论文部分内容阅读
摘 要：这几年，我国电网建设项目越来越多，各地区中应用的电力光缆也变得越来越多样性。但是，就当前220kV架空送电线路OPGW光缆设计现状来看，由于OPGW设计原则的不明确，致使不同的设计单位在实际电力工程中采用的设计标准和原则也存在了较大的差异。因此，为了加强建立统一的OPGW设计原则，必须采用相关有效的技术原则进行解决，进一步提高设计质量，促使线路安全、高效的运行。因此，笔者具体对220kV架空送电线路OPGW设计原则进行了研究探讨，并得出以下相关结论，以供参考。
关键词：220kV架空线路；OPGW光缆；设计原则
在220kV架空送电线路的建设过程中，OPGW的设计、选型等都是非常至关重要的。想要确保OPGW选择的合理性，设计人员在对OPGW光缆进行设计时，应该遵循相关设计原则，以此来保证电网的稳定运行。以下本文重点对220kV架空送电线路OPGW设计原则进行了深入的探讨分析。
1 短路电流和时间的选择原则
1.1 短路电流选择原则
通常情况下，我国在对短路电流进行选择时，应该重点考虑两方面的问题，一方面是发电站中长远规划的短路电流值作为设计值。另一方面就是选取变电站中最大的短路电流值，将其作为短路电流的设计值。
而这两种方法都存在自身的优势和缺点，其中，前者在当前设计情况来看，最长远的规划远景年限大概在15年左右，但OPGW的运行年限却能保持在30年。因此，我们不难理解，如果坚持使用这种设计原则，显然是无法匹配上的，若是想要通过加大裕度进行解决，又很难确定出准确的裕度值。后者则是比较直观的一种方法，OPGW能够与变电站中的电力设备相互配套。
1.2 短路电流持续时间选择原则
短路电流持续时间要考虑主保护动作时间、断路器动作时间、重合闸时间和短路电流的非周期分量。220kV线路主保护的动作时间是0.15s，其它也按0.15s考虑。所以，220kV线路短路电流持续时间一般按0.3s考虑。
2 温度选择原则
2.1 起始温度选择原则
可以说，在对220kV架空送电线路OPGW进行设计时，其热稳定计算的起始温度将会直接影响到最终OPGW的选型。但是，由于OPGW一般都是被架设在架空线路铁塔中，常常会受到自然因素，以及温度变化的影响，光缆温度也会随之发生改变。
在实际的线路设计过程中，设计人员应该对最高设计温度进行有效的控制，充分考虑到起始温度计算的重要性，而笔者在多年实践工作观察中发现，当起始温度保持在40℃左右时，线路的安全性能够得到很好的保障，因此建议选取40℃的起始温度。
2.2 OPGW最高允许温升选择原则
实际上，OPGW最高允许温升的发生，通常都是与OPGW材料质量有着密切的关联，其值基本都是由生产厂家指定的。并且，在线路的正常运行过程中，OPGW最高允许温升将会由两点因素决定，一点是铝，二是用户保护光线的油膏，当这两种物质的软化温度较大时，就很容易发生老化，因此无法再对光缆起到很好的保护作用，再加之铝受到过高温度的影响，使得整体的抗拉强度遭到破坏，这就很难再保证OPGW的安全性。所以，为了安全着想，笔者建议尽量将OPGW的最高允许温度控制在200℃以内。
3 截面和直径的选择原则
一般来说，OPGW光缆通常是作为地线，被架设在线路中，更是信息传递的重要载体，几乎具备了地线所有的使用功能。并且，当电力线路出现单相接地短路故障时，在两根地线中流经的电流将会按照阻抗情况进行分别分配。其中，地线阻抗强度的高低是与线径有着密切的关联。因此，设计人员在对OPGW进行设计的过程中，一定要充分考虑到其他一根地线的分流作用，尽可能的保证两根地线在几面、直径等方面的一致。
其实，所谓的OPGW截面和直径的选择原则非常简要，只要做到与分流线截面和直径相匹配即可，切忌千万不要超出分流线的直径和截面。另外，在读铁塔负荷进行计算时，也要根据分流线直径大小，对铁塔的水平负荷进行准确的计算。一旦光缆直径超出分流线直径时，就会加大杆塔的外负荷，降低杆塔强度，严重影响了线路的安全运行。
一般在长距离的输电线路运行过程中，设计人员通常会选择两种OPGW光缆，一种是粗光缆，另一种则是细光缆。其中，设计人员在对细光缆直径取值进行确定时，应该注重考虑到经济合理性的问题。而粗光缆的直径一定要与分流线直接相匹配，确保两种光缆都能够具备较高的稳定性，同时达到防雷要求。
近些年来，OPGW受到雷击引发的断股事故越来越多，如果站在防雷角度来说，如果增加外层单丝和OPGW的直径，能够明显的增强线路的抗雷击能力。
從各设计院热稳定计算情况看，分流线一般取JLB40-120～185型的铝包钢绞线。直径是14.25～17.5mm。变电站或电厂断路设备的遮断容量最大是40～50kA。考虑到分流线的分流作用，变电站出口处光缆中流过的最大短路电流在19～24kA，根据目前各光缆厂家的生产情况，粗光缆直径在16mm左右，不同材质光缆的允许短路电流虽有所不同，但其允许短路电流可以达到24kA左右，外层单丝是铝合金的光缆允许短路电流值大，全铝包钢材质的光缆允许短路电流值小。
单相接地短路电流，随距变电站或电厂距离的增加而衰减，衰减速度和线路长度与导线的材质、电阻有关。距变电站或电厂达到一定距离后，短路电流可衰减到20kA以下，这时，选用直径为13.5～15mm的光缆其允许短路电流可以满足要求。所以，粗光缆截面和直径的选择原则是要与分流线匹配，直径在16mm左右；细光缆截面和直径的选择原则是经济合理，满足抗雷击要求，直径取14mm。
4 材料选择原则
OPGW材料选择，既要满足机电强度的要求，同时也要满足热稳定的要求。从抗雷击的角度来要求，就是要选用熔点高的材料，钢的熔点远高于铝合金材质的材料，选用全铝包钢材质的光缆是解决抗雷击的一种措施。所以，220kV线路在雷暴日少的地区可选用外层单丝是铝合金的材料。在雷暴日高的地区OPGW选用全铝包钢材料。考虑到电网运行可靠性宜选用全铝包钢材料。
5 抗拉强度选择原则
OPGW做为地线要满足规程要求的条件，即导线与地线间的距离要大于等于0.012L+1的计算结果。在分流线设计中，这一条件已经考虑。所以，OPGW的弧垂只要与分流线匹配即可，具体讲就是“拉重比”要相当。由此可推算出OPGW的额定抗拉强度。具体办法是；由设计院给出大气无风条件下典型档距对应的最大弧垂及安全系数，由厂家自己依据成缆的参数反推额定抗拉强度，设计院不要对额定抗拉强度值做出要求。
6 其它选择原则
（1）从抗雷击角度要求：220kV线路外层单股直径一般不小于2.75mm。（2）OPGW直流电阻要尽量满足设计要求的取值范围。（3）OPGW最大使用张力安全系数要大于等于3。
结束语
本文根据电力系统的具体要求，研究了220kV架空线路OPGW光缆的选择，提出了一些指导性的设计原则，其中包括短路电流、温度、截面与直径、材料、抗拉强度等选择原则，以供参考。
参考文献
[1]陈清美.OPGW允许的最高温度[J].电力系统通信，2006（9）.
[2]山崎武.OPGW用履链滑车的开发[J].电力建设，1988（12）.
[3]黄彦浩，樊亚东.光纤复合架空地线（OPGW）及其新发展[J].华北电力技术，2002（10）.
关键词：220kV架空线路；OPGW光缆；设计原则
在220kV架空送电线路的建设过程中，OPGW的设计、选型等都是非常至关重要的。想要确保OPGW选择的合理性，设计人员在对OPGW光缆进行设计时，应该遵循相关设计原则，以此来保证电网的稳定运行。以下本文重点对220kV架空送电线路OPGW设计原则进行了深入的探讨分析。
1 短路电流和时间的选择原则
1.1 短路电流选择原则
通常情况下，我国在对短路电流进行选择时，应该重点考虑两方面的问题，一方面是发电站中长远规划的短路电流值作为设计值。另一方面就是选取变电站中最大的短路电流值，将其作为短路电流的设计值。
而这两种方法都存在自身的优势和缺点，其中，前者在当前设计情况来看，最长远的规划远景年限大概在15年左右，但OPGW的运行年限却能保持在30年。因此，我们不难理解，如果坚持使用这种设计原则，显然是无法匹配上的，若是想要通过加大裕度进行解决，又很难确定出准确的裕度值。后者则是比较直观的一种方法，OPGW能够与变电站中的电力设备相互配套。
1.2 短路电流持续时间选择原则
短路电流持续时间要考虑主保护动作时间、断路器动作时间、重合闸时间和短路电流的非周期分量。220kV线路主保护的动作时间是0.15s，其它也按0.15s考虑。所以，220kV线路短路电流持续时间一般按0.3s考虑。
2 温度选择原则
2.1 起始温度选择原则
可以说，在对220kV架空送电线路OPGW进行设计时，其热稳定计算的起始温度将会直接影响到最终OPGW的选型。但是，由于OPGW一般都是被架设在架空线路铁塔中，常常会受到自然因素，以及温度变化的影响，光缆温度也会随之发生改变。
在实际的线路设计过程中，设计人员应该对最高设计温度进行有效的控制，充分考虑到起始温度计算的重要性，而笔者在多年实践工作观察中发现，当起始温度保持在40℃左右时，线路的安全性能够得到很好的保障，因此建议选取40℃的起始温度。
2.2 OPGW最高允许温升选择原则
实际上，OPGW最高允许温升的发生，通常都是与OPGW材料质量有着密切的关联，其值基本都是由生产厂家指定的。并且，在线路的正常运行过程中，OPGW最高允许温升将会由两点因素决定，一点是铝，二是用户保护光线的油膏，当这两种物质的软化温度较大时，就很容易发生老化，因此无法再对光缆起到很好的保护作用，再加之铝受到过高温度的影响，使得整体的抗拉强度遭到破坏，这就很难再保证OPGW的安全性。所以，为了安全着想，笔者建议尽量将OPGW的最高允许温度控制在200℃以内。
3 截面和直径的选择原则
一般来说，OPGW光缆通常是作为地线，被架设在线路中，更是信息传递的重要载体，几乎具备了地线所有的使用功能。并且，当电力线路出现单相接地短路故障时，在两根地线中流经的电流将会按照阻抗情况进行分别分配。其中，地线阻抗强度的高低是与线径有着密切的关联。因此，设计人员在对OPGW进行设计的过程中，一定要充分考虑到其他一根地线的分流作用，尽可能的保证两根地线在几面、直径等方面的一致。
其实，所谓的OPGW截面和直径的选择原则非常简要，只要做到与分流线截面和直径相匹配即可，切忌千万不要超出分流线的直径和截面。另外，在读铁塔负荷进行计算时，也要根据分流线直径大小，对铁塔的水平负荷进行准确的计算。一旦光缆直径超出分流线直径时，就会加大杆塔的外负荷，降低杆塔强度，严重影响了线路的安全运行。
一般在长距离的输电线路运行过程中，设计人员通常会选择两种OPGW光缆，一种是粗光缆，另一种则是细光缆。其中，设计人员在对细光缆直径取值进行确定时，应该注重考虑到经济合理性的问题。而粗光缆的直径一定要与分流线直接相匹配，确保两种光缆都能够具备较高的稳定性，同时达到防雷要求。
近些年来，OPGW受到雷击引发的断股事故越来越多，如果站在防雷角度来说，如果增加外层单丝和OPGW的直径，能够明显的增强线路的抗雷击能力。
從各设计院热稳定计算情况看，分流线一般取JLB40-120～185型的铝包钢绞线。直径是14.25～17.5mm。变电站或电厂断路设备的遮断容量最大是40～50kA。考虑到分流线的分流作用，变电站出口处光缆中流过的最大短路电流在19～24kA，根据目前各光缆厂家的生产情况，粗光缆直径在16mm左右，不同材质光缆的允许短路电流虽有所不同，但其允许短路电流可以达到24kA左右，外层单丝是铝合金的光缆允许短路电流值大，全铝包钢材质的光缆允许短路电流值小。
单相接地短路电流，随距变电站或电厂距离的增加而衰减，衰减速度和线路长度与导线的材质、电阻有关。距变电站或电厂达到一定距离后，短路电流可衰减到20kA以下，这时，选用直径为13.5～15mm的光缆其允许短路电流可以满足要求。所以，粗光缆截面和直径的选择原则是要与分流线匹配，直径在16mm左右；细光缆截面和直径的选择原则是经济合理，满足抗雷击要求，直径取14mm。
4 材料选择原则
OPGW材料选择，既要满足机电强度的要求，同时也要满足热稳定的要求。从抗雷击的角度来要求，就是要选用熔点高的材料，钢的熔点远高于铝合金材质的材料，选用全铝包钢材质的光缆是解决抗雷击的一种措施。所以，220kV线路在雷暴日少的地区可选用外层单丝是铝合金的材料。在雷暴日高的地区OPGW选用全铝包钢材料。考虑到电网运行可靠性宜选用全铝包钢材料。
5 抗拉强度选择原则
OPGW做为地线要满足规程要求的条件，即导线与地线间的距离要大于等于0.012L+1的计算结果。在分流线设计中，这一条件已经考虑。所以，OPGW的弧垂只要与分流线匹配即可，具体讲就是“拉重比”要相当。由此可推算出OPGW的额定抗拉强度。具体办法是；由设计院给出大气无风条件下典型档距对应的最大弧垂及安全系数，由厂家自己依据成缆的参数反推额定抗拉强度，设计院不要对额定抗拉强度值做出要求。
6 其它选择原则
（1）从抗雷击角度要求：220kV线路外层单股直径一般不小于2.75mm。（2）OPGW直流电阻要尽量满足设计要求的取值范围。（3）OPGW最大使用张力安全系数要大于等于3。
结束语
本文根据电力系统的具体要求，研究了220kV架空线路OPGW光缆的选择，提出了一些指导性的设计原则，其中包括短路电流、温度、截面与直径、材料、抗拉强度等选择原则，以供参考。
参考文献
[1]陈清美.OPGW允许的最高温度[J].电力系统通信，2006（9）.
[2]山崎武.OPGW用履链滑车的开发[J].电力建设，1988（12）.
[3]黄彦浩，樊亚东.光纤复合架空地线（OPGW）及其新发展[J].华北电力技术，2002（10）.