全絕緣光單元110 kV OPPC架空送電試驗線路的關鍵技術

梁炯光，李杰，程啟誠，林楊，陳景鵬

（1.廣東電網有限責任公司，廣東 廣州 510600；2.江門供電局，廣東 江門 529100）

全絕緣光單元110 kV OPPC架空送電試驗線路的關鍵技術

梁炯光1，李杰1，程啟誠1，林楊1，陳景鵬2

（1.廣東電網有限責任公司，廣東 廣州 510600；2.江門供電局，廣東 江門 529100）

電力通信光纖通道是保障電網正常運行的神經線。目前電網光纖通道的主要手段是采用架空地線復合光纜（Optical Power Grounded Wire，OPGW）。然而，采用OPGW的輸電線路的架空地線需逐桿塔接地，增加了電網的能耗。由于架空地線無負荷電流，易于覆冰，冰災時往往首先破斷，使保護和調度通信癱瘓而擴大事故。20紀80年代出現的光纖復合相導線（Optical fiber composite Phase Conductor，OPPC），采用常規架空地線，無逐塔接地，大大減少了能耗。導線有負荷電流的溫升，不易覆冰斷裂。即使發生冰災，保護和系統調度運作正常，限制了事故范圍，加快了搶修進程。可惜，傳統的OPPC技術十分繁瑣復雜，不利推廣使用。為了降低電網能耗，尋求更好的電網通信手段，某電網公司OPPC從2009年開始改進OPPC技術的研究，開發出基于分離套管（見圖1）的光單元直接引下技術。2010年10月廣東電網公司第一條采用OPPC的10 kV配電線路建成投入運行（見圖2）。該試驗線路，連同利用它相導線的光單元作為無源以太光網絡（Ethernet Passive Optical Network，EPON）運行數據采集系統的通信通道，正常運行至今［1］。光單元分離套管已取得中國國家專利（專利號No.201010280663.4）。

圖1 光單元分離套管Fig.1 OU separation bushing

圖2 廣東電網第一條OPPC 10 kV配電線路Fig.2 The first OPPC 10 kV distribution line of Guangdong power grid

基于新型OPPC技術在10 kV配網線路上的試運行成功，廣東電網公司在吸取原有經驗基礎上繼續開發OPPC在110 kV輸電線路上的應用技術。原OPPC 10 kV配電線路采用的是不銹鋼松套管光單元，通常光單元由多根光纖和保護管組成光纖收容在不銹鋼松套管［2］。由于110 kV線路導線懸掛點比10 kV配線高，當光單元分離引下時，不銹鋼管剝離損壞光單元的風險較高。為了在110 kV線路采用OPPC新技術，本文提出采用全絕緣光單元OPPC的大膽設想，以PBT聚合材料代替傳統的不銹鋼光纖松套管，和廠家合作，試制出一種全絕緣光單元的OPPC導線。同時，對光單元的分離引下技術進行了適應110 kV線路的升級和改進。

1110 kV全絕緣光單元OPPC架空送電線路關鍵技術

1.1 光單元直接引下裝置及絕緣技術

在將復合材料桿塔掛網運行之前，需要對其材料性能、電氣性能及結構性能進行試驗研究，以驗證桿塔是否滿足線路的建設、運行、維護等方面的要求［3］。在電氣方面，110 kV輸電線比10 kV配線運行電壓高得多，處于110 kV相導線的光單元分離裝置長期經受高電場。該裝置必須能夠達到以下基礎絕緣等級及要求（見圖3）。

圖3 光單元直接引下裝置Fig.3 OU insulated down leading

1）文獻［4］規定：110kV戶外絕緣須在耐受480 kV全波沖擊和480 kV截波沖擊在后，能耐受230 kV工頻電壓1 min。本文研制光單元分離裝置在廣東某電科院進行了試驗，并順利通過。

2）按國家標準，在III級污區，110 kV戶外絕緣爬距在最高運行電壓下須≥31 mm/kV，即總絕緣爬距須≥2 166 mm［5］。

3）分離套管的光單元出口處的場強比10 kV線路高得多，須考慮抗電蝕。為了增加絕緣爬距和抗電蝕，本裝置中光單元絕緣引下加裝了帶傘群抗電蝕硅橡膠的護套。

4）110kV輸電線比10 kV配線更重要，分離套管在結構上應比原來10 kV的更堅固，水密性更好。

1.2 全絕緣光單元OPPC溫升耐受時間

PBT聚合材料極限工作溫度為150℃。而輸電線路發生短路事故時，極大的短路電流（廣東110 kV電網通常達10 000 A）使相導線溫度急劇上升。這就意味著PBT聚合材料光單元不能無條件應用于任何110 kV架空送電線路。IEC 60794-1-2中指出，短路電流/雷擊實驗主要針對OPGW和OPPC。而在IEC 60794-4中將IEC 60794-1-2的短路電流實驗標明用于OPPC，但未提雷擊試驗［6］。

對于某具體110 kV架空送電線路，采用全絕緣光單元OPPC的先決條件是：當最大短路事故電流時，在可靠地切除故障的時間內，導線溫度應未超過150℃。廣東110 kV電網“遠后備保護”的延時一般為4 s。這就是說，只有那些在最嚴重短路時，導線升溫度至150℃的時間大于4 s的110 kV架空送電線路，才可以采用PBT光單元OPPC作為導線。

通過研究，研制出一段全絕緣光單元OPPC導線，并選擇了廣東江門110 kV開崗線進行試驗建設。經過計算試驗線路發生3相金屬性短路（Ik= 724 8 A），導線溫升至150℃的歷時為12 s，已經遠大于110 kV輸電線路遠后備保護跳閘時間4 s。也就是說，在最嚴重的短路事故時，試驗線路光單元仍然安全［7］。

1.3 絕緣光單元OPPC正常運行耐受極限試驗

110 kV全絕緣光單元OPPC的光通信能力是否滿足運行要求，還需進行以下2項試驗。

1.3.1 OPPC導線運行應力下光單元狀態試驗

按照架空送電線路運行規程，架空送電線路導線容許的最大運行張力應不超過導線破斷張力（RT）的40%。本文進行了所謂“空白試驗”，將OPPC試樣（見圖4）施加50%破斷張力1min，模擬光單元在架空導線承受極限運行張力時的狀態。試驗結果表明試樣光信號傳輸正常。試驗后，解體檢查絕緣光單元外觀完好［8］。

圖4 空白試驗Fig.4 The blank test

1.3.2 OPPC導線短路事故情況下的光通信能力試驗

本文進行了“綜合性試驗”來模擬光單元在OPPC導線架空送電線路短路事故時的光通信狀態（見圖5）。

圖5 綜合試驗Fig.5 The comprehensive test

試樣20%的破斷張力和1 000 A電流，持續測量光單元的光信號傳輸衰耗，直到導線溫度達150℃。

為了能一次同時檢測光單元所有纖芯的衰耗，試樣12芯光纖首尾循環熔接。試驗光路圖見圖6。

圖6 綜合試驗光路圖Fig.6 Optical path of the comprehensive test

事實上短路發熱至150℃時，導線運行張力降至不足20%的破斷張力。此外，導線在短路達到150℃的時間只有幾秒（保護切除故障時間一般為4 s）。而本次試驗由于電流只接近1 000 A，試樣要好幾分鐘才達到150℃（試驗曾達到最高升溫到160℃）。實際光單元在150℃附近經歷了幾分鐘，所以本次試驗中光單元所耐受的高溫比實短路事故時更嚴酷。試樣達到160℃時，光單元傳送光信號衰耗只增加1.4 dB（從初始的0.49 dB增至1.89 dB）。降溫后光信號衰耗信號衰耗恢復初始值［9-13］。

2110 kV全絕緣光單元OPPC試驗線路建設

通過對110 kV絕緣光單元OPPC架空送電線路關鍵技術的研究，成功試制出一種全絕緣光單元的OPPC導線及一種OPPC導線的光單元直接引下裝置。選定了一條短路溫升至150℃歷時為7 s（≥4 s）的廣東江門110 kV開崗線輸電線路，更換一相導線為OPPC，作為試驗線路（見圖7）。2014年11月于廣東江門110 kV開崗線進行試驗建設并已投入運行。將原來由ADSS承擔的電力通信業務全部轉移到OPPC的絕緣光單元上，原架空送電線路及光通信業務至今運行正常。

3 結語

由于簡便的光單元分離及引下技術的采用，實現了110 kV全絕緣光單元OPPC作為電力通信手段的嘗試。對于嚴重覆冰地區，OPPC線路對提高電網運行安全意義更大。此外，為了降低送電的電能損耗，OPPC也有可能成為電網光通信手段的一種較好的選擇。

圖7 試驗線路施工現場Fig.7 The construction site of the test line

誠然，由于PBT運行溫度的限制，采用PBT材料的全絕緣光單元OPPC只能用于短路電流不太大的110 kV電網。要將它推進到成熟的工業應用，還需一定的改進，例如，采用更好的高分子材料光單元絕緣護套，標準化作業工藝等。

經對常用的多種導線計算發現，廣東電網近50%的110 kV架空送電線路都能采這種絕緣光單元OPPC導線，表明這種新型OPPC綜合技術在電網中有著廣闊的應用前景。

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（編輯 董小兵）

The Key Technology of the 110 kV Complete-Insulated Optical Unit OPPC Test Overhead Power Transmission Line

LIANG Jiongguang1，LI Jie1，CHENG Qicheng1，LIN Yang1，CHEN Jingpeng2
（1.Guangdong Power Grid Corporation，Guangzhou 510600，Guangdong，China；2.GPGC Jiangmen Power Supply Bureau，Jiangmen 529100，Guangdong，China）

光纖復合相導線OPPC在電網節能和抗冰災方面有其優越性。然而傳統的OPPC技術過于繁瑣復雜，不利于廣泛應用。為了在110 kV線路采用OPPC新技術，提出采用全絕緣光單元OPPC的大膽設想，以PBT聚合材料代替傳統的不銹鋼光纖松套管，試制出一種全絕緣光單元的OPPC導線。同時，對光單元的分離引下技術進行了適應110 kV線路的升級和改進，關鍵技術是OU分離引下的高電壓耐受能力和導線對短路事故電流耐受能力的確定。前者按通過國家標準的高壓試驗來驗證；后者通過理論計算和運行張力下的載流溫升時間計算和載流導線在運行應力下模擬試驗來驗證。試驗線路于2014年11月14日建成并投入運行。結果表明，OPPC架空送電線路的建設和運行可望擺脫繁瑣的傳統技術，并為電力光纖通信增加一種較好的選擇。

全絕緣；OPPC；抗短路；架空送電實驗電路；光單元分離；引下技術

The optical fiber composite phase conductor（OPPC）has superior merits in power grid energy saving and icehazard resistance.However，the traditional OPPC technology is too complicated to be widely applied.In 2009，Guangdong Power Grid Corporation（GPGC）started the development of the OPPC optical unit（OU）separation and leading-down technology and constructed and put into operation two OPPC 10 kV distribution lines with this new technology and the company is going to upgrade this technology to accommodate the 110 kV completelyinsulated OPPC Over-head Power Transmission Line（OHPTL）. The key of the technology is to determine the OU separation down leading high voltage withstand and conductor short circuit current withstand.The former is verified with the standard HV test of the State，while the latter is confirmed by the calculation of the temperature rising duration and simulation test of current carrying conductor under the running tension.The test line was completed and put into operation on November 14，2014.The results show that the construction and operation of the OPPC OHPTL will hopefully eliminate the very complicated traditional OPPC technology and provide a better option for the power communication.

complete-insulated；OPPC；anti-short circuit；overhead transmission line；optical unit separation；down-lead technology

1674-3814（2015）04-0032-04

TM726

A

梁炯光（1971—），男，大學專科，工程師，研究方向為電力通信；

李杰（1964—），男，博士，高級工程師，研究方向為電力通信；

程啟誠（1938—），男，大學本科，高級工程師，研究方向為電力運行；

林楊（1953—），男，碩士，高級工程師，研究方向為電力通信；

陳景鵬（1965—），男，碩士，高級工程師，研究方向為電力規劃。