ADSS光缆电腐蚀模拟实验与改进对策

2024-05-07曹熙

粘接 2024年3期

曹熙

摘要：全介质自乘式（ADSS）光缆使用特殊性质绝缘材料，并且逐渐成为主要光缆类型。在ADSS应用过程中会出现电腐蚀的情况，以对电腐蚀问题进行预防和解决，针对导致电腐蚀的因素进行分析，研究了ADSS光缆电腐蚀的问题，通过模拟正常到极端高电压环境进行现场运行试验，发现了与电晕放电和干带电弧放电不同的电腐蚀原因，并提出了相应的对策，通过试验验证了防范措施的有效性，可使ADSS光缆断缆故障频率得到降低。

关键词：电力通信；ADSS光缆；电腐蚀;模拟实验;对策

中图分类号：TQ325;TN913.33

文献标志码：A文章编号：1001-5922（2024）03-0189-04

Simulation experiments and improvement countermeasures of electrical corrosion of ADSS optical cables

CAO Xi

（Southern Power Grid Big Data Service Co.，Ltd.，Guangzhou 510655，China）

Abstract：All-medium self-multiplication （ADSS）optical cable uses special insulation materials and gradually becomes the main type of optical fiber.In the process of ADSS application，electrical corrosion may occur.To prevent and solve the problem of electrical corrosion，the factors that cause electrical corrosion were analyzed，and the problem of electrical corrosion in ADSS optical cables was studied.Through simulating normal to extreme high voltage environments for on-site operation tests，different causes of electrical corrosion from corona discharge and dry strip arc discharge were discovered，and corresponding countermeasures were proposed.The effectiveness of preventive measures has been verified through experiments，which can reduce the frequency of ADSS cable breakage faults.

Key words：power communication; ADSS optical cable;electrical corrosion;simulation experiment;countermeasure

电力通信网为通信网络中的专用网，能够促进电力系统生产和调度，还能够传输办公自动化信号、继电保护信号，实现电网自动化、信息化，电力通信对通信质量、中继距离长度、可靠性的要求比较高。ADSS一般在电压等级为220 kV的线路中使用，包括电力电缆沟道、架空输变电线路中，能夠节约大量建设成本。另外，还能够在不停电情况下作业，避免雷击损坏。所以，被广泛应用在电力通信网中［1］。

1 试验方法

1.1 高压电模拟实验

为了更全面地模拟ADSS光缆的实际运行环境，特别设计了工频交流耐压试验装置。该装置在铜芯铝导线上施加50 Hz的交流电压，试验电压范围设定为0～70 kV，以覆盖各种极端电场环境。ADSS光缆安装在导线距离地面50 cm的位置，并通过铝制预绞丝实现ADSS光缆的接地［2-3］。关于高压模拟实验的内容，见图1。

在试验中，通过红外成像仪观察了两种不同纤芯数的AT型外护套半干式结构的层绞式ADSS光缆的放电和发热情况。随着加压时间的延长，发现发热点的位置保持稳定，但温度却有所提高。变换ADSS光缆的局部发热点和预绞丝位置时，并未改变局部发热点的位置。同时，增加预绞丝端头和发热点之间的距离也未导致局部发热点温度的降低。通过紫外成像仪观察光缆外护套表面的末端和局部发热点，未发现干带电弧等异常情况。这表明，在试验条件下，ADSS光缆的局部发热点位置相对稳定，且预绞丝的变化对其温度没有明显影响。所以，此局部发热情况并不是以上情况导致的［4］。ADSS光缆空间电位标准如表1所示。

经加压试验发现，在强电场下，光缆的内外护套未因局部发热或放电而改变材质。阻水纱未持续放电，相关放电成像见图2。在缆芯中，未发现扎纱放电的情况。去掉阻水纱后，松套管和中心加强件同样未出现发热和放电。这表明设计结构在一定程度上能抵御强电场，保持稳定性和可靠性。

1.2 阻水纱材质

若发现ADSS光缆阻水纱出现放电情况，需分析原因，并利用扫描电镜观察其微观结构。这种分析有助于发现潜在的材料缺陷或制造过程中的问题，从而改进光缆的设计和制造工艺，提高其抗放电性能和可靠性。阻水纱中纤维排列的方向不同，纤维之间空隙比较大，致密性低，并且表面存在细微杂质［5］。

1.3 ADSS光缆局部放电机理

根据ADSS光缆轴向分布，预绞丝附件电场作用涵盖了阻水纱、各种大小的空气间隙、吸水填料、纤维以及临近的松套管。阻水纱的纤维表面填料和空隙形成了复合介质，在交流电场中承受的电场强度和介电常数与各层介质成反比关系。金属氧化物杂质表面的相对介电常数超过空气的相对介电常数，可能引发局部放电。放电过程中，光子的撞击会导致ADSS光缆材料老化、烧蚀凹坑，最终可能导致断缆故障。

ADSS光缆的电腐蚀主要起因于干带电弧放电，即光缆外护套表面放电导致发热。阻水纱内含不均匀分布的金属氧化物杂质，在受到交流电场影响时会发生放电，导致光缆内部材质发生放电发热。这种放电可能加速光缆材料的老化和烧蚀，最终造成光缆故障和损坏。假如现有对半干式结构ADSS光缆内部阻水纱的材质没有明确规定，在使用过程中会导致放电，以此导致断缆故障和光缆劣化［6］。

2 试验结果与改进

2.1 光缆护套材料改进

护套材料创新为ADSS光缆电腐蚀的防护重点，一般空间感应电势U≤12 kV，使用普通PE材料。假如12 kV≤U≤25 kV，可以利用抗电蚀材料。通过护套材料高分子链交联产生交联聚合物，在添加特殊材料成分后使光缆抗电蚀性得到提高。即便是在污染严重的区域中，抗电蚀ADSS光缆也能够成功运行［7］。表2为护套的等级。

2.2 使用防晕环

在改进光缆外护套外皮材料时，使光缆抵抗电腐蚀能力得到增强。光缆金具末端在高压环境中，强电场还会导致电晕放电。国外在220 kV以上电力线路ADSS中，在金具末端安装防晕环，使电场密度得到降低，并且降低金具末端放电。国内ADSS大部分使用在220 kV以下，在220 kV杆塔中寻找感应电势低的挂点，避免出现电晕。就铁塔来说，通过理论计算，塔中央部分为最佳的挂点，根据施工难易度、材料成本进行考虑，实际挂点大部分为塔侧。在部分塔型中，假如存在多回相线相序运行，塔侧感应电势与安全范围边界值，电晕损伤比较轻微，虽然短时间看不出问题，但是长时间就会影响寿命；设置防晕环能够降低电晕放电过程中光缆皮层的损伤，表3为防晕环的规格。

2.3 金具挂点位置改进

挂点金具位置降低，使光缆对地和障碍物距离的要求得到满足，挂点金具和防震金具的距离增加，从而使两者空间电位电势梯度降低，控制接地漏电在0.3 mA以下，不构成连续电弧，使光缆护套电腐蚀得到降低［8］。

3 讨论与对策

3.1 使用耐电腐蚀的光缆

为了有效防止电腐蚀现象的发生，光缆制造厂积极采用了一种名为抗电痕AT的外套材料。这种创新的应用不仅体现了对光缆性能优化的深入探索，也反映了制造厂对产品质量和客户安全的高度重视。抗电痕AT外套材料的核心在于其半导电特性，这一特性是通过采用耐电痕PE外护套材料并添加特定的无机填料和炭黑来实现的。这些无机填料和炭黑的加入，使得光缆外护套层具备了优异的抗电痕能力，从而在恶劣的电气环境下也能保持稳定的性能。在耐电痕PE外护套材料的配方中，一个值得关注的细节是添加了50%的无机化合物填料。这一举措显著提升了光缆的耐电痕性能，但同时也可能对光缆的其他综合性能产生一定影响。因此，在选择这种光缆时，用户需要结合自身实际需求和运行环境，进行全面的考量。

结合上述分析，建议用户在选择耐电痕ADSS光缆和金具时，应充分考虑其运行环境、安全需求以及成本预算等因素。只有综合考虑这些因素，才能确保选购到既符合自身需求，又能有效防止电腐蚀的优质光缆产品。此外，为了更直观地了解材料的结构和性能，图3作为参考。

图3展示了材料的微观结构和关键组成部分，从图3中可理解抗电痕AT外套材料的优异性能和工作原理。

3.2 避免磨损光缆表层

保持ADSS光缆外护套表面光滑可减少污物附着，有效预防电腐蚀。然而，一旦外护套受损，如破裂、划伤或磨损，可能导致表面积水，降低表面电阻，增加感应电流，从而引发电腐蚀，缩短光缆寿命。因此，定期检查和维護外护套的完整性至关重要，以确保长期稳定运行和可靠性。在ADSS光缆施工过程中，使光缆无法与杆塔、地面、树枝、房屋等物体产生摩擦和碰撞，并且不会由于金属工具使光缆划伤，保证布放光缆表面光滑，使光缆抗电痕性能得到提高［9］。

3.3 加大防震鞭和预绞线的距离

在电力线路中布置ADSS光缆时，尤其在档距较大、风速为3～9 m/s的情况下，光缆可能会受到振动的影响。为了防止光缆振动失控，常规做法是在光缆两端安装防震鞭。通常情况下，每100～250 m设置一对防震鞭，而在250～500 m的距离上则设置2对。为了降低光缆振动，近年来，胶丝和防震鞭之间的距离逐渐增加至1 m，以减少电晕放电风险。由于推离防震鞭的金具较为复杂，通常需要专用工具进行操作，先将其顶住近端，然后沿着防震鞭的旋转方向逆向推动，以增加间距。图4描述了防震鞭的安装过程。

在金具的周围精心涂覆一层非线性有机硅绝缘漆，这不仅仅是一个简单的涂抹过程，而是为了确保光缆系统的高效、稳定运行所采取的重要措施。这层绝缘漆的作用远不止于简单的装饰或覆盖，它实际上形成了一道坚固的保护膜，有效地阻挡了水分和污垢的侵入。在复杂多变的环境条件下，金具接头往往容易受到外部因素的影响，如潮湿、尘埃等，这些都可能引发电气故障，影响整个光缆系统的正常运行。而有了这层非线性有机硅绝缘漆的保护，金具接头就能够在很大程度上抵御这些外部威胁，确保其持续稳定地工作。这种技术的应用不仅提高了光缆系统的稳定性和可靠性，大大延长了其使用寿命。在减少了环境因素引起的潜在电气故障后，整个系统的运行将更加顺畅，维护成本也会相应降低。这意味着，除了技术上的升级和改造，还可以通过这些日常维护的小技巧来延长光缆系统的使用寿命，提高运行效率，进一步减少维护成本。总的来说，涂覆非线性有机硅绝缘漆是一项既实用又经济的维护措施，它为光系统的稳定运行提供了有力保障，同时也为运营商和用户带来了更多的便利和经济效益。

3.4 提高施工质量

通过专用ADSS牵张设备敷设光缆，可避免光缆在施工过程中受到不均匀力的影响，保护光缆光滑表层，减少积污附着，进而降低光缆电腐蚀的风险。这种牵张设备考虑了光缆的结构和施工环境，确保光缆在安装过程中保持良好状态，减少外界环境对光缆的不利影响。此外，使用牵张设备提高了施工效率和安全性，减少了施工过程中的风险和损坏可能性，为光缆的长期可靠运行提供了保障。

3.5 选择电缆

相关研究指出，光缆电腐蚀主要受感应电压和干带漏电电流的影响。在工程设计阶段，根据光缆厂家和相关部门提供的不同回路、塔型及运行方式下的杆塔点位图，可以将感应电压低于12 kV的点设置为挂点，以减少电弧发生的风险。这种设计策略有助于降低光缆电腐蚀的可能性，提升光缆系统的稳定性和可靠性。

在电缆选择过程中，需重点考虑每段线路光缆的最高感应参考电压。当感应电压低于12 kV时，选择普通护套光缆通常足够。而当感应电压为12～25 kV时，则需要选择经过交联处理的特殊护套光缆，以提高其耐电腐蚀性能。对于在高感应带区域架设的光缆，可通过器件设置来降低漏电电流，从而减少电腐蚀的风险。同时，金属外层和绝缘内层的屏蔽筒必须确保金属外层有效接地，以确保屏蔽筒光缆的电压为0。此外，结合光纜绝缘体的良好密封性，有效防止水流进入屏蔽光缆部分。对机械强度进行保证，避免屏蔽筒在风摆的过程中不会和光缆接触［10］。

4 结语

通过实践表明，使ADSS光缆外护套耐电腐蚀能力得到加强，避免在运行过程中的光缆外护套受到电腐蚀，保证ADSS光缆能够可靠、安全的运行。除了使用耐电腐蚀性能良好的护套材料，还能够对电场强度计算，从而选择光缆挂点，以气象条件对弧垂进行设计，保证光缆在低场强空间中运行。所以，在保证ADSS光缆质量、施工与维护运行时，在电力线路中ADSS光缆能够控制电腐蚀。在220 kV电缆线路中，可以对ADSS光缆进行改造。

【参考文献】

［1］杨绍哲，纪萍，刘喜军，等.全介质自承式光缆电腐蚀预防机制有限元分析［J］.上海电气技术，2023，16（1）：37-43.

［2］李正权，张禄，高子涵，等.220 kV输电线周围电场对ADSS光缆挂点位置的影响［J］.电工电能新技术，2021，40（12）：30-39.

［3］罗丹，胡金生，黄震宇，等.砂土中直埋穿管光缆爆炸破坏效应研究［J］.北京理工大学学报，2022，42（4）：366-373.

［4］马啸.通信工程光缆线路的施工技术分析［J］.中国新通信，2021，23（11）：24-25.

［5］林玉龙.光纤通信工程光缆线路施工技术的质量提升［J］.中国新通信，2022，24（22）：10-12.

［6］纪雄.光纤通信工程施工中光缆线路的敷设技术及应用探讨［J］.数字化用户，2022，28（39）：10-12.

［7］张志欣.光纤通信工程光缆线路施工技术的质量提升［J］.数字化用户，2023，29（10）：13-15.

［8］范秀国.通信管道光缆线路施工和质量检查的关键技术研究［J］.通讯世界，2022，29（9）：129-131.

［9］张云峰，魏星，诸骏豪，等.基于电力通信动静态资源的光缆数据监测系统设计［J］.粘接，2022，49（2）：92-96.

［10］谢晓华，蓝波，张均伟，等.耦合光纤和GIS技术的地下通信光缆智能系统优化设计［J］.粘接，2023，50（2）：184-187.

收稿日期：2023-10-12；修回日期：2024-02-13