梁炯光，李杰，程啟誠(chéng)，林楊，陳景鵬

（1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510600；2.江門(mén)供電局，廣東 江門(mén) 529100）

全絕緣光單元110 kV OPPC架空送電試驗(yàn)線(xiàn)路的關(guān)鍵技術(shù)

梁炯光1，李杰1，程啟誠(chéng)1，林楊1，陳景鵬2

（1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510600；2.江門(mén)供電局，廣東 江門(mén) 529100）

電力通信光纖通道是保障電網(wǎng)正常運(yùn)行的神經(jīng)線(xiàn)。目前電網(wǎng)光纖通道的主要手段是采用架空地線(xiàn)復(fù)合光纜（Optical Power Grounded Wire，OPGW）。然而，采用OPGW的輸電線(xiàn)路的架空地線(xiàn)需逐桿塔接地，增加了電網(wǎng)的能耗。由于架空地線(xiàn)無(wú)負(fù)荷電流，易于覆冰，冰災(zāi)時(shí)往往首先破斷，使保護(hù)和調(diào)度通信癱瘓而擴(kuò)大事故。20紀(jì)80年代出現(xiàn)的光纖復(fù)合相導(dǎo)線(xiàn)（Optical fiber composite Phase Conductor，OPPC），采用常規(guī)架空地線(xiàn)，無(wú)逐塔接地，大大減少了能耗。導(dǎo)線(xiàn)有負(fù)荷電流的溫升，不易覆冰斷裂。即使發(fā)生冰災(zāi)，保護(hù)和系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)作正常，限制了事故范圍，加快了搶修進(jìn)程?？上?，傳統(tǒng)的OPPC技術(shù)十分繁瑣復(fù)雜，不利推廣使用。為了降低電網(wǎng)能耗，尋求更好的電網(wǎng)通信手段，某電網(wǎng)公司OPPC從2009年開(kāi)始改進(jìn)OPPC技術(shù)的研究，開(kāi)發(fā)出基于分離套管（見(jiàn)圖1）的光單元直接引下技術(shù)。2010年10月廣東電網(wǎng)公司第一條采用OPPC的10 kV配電線(xiàn)路建成投入運(yùn)行（見(jiàn)圖2）。該試驗(yàn)線(xiàn)路，連同利用它相導(dǎo)線(xiàn)的光單元作為無(wú)源以太光網(wǎng)絡(luò)（Ethernet Passive Optical Network，EPON）運(yùn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通信通道，正常運(yùn)行至今［1］。光單元分離套管已取得中國(guó)國(guó)家專(zhuān)利（專(zhuān)利號(hào)No.201010280663.4）。

圖1 光單元分離套管Fig.1 OU separation bushing

圖2 廣東電網(wǎng)第一條OPPC 10 kV配電線(xiàn)路Fig.2 The first OPPC 10 kV distribution line of Guangdong power grid

基于新型OPPC技術(shù)在10 kV配網(wǎng)線(xiàn)路上的試運(yùn)行成功，廣東電網(wǎng)公司在吸取原有經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上繼續(xù)開(kāi)發(fā)OPPC在110 kV輸電線(xiàn)路上的應(yīng)用技術(shù)。原OPPC 10 kV配電線(xiàn)路采用的是不銹鋼松套管光單元，通常光單元由多根光纖和保護(hù)管組成光纖收容在不銹鋼松套管［2］。由于110 kV線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)懸掛點(diǎn)比10 kV配線(xiàn)高，當(dāng)光單元分離引下時(shí)，不銹鋼管剝離損壞光單元的風(fēng)險(xiǎn)較高。為了在110 kV線(xiàn)路采用OPPC新技術(shù)，本文提出采用全絕緣光單元OPPC的大膽設(shè)想，以PBT聚合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的不銹鋼光纖松套管，和廠家合作，試制出一種全絕緣光單元的OPPC導(dǎo)線(xiàn)。同時(shí)，對(duì)光單元的分離引下技術(shù)進(jìn)行了適應(yīng)110 kV線(xiàn)路的升級(jí)和改進(jìn)。

1110 kV全絕緣光單元OPPC架空送電線(xiàn)路關(guān)鍵技術(shù)

1.1 光單元直接引下裝置及絕緣技術(shù)

在將復(fù)合材料桿塔掛網(wǎng)運(yùn)行之前，需要對(duì)其材料性能、電氣性能及結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，以驗(yàn)證桿塔是否滿(mǎn)足線(xiàn)路的建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)等方面的要求［3］。在電氣方面，110 kV輸電線(xiàn)比10 kV配線(xiàn)運(yùn)行電壓高得多，處于110 kV相導(dǎo)線(xiàn)的光單元分離裝置長(zhǎng)期經(jīng)受高電場(chǎng)。該裝置必須能夠達(dá)到以下基礎(chǔ)絕緣等級(jí)及要求（見(jiàn)圖3）。

圖3 光單元直接引下裝置Fig.3 OU insulated down leading

1）文獻(xiàn)［4］規(guī)定：110kV戶(hù)外絕緣須在耐受480 kV全波沖擊和480 kV截波沖擊在后，能耐受230 kV工頻電壓1 min。本文研制光單元分離裝置在廣東某電科院進(jìn)行了試驗(yàn)，并順利通過(guò)。

2）按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在III級(jí)污區(qū)，110 kV戶(hù)外絕緣爬距在最高運(yùn)行電壓下須≥31 mm/kV，即總絕緣爬距須≥2 166 mm［5］。

3）分離套管的光單元出口處的場(chǎng)強(qiáng)比10 kV線(xiàn)路高得多，須考慮抗電蝕。為了增加絕緣爬距和抗電蝕，本裝置中光單元絕緣引下加裝了帶傘群抗電蝕硅橡膠的護(hù)套。

4）110kV輸電線(xiàn)比10 kV配線(xiàn)更重要，分離套管在結(jié)構(gòu)上應(yīng)比原來(lái)10 kV的更堅(jiān)固，水密性更好。

1.2 全絕緣光單元OPPC溫升耐受時(shí)間

PBT聚合材料極限工作溫度為150℃。而輸電線(xiàn)路發(fā)生短路事故時(shí)，極大的短路電流（廣東110 kV電網(wǎng)通常達(dá)10 000 A）使相導(dǎo)線(xiàn)溫度急劇上升。這就意味著PBT聚合材料光單元不能無(wú)條件應(yīng)用于任何110 kV架空送電線(xiàn)路。IEC 60794-1-2中指出，短路電流/雷擊實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)OPGW和OPPC。而在IEC 60794-4中將IEC 60794-1-2的短路電流實(shí)驗(yàn)標(biāo)明用于OPPC，但未提雷擊試驗(yàn)［6］。

對(duì)于某具體110 kV架空送電線(xiàn)路，采用全絕緣光單元OPPC的先決條件是：當(dāng)最大短路事故電流時(shí)，在可靠地切除故障的時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)線(xiàn)溫度應(yīng)未超過(guò)150℃。廣東110 kV電網(wǎng)“遠(yuǎn)后備保護(hù)”的延時(shí)一般為4 s。這就是說(shuō)，只有那些在最嚴(yán)重短路時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)升溫度至150℃的時(shí)間大于4 s的110 kV架空送電線(xiàn)路，才可以采用PBT光單元OPPC作為導(dǎo)線(xiàn)。

通過(guò)研究，研制出一段全絕緣光單元OPPC導(dǎo)線(xiàn)，并選擇了廣東江門(mén)110 kV開(kāi)崗線(xiàn)進(jìn)行試驗(yàn)建設(shè)。經(jīng)過(guò)計(jì)算試驗(yàn)線(xiàn)路發(fā)生3相金屬性短路（Ik= 724 8 A），導(dǎo)線(xiàn)溫升至150℃的歷時(shí)為12 s，已經(jīng)遠(yuǎn)大于110 kV輸電線(xiàn)路遠(yuǎn)后備保護(hù)跳閘時(shí)間4 s。也就是說(shuō)，在最嚴(yán)重的短路事故時(shí)，試驗(yàn)線(xiàn)路光單元仍然安全［7］。

1.3 絕緣光單元OPPC正常運(yùn)行耐受極限試驗(yàn)

110 kV全絕緣光單元OPPC的光通信能力是否滿(mǎn)足運(yùn)行要求，還需進(jìn)行以下2項(xiàng)試驗(yàn)。

1.3.1 OPPC導(dǎo)線(xiàn)運(yùn)行應(yīng)力下光單元狀態(tài)試驗(yàn)

按照架空送電線(xiàn)路運(yùn)行規(guī)程，架空送電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)容許的最大運(yùn)行張力應(yīng)不超過(guò)導(dǎo)線(xiàn)破斷張力（RT）的40%。本文進(jìn)行了所謂“空白試驗(yàn)”，將OPPC試樣（見(jiàn)圖4）施加50%破斷張力1min，模擬光單元在架空導(dǎo)線(xiàn)承受極限運(yùn)行張力時(shí)的狀態(tài)。試驗(yàn)結(jié)果表明試樣光信號(hào)傳輸正常。試驗(yàn)后，解體檢查絕緣光單元外觀完好［8］。

圖4 空白試驗(yàn)Fig.4 The blank test

1.3.2 OPPC導(dǎo)線(xiàn)短路事故情況下的光通信能力試驗(yàn)

本文進(jìn)行了“綜合性試驗(yàn)”來(lái)模擬光單元在OPPC導(dǎo)線(xiàn)架空送電線(xiàn)路短路事故時(shí)的光通信狀態(tài)（見(jiàn)圖5）。

圖5 綜合試驗(yàn)Fig.5 The comprehensive test

試樣20%的破斷張力和1 000 A電流，持續(xù)測(cè)量光單元的光信號(hào)傳輸衰耗，直到導(dǎo)線(xiàn)溫度達(dá)150℃。

為了能一次同時(shí)檢測(cè)光單元所有纖芯的衰耗，試樣12芯光纖首尾循環(huán)熔接。試驗(yàn)光路圖見(jiàn)圖6。

圖6 綜合試驗(yàn)光路圖Fig.6 Optical path of the comprehensive test

事實(shí)上短路發(fā)熱至150℃時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)運(yùn)行張力降至不足20%的破斷張力。此外，導(dǎo)線(xiàn)在短路達(dá)到150℃的時(shí)間只有幾秒（保護(hù)切除故障時(shí)間一般為4 s）。而本次試驗(yàn)由于電流只接近1 000 A，試樣要好幾分鐘才達(dá)到150℃（試驗(yàn)曾達(dá)到最高升溫到160℃）。實(shí)際光單元在150℃附近經(jīng)歷了幾分鐘，所以本次試驗(yàn)中光單元所耐受的高溫比實(shí)短路事故時(shí)更嚴(yán)酷。試樣達(dá)到160℃時(shí)，光單元傳送光信號(hào)衰耗只增加1.4 dB（從初始的0.49 dB增至1.89 dB）。降溫后光信號(hào)衰耗信號(hào)衰耗恢復(fù)初始值［9-13］。

2110 kV全絕緣光單元OPPC試驗(yàn)線(xiàn)路建設(shè)

通過(guò)對(duì)110 kV絕緣光單元OPPC架空送電線(xiàn)路關(guān)鍵技術(shù)的研究，成功試制出一種全絕緣光單元的OPPC導(dǎo)線(xiàn)及一種OPPC導(dǎo)線(xiàn)的光單元直接引下裝置。選定了一條短路溫升至150℃歷時(shí)為7 s（≥4 s）的廣東江門(mén)110 kV開(kāi)崗線(xiàn)輸電線(xiàn)路，更換一相導(dǎo)線(xiàn)為OPPC，作為試驗(yàn)線(xiàn)路（見(jiàn)圖7）。2014年11月于廣東江門(mén)110 kV開(kāi)崗線(xiàn)進(jìn)行試驗(yàn)建設(shè)并已投入運(yùn)行。將原來(lái)由ADSS承擔(dān)的電力通信業(yè)務(wù)全部轉(zhuǎn)移到OPPC的絕緣光單元上，原架空送電線(xiàn)路及光通信業(yè)務(wù)至今運(yùn)行正常。

3 結(jié)語(yǔ)

由于簡(jiǎn)便的光單元分離及引下技術(shù)的采用，實(shí)現(xiàn)了110 kV全絕緣光單元OPPC作為電力通信手段的嘗試。對(duì)于嚴(yán)重覆冰地區(qū)，OPPC線(xiàn)路對(duì)提高電網(wǎng)運(yùn)行安全意義更大。此外，為了降低送電的電能損耗，OPPC也有可能成為電網(wǎng)光通信手段的一種較好的選擇。

圖7 試驗(yàn)線(xiàn)路施工現(xiàn)場(chǎng)Fig.7 The construction site of the test line

誠(chéng)然，由于PBT運(yùn)行溫度的限制，采用PBT材料的全絕緣光單元OPPC只能用于短路電流不太大的110 kV電網(wǎng)。要將它推進(jìn)到成熟的工業(yè)應(yīng)用，還需一定的改進(jìn)，例如，采用更好的高分子材料光單元絕緣護(hù)套，標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)工藝等。

經(jīng)對(duì)常用的多種導(dǎo)線(xiàn)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，廣東電網(wǎng)近50%的110 kV架空送電線(xiàn)路都能采這種絕緣光單元OPPC導(dǎo)線(xiàn)，表明這種新型OPPC綜合技術(shù)在電網(wǎng)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

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（編輯 董小兵）

The Key Technology of the 110 kV Complete-Insulated Optical Unit OPPC Test Overhead Power Transmission Line

LIANG Jiongguang1，LI Jie1，CHENG Qicheng1，LIN Yang1，CHEN Jingpeng2
（1.Guangdong Power Grid Corporation，Guangzhou 510600，Guangdong，China；2.GPGC Jiangmen Power Supply Bureau，Jiangmen 529100，Guangdong，China）

光纖復(fù)合相導(dǎo)線(xiàn)OPPC在電網(wǎng)節(jié)能和抗冰災(zāi)方面有其優(yōu)越性。然而傳統(tǒng)的OPPC技術(shù)過(guò)于繁瑣復(fù)雜，不利于廣泛應(yīng)用。為了在110 kV線(xiàn)路采用OPPC新技術(shù)，提出采用全絕緣光單元OPPC的大膽設(shè)想，以PBT聚合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的不銹鋼光纖松套管，試制出一種全絕緣光單元的OPPC導(dǎo)線(xiàn)。同時(shí)，對(duì)光單元的分離引下技術(shù)進(jìn)行了適應(yīng)110 kV線(xiàn)路的升級(jí)和改進(jìn)，關(guān)鍵技術(shù)是OU分離引下的高電壓耐受能力和導(dǎo)線(xiàn)對(duì)短路事故電流耐受能力的確定。前者按通過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的高壓試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證；后者通過(guò)理論計(jì)算和運(yùn)行張力下的載流溫升時(shí)間計(jì)算和載流導(dǎo)線(xiàn)在運(yùn)行應(yīng)力下模擬試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。試驗(yàn)線(xiàn)路于2014年11月14日建成并投入運(yùn)行。結(jié)果表明，OPPC架空送電線(xiàn)路的建設(shè)和運(yùn)行可望擺脫繁瑣的傳統(tǒng)技術(shù)，并為電力光纖通信增加一種較好的選擇。

全絕緣；OPPC；抗短路；架空送電實(shí)驗(yàn)電路；光單元分離；引下技術(shù)

The optical fiber composite phase conductor（OPPC）has superior merits in power grid energy saving and icehazard resistance.However，the traditional OPPC technology is too complicated to be widely applied.In 2009，Guangdong Power Grid Corporation（GPGC）started the development of the OPPC optical unit（OU）separation and leading-down technology and constructed and put into operation two OPPC 10 kV distribution lines with this new technology and the company is going to upgrade this technology to accommodate the 110 kV completelyinsulated OPPC Over-head Power Transmission Line（OHPTL）. The key of the technology is to determine the OU separation down leading high voltage withstand and conductor short circuit current withstand.The former is verified with the standard HV test of the State，while the latter is confirmed by the calculation of the temperature rising duration and simulation test of current carrying conductor under the running tension.The test line was completed and put into operation on November 14，2014.The results show that the construction and operation of the OPPC OHPTL will hopefully eliminate the very complicated traditional OPPC technology and provide a better option for the power communication.

complete-insulated；OPPC；anti-short circuit；overhead transmission line；optical unit separation；down-lead technology

1674-3814（2015）04-0032-04

TM726

A

梁炯光（1971—），男，大學(xué)專(zhuān)科，工程師，研究方向?yàn)殡娏νㄐ牛?/p>

李杰（1964—），男，博士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏νㄐ牛?/p>

程啟誠(chéng)（1938—），男，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏\(yùn)行；

林楊（1953—），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏νㄐ牛?/p>

陳景鵬（1965—），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏σ?guī)劃。