关于雷击OPGW的分析.docx

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关于雷击OPGW的分析

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摘要：近年以来，国内的OPGW光缆出现了多次雷击断股的事件，一些解决方案强调从系统设计方面来着手解决这一问题。从雷击理论来分析，常规的防雷措施是不能提高OPGW的抗雷击水平的。本文从线路的角度出发，对这一事件进行分析，并提出解决措施。

主题词：OPGW雷击分析

OPGW光缆目前已经广泛应用于220KV等级及以上的输电线路之中，但在国内发生了多次雷击断股的事件，如湖北的500KV双南线、广东的500KV江茂线、浙江的500KV瓶瑶线以及江苏的220kV塥水线等。多次的雷击断股事件，引起了各方面的重视，由于国内在OPGW方面没有明确的设计、施工、运行指导原则，因此形成了多种处理OPGW断股的意见。其中一种要求从系统设计方面来解决这一问题。具体措施为在系统设计方面强调要使用与OPGW相匹配的良导体地线和减少杆塔的接地电阻、架设耦合地线、两根地线采用不平衡绝缘技术、在雷电活动强烈地区增加绝缘子的片数等措施。与此同时，从OPGW结构调整作为出发点的两个应对方案：第一种认为铝包钢线具有较高的机械强度、较高的耐热性能及一定的导电性能。由于钢的熔点高，不容易出现熔蚀，而且由于钢的抗拉强度较高，即使有一定程度的熔蚀，相对于铝合金而言，也不容易在常规张力拉伸下出现断股。因此，OPGW设计时外层全部采用铝包钢线可以提高的防雷击能力。通常在雷击多发地区要求铝包钢线的直径至少应大于或等于2.5mm。或者设计使用全铝包钢结构的OPGW；第二种观点认为在OPGW设计时，外层通常应采用铝合金线，为避免雷击断股应采用较大直径的铝合金单丝，以增大面积从而提高抗雷击能力。目前这两种观点比较流行，并且均已经在工程设计中开始使用，尤其是加大外层铝合金单丝的直径方案已经在多个工程中体现出来。事实上依据目前所掌握的雷电理论是很难从系统设计方面来解决这个问题的。而从OPGW的结构上来解决也是值得商榷的。我们还需要大量的运行经验来修正、解决OPGW抗雷击的观念。

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对OPGW的认识

OPGW本身是三个性能的结合体，既通信性能、电气性能、机械性能。OPGW的结构不是定型产品，每一个OPGW的结构都是依据相应的工程特点而设计的，影响其结构的主要是短路电流热容量、直流电阻、破断力（各种条件下的张力）。从OPGW在线路实际中的应用来看，作为地线，它首先要体现的是电气性能和机械性能。实际上OPGW本身的应用属于复合学科，对于OPGW而言第一个功能是地线，在满足地线功能的前提下，才是通信功能。因此在分析雷击时，我们首先必须要把OPGW看作是一根地线（也可以称做屏蔽线），在此基础上才能讨论OPGW的其它功能，通信性能主要体现在光纤的正常运行上，这里就不多说了。电气性能和机械性能是一对矛盾的统一体，在具体实施中，电气性能主要体现在短路热容量上，在这方面主要是由铝合金线承担，良好的电气性能可以使OPGW在系统短路时得到充分的保护（实际上，由于目前很多采用OPGW的220kV线路不是绝缘地线设计方式也没有导线换位，因此尽管在正常情况下，三相导线上的负荷电流是平衡的，但在地线上仍然要感应出一个纵电动势，由于线路地线是逐塔接地，这个电动势要产生电流的，当然这个电流值不大。而且在目前的电力系统网络中，部分220kV系统的短路电流值较大，例如：江苏省的500kV泰兴变的220kV部分，短路电流已经达到56kA。因此从系统安全的角度出发，良好的电气性能也就是必须的），我们在OPGW的系统设计中使用良导体作为分流地线主要是出于两方面考虑，首先是分流，即如果发生系统短路的情况时，良导体所能够分配一定的电流，以保护OPGW不因为短路电流过大而出现故障。一般情况下，我们考虑OPGW的直流电阻要比良导体略大一点。其次是考虑两根地线由于匹配而可以使弧垂、地线支架所受的张力平衡。当然，这样的结果实际上也提高了输电线路的耐雷水平。目前在500kV输电线路中由于系统短路电流不大，因此也有许多使用钢绞线与OPGW相配合的；机械性能主要体现在OPGW的破断力、弹性模量和线膨胀系数，机械性能主要有铝包钢线承担，适宜的机械性能则有利于OPGW与另一根地线的配合和长期安全、稳定的运行。在OPGW截面和直流电阻要求一定的前提下，电气性能和机械性能的选择尤为重要，换而言之，OPGW合适的结构配合应该选择在一个适宜的平衡点，两种性能都不能过分强调那一种。

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关于雷击的认识

首先要认识到，雷击不可避免，同时雷击事件属于概率的范畴。在架空输电线路的各种事故中，雷击跳闸一直是困扰安全供电的一个难题，雷害事故几乎占线路全部跳闸事故原因的1/3或更多。在目前，可以认为：地面落雷密度γ与年平均雷暴日数Td呈非线性关系；线路因地