——流经分流线的短路电流;

ZOPGW——OPGW自阻抗;

Zf——分流线自阻抗;

Z12——OPGW与分流线之间的互阻抗。由式 (1)可以看出，OPGW与分流线的自阻抗愈接近，流经二者的短路电流愈趋于相同，分流的效果愈好。当OPGW与分流线的自阻抗相差较大时，有可能出现OPGW和良导体地线各自允许的短路电流之和大于计算的短路电流，但短路电流在2根地线上重新分配后，流过自阻抗小的地线的短路电流可能超过热稳定极限，另1根地线的短路电流容量还远没有达到热稳定极限。因此，在进行地线热稳定计算时，应同时校验OPGW和另1根地线组合时短路电流热稳定性，使其同时满足要求。在OPGW结构很难进行调整时，应重新选择分流线，使之满足要求。

当短路电流较大时，应采取降低出口段杆塔接地电阻的方法，增加杆塔接地的泄流，达到降低短路电流的目的。

OPGW截面选择时，一般依据短路电流的大小选择不同截面，分段配置。如在线路出口，配置的截面大一些，在中间段，配置的截面小一些。在建设OPGW初期，由于OPGW的价格较贵，具有一定的经济性。目前OPGW价格并不是很高的情况下，采用同一截面配置更为合理，为后期线路的π接和改造创造条件。

在经济发展的中心地带，输电线路的长度通常不会很长，由于电力负荷发展很快，电网的远期规划存在不确定性，在选择OPGW短路电流热容量时，按照变电站一次设备的短路电流水平来确定，是一种新的设计思路。由于OPGW所占工程造价的比例很小，在增加线路建设投资较小的前提下，OPGW短路电流热容量可以达到终期水平。

2OPGW耐受雷击的能力

铝的熔点660℃，钢的熔点1 535℃。当发生雷击时，铝的抗溶蚀能力远低于钢。试验和运行经验证明，抗雷击性能与股线直径成正比，与其电导率成反比。早期OPGW多采用铝合金线且直径较小，发生的雷击断股事故较多。为此，在《电力系统同步数字系列 (SDH)光缆通信工程设计技术规定 (DL/T 5404—2007)》规定:对超高压及以上线路，应采用直径3.0 mm及以上、20%(IACS)或相对低导电率铝包钢线。

在选择OPGW结构时，短路电流容量和耐雷击性能是相互矛盾的。一方面，为满足短路电流容量，股线的导电率愈大愈好;另一方面，为防止雷击断股，股线的导电率愈小愈好。短路电流容量在OPGW设计时是硬指标，抗雷击能力的指标并不是很具体，厂家在设计OPGW结构时，往往对抗雷击能力重视不够，为达到短路电流容量，多采用40%IACS铝包钢线，这对防止雷击断股是不利的。

发生这种情况与设计方要求的直径偏小有关。在要求的直径范围内低导电率铝包钢线无法满足短路电流容量要求，只能采用高导电率铝包钢线，这也是不得以而为之。

在OPGW结构选择时，这一点应当给予足够的重视。当采用20%IACS铝包钢线无法满足短路电流容量要求时，生产厂家与设计单位应及时沟通，设计应允许适当加大OPGW直径。实际上在铁塔设计时地线支架强度应留有适当的裕度。

3 OPGW和良导体地线的机械强度

3.1 OPGW平均运行张力的选取

架空地线平均运行张力的取值，依据《110 kV～750 kV架空输电线路设计规范 (GB50545—2010)》的规定，平均运行张力 (EDS)取额定拉断力 (RTS)的25%。这对于采用铝钢截面比不小于4.29的钢芯铝绞线或镀锌钢绞线作为地线是满足规范要求的，但OPGW一般采用铝包钢线，铝钢截面比最大只有1.67(40%IACS铝包钢线)，股线的耐振性能差，为有效防止微风振动引起疲劳断股，同时考虑到OPGW的重要性，DL/T5404—2007规定:OPGW的平均运行张力不宜大于额定拉断力的20%。在设计时应注意两个标准的不同要求。

3.2 最大使用张力的选取

DL/T5404—2007规定:OPGW的设计安全系数应大于2.5，且不得小于导线的设计安全系数。

《光纤复合架空地线 (GB/T7424.4—2003)》中，对OPGW的机械性能要求是:当OPGW承受的拉力不大于RTS的95%时应无任何单线破断。OPGW所能保证的拉断力是额定拉断力的95%。因此，OPGW的最大使用张力应是RTS×95%/K(安全系数)。如果OPGW的设计安全系数远大于2.5，OPGW的最大拉断力取RTS还是RTS×95%并不重要，但当OPGW的设计安全系数与2.5相接近时，就可能出现实际安全系数小于2.5的情况。

一般情况，地线的最大使用张力是按导、地线防雷间距要求求得的。依据GB50545—2010的规定，在一般档距的档距中央，S≥0.012L+1(S为导线与地线间的距离，L为档距。计算条件:气温15℃，无风、无冰)。由此反推出来的地线最大使用张力是一个变数，档距愈大，最大使用张力愈大，安全系数愈小。对于较大档距，应注意校核地线的安全系数是否大于2.5，且大于导线的设计安全系数。

应当注意，采用公式S≥0.012L+1计算出来的导线与地线间的距离，只适用于一般档距，对于大跨越和大档距，还应满足《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合 (DL/T620—1997)》中的规定。DL/T620—1997中6.3.3条规定，根据雷击档距中央地线时防止反击的条件，大跨越导线与地线间的距离不得小于表1的要求。

表1 防止反击要求的大跨越档导线与地线间的距离

山区线路高差大、地形复杂，对于220kV及以上线路，常出现1 000 m以上档距，超过1 000 m档距，可以认为是大档距或大跨越。对于1 000 m档距，0.012L+1=13 m，对于220kV线路，满足表1要求:对于330 kV和500 kV线路，不满足表1要求，此时，导线与地线间的距离应按表1调整。此时更应注意校核地线的安全系数，当发现小于2.5或小于导线的设计安全系数时，应重新选择地线的规格和型号，使之达到规定的要求。OPGW作为兼具通信功能的防雷地线，应满足此项规定。

3.3 OPGW和良导体地线的过载能力

3.3.1 良导体地线的过载能力

依据GB50545—2010的规定，地线设计冰厚，除无冰区段外，应较导线冰厚增加5 mm。同时还规定，500 kV及以上输电线路，覆冰区段地线采用镀锌钢绞线时最小标称截面应不小于100 mm2。这两项规定与《110～500 kV架空送电线路设计技术规定 (DL/T5092—1999)》有较大的改动。对比DL/T5092—1999，地线采用镀锌钢绞线时最小标称截面由不小于70 mm2增加到100 mm2，同时增加了5 mm冰厚。这两项规定都是根据2008年初我国南方地区发生大面积冰灾引起地线拉断和地线支架折断所采取的提高线路抗冰能力的措施。

500 kV及以上输电线路，覆冰区段的镀锌钢绞线最小标称截面不小于100 mm2，主要是根据导、地线在稀有风速和稀有覆冰气象条件时，所计算的导、地线过载能力相匹配的原则得出的。

在GB50545—2010的编制说明中，列出了导、地线过载能力计算结果 (如表2所示)。

表2 导、地线的过载能力

表2所列数据是在气温－5℃、风速15 m/s、导地线弧垂最低点的最大张力达到其拉断力的70%时所能承载的覆冰厚度。

根据以上验算条件，增加几种常用的铝包钢绞线规格，计算结果如表3所示。

表3 铝包钢绞线的过载能力 (t=－5℃，V=15 m/s)

由表3可以看出，与GJ－100镀锌钢绞线过载能力基本相同的铝包钢绞线有LBGJ－120－27AC、LBGJ－150－30AC、LBGJ－180－40AC，与 GJ－80镀锌钢绞线过载能力基本相同的铝包钢绞线有LBGJ－120－30AC、LBGJ－150－40AC; 过载能力与RTS成正比，RTS愈大，过载能力愈强。220kV线路，一般导线不大于LGJ－400/35钢芯铝绞线，与之相配的地线是GJ－80镀锌钢绞线，可以采用LBGJ－120－30AC或LBGJ－150－40AC铝包钢绞线作为良导体分流地线。在设计铁塔时，可以采用LBGJ－150－40AC铝包钢绞线作为主要地线型号，通用性好。500 kV线路，与之相配的地线是GJ－100镀锌钢绞线，可以采用LBGJ－150－30AC或LBGJ－180－40AC铝包钢绞线作为良导体分流地线。LBGJ－180－40AC与 LBGJ－150－30AC在荷载上比较，风荷载增加11%，重量增加2%，张力可以取其相同。因此，在设计铁塔时，如果采用LBGJ－180－40AC铝包钢绞线作为主要地线型号，荷载比LBGJ－150－30AC增加很小，但应用范围更广，通用性更好，可以避免不必要的验算工作。由于地线荷载仅占导、地线荷载的1%～2%，由此引起的铁塔增重很小。

3.3.2 OPGW的过载能力

过载能力匹配原则同样适用于OPGW。对OPGW进行过载能力计算，计算结果如表4所示。

表4 OPGW的过载能力 (t=－5℃，V=15 m/s)

由表4可以看出，截面同是110 mm2的OPGW，由于RTS不同，过载能力相差很大。当RTS为76.9 kN，过载能力仅相当于GJ－60镀锌钢绞线的水平，其过载能力偏小。因此，在选择OPGW时，不仅短路电流容量应满足要求，RTS也应尽量选择大些，使之与GJ－100镀锌钢绞线的强度相一致。由表4还可以看出，加大OPGW截面积，对提高过载能力关系不大。

DL/T5404—2007规定，在稀有风速或稀有覆冰验算气象条件下，OPGW在悬挂点的最大张力不宜超过 RTS的 66%。这一规定，比 GB50545—2010中所要求的最大张力低10%。OPGW做为一种特殊地线，其过载能力的要求更严格。因此，要求OPGW的机械强度与GJ－100相一致，是选择OPGW的基本要求。

3.4 OPGW和良导体地线的弧垂特性

在OPGW和良导体地线的选择时，应注意弧垂特性的匹配。在EDS状态下，二者的弧垂应尽可能一致。

4 结束语

OPGW作为一种特殊地线，在选型时不仅应重视短路电流容量，还应注重与普通地线在防雷击断股和抗疲劳断股方面的差异，特别是对OPGW和良导体地线的机械强度应给予足够的重视，机械强度的大小关系到OPGW和良导体地线抵御自然灾害的能力，对线路的安全运行尤为重要，这就要求在铁塔地线支架设计时应合理考虑使用大截面、大RTS地线的可能性，给OPGW和良导体地线的选择提供更大的范围，优选出与线路需求匹配的OPGW和良导体地线。

［1］DL/T 5404—2007，电力系统同步数字系列 (SDH)光缆通信工程设计技术规定 ［S］.

［2］GB50545—2010，110 kV～750 kV架空输电线路设计规范［S］.

［3］DL/T 620—1997，交流电气装置的过电压保护和绝缘配合［S］.

［4］DL/T 5092—1999，110～500 kV架空送电线路设计技术规定 ［S］.

［5］YB/T 124—1997，铝包钢绞线 ［S］.

［6］GB/T 7424.4—2003，光缆第4部分:分规范 光纤复合架空地线 ［S］.