220 kV同塔双回线路光缆与地线配置方案比较

2010-04-26于昉，丛琳

山东电力技术 2010年3期

关键词：热容量钢绞线光缆

于昉，丛琳

（山东电力工程咨询院有限公司，山东济南 250013）

0 引言

随着通信网络光纤化趋势进程的加速，山东电力专用网在很多地区已经基本完成了从主干线到接入网向光纤过渡的过程，光缆已在220 kV线路上得到广泛应用。新建220 kV架空线路，一般采用OPGW光缆。

目前，220 kV同塔双回架空线路地线配置为：1条OPGW光缆+1条地线、2条均为OPGW光缆。通过针对同一假设线路地线配置的设计，对两种地线配置方案概述。

1 地线类型

架空地线又称避雷线，一般多采用镀锌钢绞线。近年来，在220 kV及以上送电线路中也有采用良导体或复合光缆作避雷线的。

架空地线复合光缆（OPGW，Optical Ground Wire）是在电力传输线路的地线中含有供通信用的光纤单元，是集通信和接地功能于一体的结构。它具有两种功能：一是作为输电线路的防雷线，对输电导线抗雷、闪电提供屏蔽保护；二是通过复合在地线中的光纤来传输信息。

铝包钢绞线（良导体）由铝包钢单线组成，具有强度大、耐腐蚀性好、导电率高等优点，广泛用于高压架空电力线路的地线、千米级大跨越的输电线等。JLB40铝包钢绞线是目前省内常用的地线分流线。

钢绞线是由多根钢丝绞合构成的钢铁制品，其电阻率相对于OPGW光缆和良导体而言较大。镀锌钢绞线（普通地线）作为架空输电的地线，省内常用的型号为GJ-80。

2 方案概述

由于山东电网架构已基本完成，现处于逐步完善阶段，220 kV变电站间距离相对较近，开断线路也较多。因此目前省内新建220 kV线路一般长度均在50 km范围内。

对于地线的选择，需要考虑其热容量Q能否满足线路安全运行的要求。热稳定计算公式

式中：I为单相短路电流，kA；t为短路故障切除时间，s。

山东省内220 kV站根据其所处电网位置的不同，其短路电流一般在30～50 kA左右。因此，假设线路长度为50 km，线路的两端站短路电流均为50 kA，则线路短路电流分布如图1所示。

图1 A站—B站线单相接地短路电流曲线

由此可见，送电线路在不同地点发生短路时，短路电流分布是不均匀的，越靠近变电站其短路电流越大，随着远离变电站距离的增加，短路电流逐渐衰减，线路中间最小。

假设A站—B站间线路长为50 km，每基塔间距离按0.3 km考虑，共168基塔。OPGW光缆芯数均假设为24芯，短路电流取值按图1计算，以此假设条件将地线配置方案进行描述。

2.1 方案一

本方案两根地线均采用24芯OPGW光缆，则当线路上不同地点发生短路时，通过两根地线的短路电流是相同的。由图1可知，其热稳定计算如表1所示。

表1 两根地线均采用光缆时的热稳定计算

当A（或B）站终端塔发生短路时（短路点1、5），通过光缆的短路电流达到最大值，均分在两根光缆上，即通过每根OPGW光缆的最大短路电流可达到25 kA。根据公式（1）（短路故障切除时间t按0.3 s考虑），每根OPGW光缆热容量要求不小于187.5 kA2·S。

图2 方案一地线配置示意图

当距离A（或B）站25 km处发生短路时（短路点3），通过光缆的短路电流达到最小值，均分在两根光缆上，即通过每根OPGW光缆的短路电流为8.5 kA。根据公式(1)（短路故障切除时间t按0.3 s考虑），每根OPGW光缆热容量要求不小于21.7 kA2·S。

当距离A（或B）站2 km处发生短路时（短路点2、4），通过每根OPGW光缆的短路电流可达到19 kA。根据公式1（短路故障切除时间t按0.3 s考虑），每根OPGW光缆热容量要求不小于108.3 kA2·S。

根据上述计算，自A站起，0～2 km及48～50 km段的光缆热容量在108.3～187.5 kA2·S范围内，需选用OPGW-150光缆；2～48 km段的光缆热容量在 21.7～108.3 kA2·S 范围内，需选用 OPGW-120 光缆，即满足线路安全运行要求。其地线配置如图2所示。

2.2 方案二

本方案的两根地线，一根采用24芯OPGW光缆，另一根采用铝包钢绞线（良导体）。由于良导体的导电性能与OPGW光缆基本相同，因此其热容量计算同方案一。

自A站起，0～2 km及48～50 km段的光缆热容量在108.3～187.5kA2·S范围内，需一根地线选用OPGW-150 光缆、另一根选用 JLB40-150；2～48 km段的光缆热容量在21.7～108.3 kA2·S范围内，需一根地线选用OPGW-120光缆、另一根选用JLB40-120，即满足线路安全运行要求。其地线配置如图3所示。

2.3 方案三

本方案的两根地线，一根采用24芯OPGW光缆，另一根采用镀锌钢绞线（普通地线）。由于普通地线的电阻率相对较大，因此在与OPGW光缆同时作为地线时，短路情况下光缆需承载所有通过线路的短路电流，其热稳定计算如表2所示。

表2 一根地线采用光缆，另一根采用普通地线时的热容量计算

当A（或B）站终端塔发生短路时，通过光缆的短路电流达到最大值50 kA。若仅用一根光缆，则其热容量要求不小于750 kA2·S，无法满足要求，因此另一根地线必须采用分流线（即良导体）。计算得每根地线的热容量要求不小于187.5 kA2·S。

当距离A（或B）站25 km处发生短路时，通过光缆的短路电流达到最小值17 kA，根据公式1（短路故障切除时间t按0.3 s考虑），OPGW光缆热容量要求不小于 86.7 kA2·S。

当距离A（或B）站8 km处发生短路时，通过OPGW光缆的短路电流可达到24 kA。根据公式1（短路故障切除时间t按0.3 s考虑），OPGW光缆热容量要求不小于172.8 kA2·S。

图3 方案二地线配置示意图

图4 方案三地线配置示意图

当距离A（或B）站15 km处发生短路时，通过OPGW光缆的短路电流可达到18.8 kA。根据公式2-1（短路故障切除时间t按0.3 s考虑），OPGW光缆热容量要求不小于106.1 kA2·S。

根据上述计算，自A站起，0～8 km及42～50 km段的光缆热容量在172.8～187.5 kA2·S范围内，需一根地线选用OPGW-150光缆、另一根选用JLB40-150；8～15 km 及 35～42 km 段的光缆热容量在106.1～172.8 kA2·S范围内，需一根地线选用OPGW-150 光缆、另一根选用 GJ-80；15～35 km 段的光缆热容量在86.7～106.1 kA2·S范围内，需一根地线选用OPGW-120光缆、另一根选用GJ-80，即满足线路安全运行要求。其地线配置如图4所示。

3 投资估算

3.1 方案一

本方案两根地线均采用OPGW光缆，总长2×50 km，其中 OPGW-150光缆长 2×4 km、OPGW-120光缆长 2×46 km。按照 4 km/盘计算，OPGW-150光缆共分4盘、OPGW-120光缆共分24盘。

方案一的投资估算约374万元，其具体设备材料见表3和表4。

表3 方案一光缆材料表

表4 方案一的投资估算总表

3.2 方案二

本方案的两根地线，一根采用OPGW光缆，另一根采用铝包钢绞线。光缆总长50 km，其中OPGW-150光缆长4km、OPGW-120光缆长46 km。按照4 km/盘计算，OPGW-150光缆共分2盘、OPGW-120光缆共分12盘。铝包钢绞线总长50 km，其中JLB40-150长4 km、JLB40-120长46 km。

方案二的投资估算约303万元，其具体设备材料见表5和表6。

表5 方案二光缆材料表

表6 方案二的投资估算总表

3.3 方案三

本方案的两根地线，一根采用OPGW光缆，另一根采用铝包钢绞线和普通地线。光缆总长50 km，其中OPGW-150光缆长30 km、OPGW-120光缆长20 km。按照4 km/盘计算，OPGW-150光缆共分8盘、OPGW-120光缆共分5盘。铝包钢绞线总长16 km，全为JLB40-150，普通地线总长34 km，全为GJ-80。

方案三的投资估算约279万元，其具体设备材料见表7和表8。