光纤复合架空地线光缆站端两点接地研究

李留文，胡家琪，向川

（1.云南电网有限责任公司丽江供电局，云南 丽江 674100； 2.云南电网有限责任公司电力科学研究院，云南 昆明 650217）

0 前言

OPGW是在高压输电线路中、利用避雷线与光缆两重作用合一的一种复合型通信光缆，承担着架空地线防雷与电力通信的任务，在我国已经得到广泛的应用。在输电线路运行过程中，导线通过电磁感应和静电感应会在架空地线上产生感应电压，雷电也会导致架空地线上出现很高的暂态电压。当OPGW上感应电压或雷电导致的暂态过电压超过间隙的耐受电压时，会引起OPGW地线对其他设施闪络造成灼烧和腐蚀。此外，若不采取一定措施，雷电和感应电将通过OPGW光缆引入厂站，危及人身及设备安全。已有相关文献对OPGW电压问题进行了研究，文献[1-3]对500 kV交流线路OPGW全绝缘静电感应电压进行了计算和仿真分析，并通过导线或地线的换位来实现OPGW的电压限制。文献[4]以500 kV同塔双回架空输电线路为例，建立了仿真模型，分析了架空地线与OPWG绝缘化改造后感应电压的分布规律，研究了单点接地位置选取、导线换相对感应电压的抑制。文献[4-5]则专门针对330 kV电压等级线路OPGW感应电压分布进行了仿真计算和影响因素研究。上述文献均未考虑OPGW感应电压或雷电进入场站的风险及应对措施，且主要基于理论和仿真研究分析，缺乏现场实施验证。

本论文针对雷电和感应电通过OPGW光缆引入厂站危及人身及设备安全的风险，依据反事故措施相关要求，结合生产实际，在光缆进站时通过分别在构架顶端、下端固定点（余缆前）设置两个接地点，并通过匹配的专用接地线可靠接地来解决问题。通过理论分析和现场工程实施效果对两点接地方法的可行性、有效性进行了论证。

1 OPGW站端电压分析

1.1 理论分析

一回线路对一条OPGW感应电压示意图如图1所示。

图1 OPGW感应电压示意图

其中，通过耦合电容CGA、CGB、CGC感应的部分为静电感应电压，通过耦合电压MGA、MGB、MGC感应的部分为电磁感应电压，二者之和在OPGW上产生的总的感应电压。

由上述分析可以看出，输电线路的电压和电流均会对OPGW的感应电压产生影响。当线路为双回或多回线路时，在OPGW上感应电压将增大，计算与上式类似，此处不再赘述。

1.2 正常运行和故障时OPGW感应电压仿真

220 kV凤鸣-华坪双回线相关参数如表1所示。

表1 凤华双回线线路型号

以风华II回为研究对象，在PSCAD中搭建了仿真模型，对线路两侧电源进行等值，线路模型采用考虑频率变化的模型，PSCAD中考虑频率变化的线路模型所需参数主要为线路的几何参数，不包括线路的正序、负序、零序、耦合电容、互感等数据，所需参数通过查阅资产管理系统资料和相关技术手册[6-7]获得，由于凤华双线直线塔猫头塔占比较高，因此距离参数如图2所示。

图2 输电线路模型及相关参数

考虑线路潮流较重的运行工况，基于2021年电网典型冬小方式潮流，设置220 kV凤华双回线有功2×83.7 MW，无功2×8 Mvar。

当线路正常运行时，若OPGW入站处不进行两点接地，OPGW光缆感应电压如图3所示，图中EFM表示凤鸣侧OPGW光缆感应电压，EHP表示华坪侧OPGW光缆感应电压。线路正常运行情况下在OPGW光缆上产生的感应电压很小，因此产生的影响也很小。

图3 正常运行OPGW入站处不进行两点接地的 感应电压波形

当线路中部发生单相接地故障时，若OPGW入站处不进行两点接地，OPGW光缆感应电压如图4所示，由于故障期间线路断路电流显著增加，通过电磁感应到OPGW光缆上的感应电压也显著增加。

图4 单相接地故障OPGW入站处不进行两点接地的 感应电压波形

1.3 雷电作用下OPGW感应电压仿真

根据文献[9]中分析，本文雷电流模型采用Heidler函数模型，雷电流解析表达式如下：

其中，I0为峰值电流，η为峰值电流修正因子，τ1为波头时间常数，τ2为波尾时间常数，n为电流陡度因子。这里取值为：I0=20 kA，τ1=10 μs，τ2=350 μs，n=10。雷电流波形如图5所示。

图5 雷电流仿真波形

当OPGW入站处不进行两点接地，雷击在OPGW产生的电压如图6所示，瞬时最高电压可达13 kV。

图6 OPGW入站处不进行两点接地的雷电电压波形

2 两点接地要求及作用分析

2.1 接地要求

接地线截面积与OPGW截面积相同，接地线和变电站构架接地网的金属连接面要求表面平整，牢固连接后具有良好的导电性能，保证OPGW与变电站接地网有可靠的第一连接处。

在引下OPGW接续盒与顶端的OPGW第一接地点之间适当位置间，要求将OPGW与变电站构架横向金属平台构件接地网连接点或与变电站内地面接地网连接点之间用接地线可靠连接。接地线截面与OPGW截面相同，接地线与变电站构架横向金属平台构件接地网连接处或地面接地网连接点的金属连接面要求表面平整，牢固连接后具有良好的导电性能，保证OPGW 与变电站接地网有可靠的第二连接处。

引下OPGW外体与构架所有金属体之间不应存在非安装性固定接触点，防止OPGW外体与构架所有金属体之间存在的间隙放电。站内OPGW构架引线正确方法如图7所示。

图7 OPGW引下线示意图

2.2 效果分析

在仿真模型OPGW入站处增加两点接地，设置等值接地电阻为两个10I0Ω并联接地[8]。线路正常运行和单相接地故障时在OPGW光缆产生的感应电压波形和雷击在OPGW光缆产生的电压波形分别如图8～图10所示。

图8 正常运行OPGW入站处两点接地的感应电压波形

图10 OPGW入站处两点接地的雷击电压波形

图9 单相接地故障OPGW入站处两点接地的雷击电压波形

可见，OPGW光缆入站处两点接地能显著降低线路正常运行、接地故障和雷击时在OPGW光缆入站段产生的感应电压和雷击电压。

3 工程实施

工程实施过程中，发现部分OPGW光缆在构架顶端已直接接地，因此对此类OPGW光缆只需进行一点接地改造。

在构架上方第一连接处采用专用接地线，一端采用并沟线夹与光缆连接（如采用C型线夹需与金具的预绞丝连接），另一端安装在铁塔或构架主材接地孔上。

接地扁钢安装：在光缆安装构架余缆架下安装接地扁钢，并与原有接地扁钢可靠连接，并在扁钢第二接地点处焊接接地线耳1个。第二接地点接入：在余缆架上方OPGW光缆装设接地线，用C型线夹固定，下端接入接地扁钢接地线耳；

OPGW光缆引下应顺直美观，每隔1.5 m～2 m安装一个导引夹具，同一变电站内构架间隔距离要求统一。在遇到构架主干接口处突出部分的金属法兰盘时，需安装引下线夹1个，防止光缆与杆塔发生摩擦。OPGW光缆引下线与构架杆体保持间距应≥50 mm。引下线夹金属构件需做热镀锌防锈处理或采用不锈钢材料，引下线夹无内嵌绝缘橡胶。

重新熔接光缆，根据需要剪除多余余缆，按照OPGW光缆两点接地规范开断后重新熔接上架。经过改造后，OPGW光缆入站段对杆塔、抱箍等放电腐蚀问题得到有效解决。

4 结束语

本文基于实际线路相关参数，在PSCAD软件中搭建了分析OPGW光缆感应电压和雷击电压的仿真模型。再结合理论仿真研究和工程实施总结分析，对比分析了OPGW光缆入站段两点接地改造前后对其感应电压和雷击电压的不同影响，最终得出如下结论。

1）正常运行时在OPGW光缆上产生的感应电压很小，因此影响很小；

2）发生接地故障后，由于断路电流的显著增加，通过电磁感应作用导致OPGW光缆的感应电压显著增加，容易导致OPGW光缆入站段对杆塔、抱箍等放电腐蚀问题，也对站内设备和工作人员造成安全风险；

3）当发生雷击时，OPGW光缆上将产生很高的雷电过电压，容易导致OPGW光缆入站段对杆塔、抱箍等放电腐蚀问题和站内设备、工作人员的安全风险。

4）仿真分析说明OPGW入站段两点接地改造能有效限制OPGW光缆入站段感应电压和雷击电压，通过工程实施效果也表明改造后有效解决了OPGW对杆塔、抱箍放电腐蚀的问题。

本文暂未考虑输电线路Π接和T接两种特殊情况情况，将结合具体实际进一步对相关特殊线路进行研究和论证。