一起ADSS光缆与导线短路故障分析

2016-03-07北京电力经济技术研究院祁晓卿中国电力企业联合会科技中心伊永权

大众用电 2016年1期

● 北京电力经济技术研究院李聪祁晓卿中国电力企业联合会科技中心伊永权

由于光纤复合架空地线（简称OPGW）具有普通地线的防雷作用和通信光缆的通信、远动和继电保护信号的作用，近年来在电力系统新建线路中得到了广泛的应用。而全介质自承式（简称ADSS）光缆由于其为非金属介质，可悬挂于杆塔上电场强度最大的位置，在一些无法在杆塔上架设OPGW光缆的工程得到大量应用。

1 故障基本情况

1.1 线路基本情况

2013年1月，在州草二线220kV线路4#-5#塔档内，发生B相导线短路故障，重合不成功。故障当日，天气阴有雨夹雪转多云，南转北风2～3级，气温-1℃左右。有冻雨迹象，造成地表结冰严重，无雷电。发生故障的区段4#-5#为单回路架设，同时一条钻越500kV线路，4#、5#塔型号均为DZT44-12，相导线型号为4×LGJ-400/35型钢芯铝绞线。

为了在钻越档赢得对500kV线路的充足的垂直距离，州草二线3#-4#-5#段2档线路在建设时未设计和架设地线，州草二线3#、5#塔成为地线死头（3#塔小号侧架设有2根JLB40-150型铝包钢线，塔身架有一根ADSS光缆；5#塔大号侧架设有一根JLB40-150型铝包钢线、一根137mm2截面的OPGW光缆）。为保证通讯光缆的贯通，州草二线3#-4#-5#2档仍架设ADSS光缆，但是为了避免对地距离不足，这段ADSS架设在地线挂点上。

鉴于ADSS光缆为非金属自承式光缆，与金属地线相比，其对500kV导线的垂直距离可以减小，满足设计规范要求，现场线距在设计时已经满足。

1.2 故障情况

现场发现线路上所架的ADSS光缆在州草二线5#塔小号侧约4m处断裂，ADSS断点至其近塔侧缆身、5#耐张塔中相（B相）导线的引流跳线支架角钢（带电侧），以及跳线瓷绝缘子串均有烧灼痕迹。

2 故障原因分析

2.1 关于无地线档的防雷分析

（1）直击雷保护原则。《110～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010）第 7.0.13 条 2 款规定，“220kV～330kV输电线路应沿全线架设地线”。在这个电压等级的架空线路设计建设实践中，有时因为钻越、进站档禁止进地线等原因，采用局部不架设地线、而以避雷针或其它线路导地线保护的方式解决直击雷线路保护问题。这种方式仍可理解为对导线采取了有效的防雷保护。

（2）直击雷保护范围。州草二线220kV线路的3#-5#段（及州草一线路的对应段）未架设地线，但是在其3#、5#塔顶上均加有5m净高的避雷针（避雷针尖顶高于导线达10m），无地线档线路导线的防雷保护（防直击雷）依靠避雷针、上方500kV线路的地线联合保护，满足《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T620-1997的规定。

具体到州草二线3#塔避雷针与通朝500kV线路西侧地线距离不足20m（避雷针或地线对导线的高度优势≥10m），而500kV线路之间的地线平行距离为31m和63m（高度优势≥20m），盘通500kV线路东侧地线与州草二线5#塔避雷针距离35m（高度优势≥10m）。

根据2根等高避雷线保护范围计算公式：

h0=h-D/(4P)

h0——避雷线之间的保护高度，m；

h——避雷线的高度，m；

D——避雷线之间的距离，m；

P——高度影响系数，h≤30m时P=1；30＜h≤120m时

根据计算，最危险的是通安二线与盘通线之间的63m距离（计算地线高度均＞31m），保护高度h0=31-63/(4×0.988)=15m，仍大于州草二线导线所在的12m（以下）高度，可充分保护。

（3）雷电对导线反击的校验。有地线段地线遭受击雷后，未形成就地反击导线的雷电波沿地线行波，遇到杆塔时，部分雷电流通过杆塔身和接地装置入地，部分雷电流继续沿着地线传播，直到逐基入地，完全泄流。

最危险的情况是在地线终端附近雷击地线。这时，雷电波到达地线终端杆塔时，仍有一部分雷电流入地，但是因冲击阻抗急剧变化，会在地线上形成波反射，叠加的雷电压陡升，威胁击穿绝缘子串从而对导线放电闪络。这种情况下，雷电（波反射后）过电压考验绝缘子串的防雷能力，可能造成闪络概率提高。具体能不能击穿绝缘子串，取决于雷电强度（雷电量或雷电流强度）、塔身和接地装置的雷电冲击阻抗等因素。

有关的规程、规范未见明确的禁止架空输电线路地线终端的设置，倒是对66kV以下、110kV电压等级的线路明确允许设置地线终端。因此，州草220kV线路在3#-5#档不架设地线而形成地线终端的设计不违反规程、规范的规定。而且由于故障当日并未见雷电迹象，加之北京地区在历年1月份罕有雷电现象。因此推断州草二故障与雷电无关。

2.2 其他原因分析

（1）覆冰。根据气象状况，故障当日州草二线有覆冰条件。ADSS架设原设计覆冰条件为5mm，若覆冰厚度大大超过设计条件，可能造成断线，进而引起B相接地短路。但是，覆冰厚度大大超过设计条件的5mm并无证据印证。

（2）异物。故障当日州草二线有覆冰条件，覆冰后ADSS成为导体。同时，州草二5#塔处在大棚区，铁塔周边有大量尼龙绳、草帘、塑料膜等容易扬起的异物。

假想：事故当时有风，风卷起异物，搭连在不高（高12m）的铁塔上的B相导线“引流线角钢”和覆冰的“ADSS光缆”（距挂点4m处）上，引起单相接地短路，后烧断光缆。

3 相关修复措施

3.1 在塔身上加挂OPGW光缆

在塔身主材上，导线挂点以下4.0m处增补挂点，在州草二线3#-5#段2档内（路径长186m），在导线下方架设一根56芯G652光纤、截面积137～150mm2的OPGW光缆。

OPGW光缆弧垂可以控制对地5.0m，参照3kV以下电力线路跨越非居民区的垂直距离不小于5.0m的要求，考虑OPGW光缆不带电，所以对4#-5#档的小型公路来说，可以认为满足运行安全要求。

3.2 在地线挂点加挂OPGW光缆和铝包钢地线

虽然现状州草二线无地线各档的防雷保护可以满足要求，但是为了通信光缆通道的贯通，同时也为了打消对“地线终端”过电压威胁的疑虑，考虑在州草二线路3#-5#段2档内（路径长 187m），在3#、4#、5#铁塔的地线挂点上架设一根56芯 G652光纤、截面积 137～150mm2的OPGW光缆，同时架设一根JLB40-150型铝包钢绞线。

架设OPGW光缆后，OPGW光缆与上方通朝500kV线路导线的垂直距离约12m，满足各种要求；OPGW光缆与上方通安二、盘通两条500kV线路导线的垂直距离可以控制在7.2m以上，满足设计规范要求（500kV跨越杆塔时 8.5m，跨越电力线路非杆塔顶时 6.0m）。

4 结论

通过对本故障的线路基本情况、故障基本情况及防雷保护验证，分析了可能引起故障发生的原因，并提出了相应的修复措施。经过职能管理部门和有关专业人员的研讨，笔者建议将3.2中方案作为推荐方案。即：在州草二线3#-5#段，利用地线挂点加挂OPGW光缆和铝包钢地线。本文所提供的修复措施可应用于线路基本情况与本线路相似的故障案例中。

小资料

ADSS光缆的结构特点

1.ADSS光缆的结构特点。

（1）专为电力系统设计，是一种全绝缘介质的自承式架空光缆，它的结构中不含任何金属材料；

（2）全绝缘结构和较高的耐压指标，有利于在带电运行的架空电力线路上架设施工，不影响线路运行；

（3）采用抗拉强度高的材料，即能承受较强张力，满足架空电力线路的大跨距要求，又可防止鸟啄和人为损坏；

（4）热膨胀系数较小，在温度变化很大时，光缆线路的弧度变化很小，且其重量轻，履冰和风荷也较小。

2.影响ADSS光缆使用寿命的因素。

ADSS光缆架设在高压输电线路上，其一般寿命在25年以上，而影响其寿命的因素很多，主要的因素有：

（1）杆塔附近的高压感应电场梯度变化较大、高压感应电场对光缆有强烈的电腐蚀。一般110kV及以下架空电力线路用PE型，110kV及以上线路用AT型；

（2）对双回路的杆塔，由于线路的一回路停电或线路改造，在选择挂点时要加以考虑；

（3）线路经过有盐雾酸气的工作地带时，化学物质会腐蚀光缆外皮，其耐电保护套受损，易受到电弧的伤害；