光纖復(fù)合相線(OPPC)在雙分裂導(dǎo)線中的應(yīng)用

引言

光纖復(fù)合相線(OPPC)是電力通信系統(tǒng)的一種新型特種光纜(圖1),其將普通導(dǎo)線中間的一根鋼芯替換為具有光通信功能的光纖單元,使導(dǎo)線在正常傳輸電能的同時(shí)還兼具通信功能。由于其特殊的結(jié)構(gòu)特性,OPPC具有通信可靠性高、電能損耗小、線路監(jiān)控智能化程度高、便于重覆冰區(qū)線路導(dǎo)地線融冰等優(yōu)勢(shì)。

圖1光纖復(fù)合相線結(jié)構(gòu)圖

歐美國(guó)家在20世紀(jì)80年代首先提出了光纖復(fù)合架空相線設(shè)計(jì)理念,目前國(guó)內(nèi)OPPC光纜主要應(yīng)用在110kV以下的單分裂導(dǎo)線的輸變電線路中,由于220kV及以上等級(jí)線路一般都采用雙分裂及以上的導(dǎo)線型式,因此OPPC鮮少應(yīng)用在220kV輸變電線路中。為便于OPPC在高電壓等級(jí)線路中的應(yīng)用,本文將對(duì)OPPC和普通導(dǎo)線構(gòu)成雙分裂導(dǎo)線后在220kV線路中的應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行相關(guān)研究。

l弧垂不匹配問(wèn)題

由于OPPC中有光芯單元,難以和同規(guī)格普通導(dǎo)線參數(shù)做到完全一致,因此采用OPPC和普通導(dǎo)線組成雙分裂導(dǎo)線時(shí),盡管架線時(shí)可保證弧垂一致,但隨著蠕行形變的釋放以及氣象條件的變化,兩根子導(dǎo)線會(huì)逐漸出現(xiàn)弧垂差,由于水平分裂的導(dǎo)線設(shè)置有間隔棒,可能出現(xiàn)兩根子導(dǎo)線不平衡的情況,而弧垂小的子導(dǎo)線將承受另外一根子導(dǎo)線的部分荷重,這可能導(dǎo)致該子導(dǎo)線過(guò)載出現(xiàn)損傷。

以某220kV線路為例,該線路在20mm重冰區(qū)及相鄰的15mm冰區(qū),共計(jì)7.417km范圍內(nèi)采用一根OPPC-24B1-400/50與JL3/G1A-400/50高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線組成右相導(dǎo)線。兩種導(dǎo)線的參數(shù)如表1所示。

由于兩種導(dǎo)線在參數(shù)上的差別,勢(shì)必?zé)o法保證各工況下弧垂一致。根據(jù)《110kV~750kV架空輸電線路施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50233一2014)的規(guī)定,安裝間隔棒的220kV及以下等級(jí)線路子導(dǎo)線的弧垂正偏差不得大于80mm。因此,在選取兩根導(dǎo)線應(yīng)力時(shí),應(yīng)保證竣工弧垂?jié)M足規(guī)程要求,同時(shí)在最大弧垂工況時(shí)弧垂差盡量小。根據(jù)工程架線計(jì)劃,預(yù)計(jì)架線時(shí)當(dāng)?shù)販囟仍?5℃左右,考慮初伸長(zhǎng)需降溫20℃,實(shí)際架線氣象條件按溫度-5℃、風(fēng)速10m/s、覆冰0mm考慮。以20mm冰區(qū)最長(zhǎng)的耐張段為例,該耐張段總長(zhǎng)2.152km,共計(jì)8基鐵塔,由于高差較大,為避免懸掛點(diǎn)應(yīng)力超允許值,該耐張段JL3/G1A-400/50高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線最大使用應(yīng)力取98.4MPa,經(jīng)過(guò)反復(fù)計(jì)算,選定OPPC-24B1-400/50的最大使用應(yīng)力為97.2MPa。在架線初期,導(dǎo)線的最大弧垂情況如表2所示。

最高氣溫工況時(shí),兩種導(dǎo)線弧垂最大,根據(jù)所取的最大使用應(yīng)力計(jì)算,此時(shí)導(dǎo)線最大弧垂如表3所示。

從表3可以看出,檔1和檔7的最大弧垂差的計(jì)算值超過(guò)了驗(yàn)收規(guī)范的要求。但由于間隔棒的牽引作用,兩者的弧垂差會(huì)分布到各個(gè)次檔距之中,而不會(huì)集中體現(xiàn)在檔中央的最大弧垂處,因此實(shí)際測(cè)量的最大弧垂差比理論值均要小。即使如此,弧垂大一側(cè)子導(dǎo)線通過(guò)間隔棒的牽扯,會(huì)導(dǎo)致另一側(cè)子導(dǎo)線及金具承受較大負(fù)荷以及間隔棒處的集中荷載,對(duì)長(zhǎng)期運(yùn)行不利。因此,如圖2所示,在兩端耐張串上各子導(dǎo)線金具上增設(shè)一塊PT調(diào)整板,與已有的DB調(diào)整板形成一組級(jí)差較小的弧垂調(diào)節(jié)器,在觀測(cè)到弧垂出現(xiàn)影響線路運(yùn)行的差值時(shí),對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。

2中間接頭盒型式問(wèn)題

以往的工程中,OPPC的中間接頭盒均采用支柱式,具體型式如圖3所示,在耐張塔橫擔(dān)的下方塔身增設(shè)一個(gè)支架,用于放置承托中間接頭盒的支柱絕緣子。該方案結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,需要特制支柱絕緣子以及根據(jù)塔材規(guī)格、橫擔(dān)長(zhǎng)度定制的支架,支架安裝高度也需要逐塔計(jì)算確定,因此該方案不便于生產(chǎn)、施工和運(yùn)維。

中間接頭盒采用支撐式結(jié)構(gòu)時(shí),工程實(shí)際使用中的情況如圖4所示。

為克服這些不足,本文采用了一種懸掛式方案,即將接頭盒懸掛于跳線串下端,從而減少了支架以及支撐絕緣子,大幅減少了成本,也降低了施工運(yùn)維難度。

如圖5所示,中間接頭盒懸掛于跳線串三角聯(lián)板的一側(cè),OPPC通過(guò)中間接頭盒剝離出光纖后融合,形成光通路,而在接頭盒兩端用并溝線夾固定的引流線形成電的通路。三角聯(lián)板另一端懸掛跳線夾,用以承托另一根子導(dǎo)線,并在線夾下設(shè)置配重塊,平衡由中間接頭盒以及引流線導(dǎo)致的重量差。該方案結(jié)構(gòu)安全、簡(jiǎn)單,運(yùn)行可靠性高,后期維護(hù)方便。

3施工安裝問(wèn)題

在OPPC的應(yīng)用中,難點(diǎn)不僅僅在設(shè)計(jì)方案上,施工中同樣有需要注意的地方。

(1)OPPC施工安裝架設(shè)技術(shù)與傳統(tǒng)架空電力線架點(diǎn),也是整個(gè)工程解決方案中的關(guān)鍵技術(shù)。由于OPPC直接安裝在高壓系統(tǒng)中,且在接頭盒部位還需實(shí)現(xiàn)光電分離,因此對(duì)接續(xù)技術(shù)和高壓絕緣都有嚴(yán)格的要求。

(2)經(jīng)咨詢有較多光纜安裝施工經(jīng)驗(yàn)的廠家,本工程如采用OPPC,由于截面較大,如果預(yù)留較長(zhǎng)的余纜引至地面后接續(xù),再在導(dǎo)線耐張串附近安裝余纜架,則余纜重量較大,余纜盤(pán)較大,不便于安裝和運(yùn)行。因此,廠家不建議在地面接續(xù),需要在桿塔上進(jìn)行光纖熔接,對(duì)操作人員的技術(shù)水平和操作環(huán)境都有很?chē)?yán)格的要求。

基于以上兩點(diǎn)特殊性,且OPPC價(jià)格較高,不便于在檔中接續(xù),建議OPPC施工安裝在廠家的全程指導(dǎo)下進(jìn)行,以避免施工過(guò)程中對(duì)OPPC造成損傷。

4結(jié)論

綜上所述,本文對(duì)OPPC和普通導(dǎo)線構(gòu)成雙分裂導(dǎo)線后在220kV線路中的弧垂不匹配問(wèn)題和中間接頭盒型式問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)研究,并提出了合理的解決方案。

(1)針對(duì)各耐張段為每個(gè)子導(dǎo)線選取合適的應(yīng)力,使得弧垂差在放線時(shí)滿足規(guī)范要求,在高溫工況下也盡量小,并在兩端耐張串增設(shè)PT調(diào)整板用以在必要時(shí)調(diào)節(jié)線長(zhǎng),以避免兩根子導(dǎo)線受力不均。

(2)傳統(tǒng)的支架式中間接頭盒方案復(fù)雜,施工運(yùn)維不便,因此改進(jìn)為懸掛式方案,既節(jié)約了成本,又降低了施工運(yùn)維難度。