變電站架構OPGW引下設計與工藝的應用研究

孟 顯，張合明，魏 勇，尚 立，劉文昭

(國網河北省電力有限公司信息通信分公司，石家莊 050021)

1 概述

電力通信光纖傳輸網承載了大量電網安全生產和經營業務，一旦中斷，直接威脅電網安全運行。經通信調度統計，大部分光纜故障發生在變電站內架構OPGW引下及導引光纜處，主要有電磁感應導致的OPGW電灼蝕損傷、接頭盒和余纜架脫落、引下管進水冰凍漲裂、鼠咬和外力破壞等故障現象。經深入分析，造成該現象的原因主要為:一是設計方面。架構OPGW引下涉及電氣、土建、線路、通信等多個專業，不同專業設計之間脫節，導致技術、工藝標準執行不統一。二是施工方面。由于架構OPGW引下施工工藝要求分散在多個施工圖中，造成施工與設計脫節，從而引發工藝質量問題。為此，在設計、施工2個方面采取技術優化和工藝改進，創新性的提出架構OPGW引下“一張圖”設計，將不同專業設計統一，同時改進工藝工法，明確工藝標準和流程，很好的解決了在設計、施工環節存在的問題，在工程建設階段消除變電站架構存在的安全隱患。

2 架構OPGW引下存在的問題

架構光纜施工包括OPGW引下、余纜架及接頭盒安裝、鋼管預埋和光纜敷設等幾個主要環節，通過研究分析施工中常發、高發問題，明確重點研究內容。

2.1 技術問題分析

a.OPGW引下電灼蝕分析。依據DL/T 1378-2014《光纖復合架空地線(OPGW)防雷接地技術導則》[1]，對河北省前期發生的康王線、車祁線、北常Ⅱ線等幾起OPGW引下與塔體之間發生放電灼傷和電腐蝕進行了專題研究，主要原因是OPGW引下線與變電站架構地線金屬支架接觸或間距不滿足規程要求，由于雷擊、感應電壓或電力線發生接地短路故障時，造成OPGW和架構接觸處產生電位差，導致OPGW與構架接觸點處發生電弧放電或大電流泄放，持續的電弧放電或大電流通過產生的高溫將OPGW熔斷，造成光單元破壞。

b.雷擊。OPGW遭受雷擊時，雷電產生的巨大能量在OPGW產生的瞬間電流通過接地點注入大地，如果在OPGW引下和架構本體有接觸，其之間的電位差導致間隙放電。

c.感應電壓。電磁感應電壓是電力線路在運行中，導線產生的交變電磁場在OPGW形成的電壓，電磁感應電壓電磁感應矩陣方程[2]如下:

可以分析出，當電力導線上有電流時，會在相鄰的導體上產生感應電壓。OPGW作為運行電力線路的地線，存在一定的感應電壓，如果不接地或接地不良，當與架構本體有接觸時，其之間的電位差導致間隙放電。

在電力線路發生接地短路故障時，OPGW作為地線，瞬間進行電流分流，并通過接地點注入大地，此間，OPGW將通過上k A的短路電流，如果在引下OPGW和架構本體有接觸，其之間將有大電流泄放。

2.2 工藝缺陷分析

a.OPGW引下環節缺陷。沒有絕緣或者引下絕緣間隔不夠、光纜引下方向和爬梯沖突形成搭接、光纜引下不順直、接地端子固定不牢固、接地點位置不正確。需重點研究問題:OPGW引下絕緣及間距的研究、接地工藝優化、OPGW引下金具選擇和工藝改進。

b.余纜架及接頭盒安裝環節。接頭盒及預覽架固不牢固、余覽架光纜相互交叉扭曲。需重點研究問題:余纜架及接頭盒安裝工藝優化。

c.預埋鋼管環節缺陷。預埋鋼管底部沒有向下傾斜角度、光纜引下路徑和預埋鋼管不匹配、預埋鋼管撾彎過多或過直、預埋鋼管和纜溝位置不匹配、預埋鋼管整體密封管口封堵不到位。需重點研究問題:管孔防水設計優化。

d.導引光纜敷設環節缺陷。導引光纜未加裝防火槽盒或保護管，存在外破隱患;有的加裝的防火槽盒存水造成光纜長期處于潮濕環境，加速老化;穿墻封堵不到位，導致鼠咬隱患。需重點研究問題:引入光纜防護措施改進。

3 架構OPGW引下“一張圖”方案

3.1 設計優化

a.規范OPGW引下的絕緣間隔要求。要求間隔能耐受最大負荷運行方式下地線的穩態感應電壓，并在雷擊、電力系統短路時，不發生間隙放電。經研究并參考絕緣OPGW的間隙放電指標，合理的選擇絕緣間距，即引下OPGW與塔材及附屬設施最小間距大于2倍的放電間隙并不小于100mm[3]。

b.規范OPGW引下金具。架構OPGW施工采用專用的電力特種金具固定，金具不僅滿足應有的全部功能，并充分考慮金具的尺寸大小與安裝架構是否匹配，握力均勻、微風震動、彎曲應力和扭轉等技術指標是否滿足應用要求。OPGW引下采用支柱絕緣子，并采用抱箍與架構固定牢固，引下線夾間距為1.5～2 m[4]。規定了OPGW按從上到下的順序進行固定，經過法蘭或其他突出部位應使用絕緣金具單獨支撐固定的工藝要求，以保證OPGW與架構桿的間距大于2倍的放電間隙，防止OPGW發生放電灼蝕。

c.規范預埋鋼管位置和站內纜溝位置。引下光纜位置和預埋鋼管位置匹配(確定塔腿和引下側方向，且不和爬梯沖突)，接地端子位置和架構引下光纜位置匹配(塔腿、方向、高度)，使用金具滿足絕緣要求并和架構規格匹配。明確鋼管埋深、傾角、方向、撾彎半徑、中間接頭要求、管口出地面高度、與架構固定方式、標石設置等。

d.管孔防水設計優化。引下鋼管整體密封。規定鋼管連接部分采用套焊工藝，并在焊接處涂上瀝青，做好防水防腐處理。架構鋼管出口推薦采用可拆卸式密封盒(套)封堵，與傳統的方式相比，密封效果好、方便拆卸、可避免老化變形。保證導引鋼管不存水。鋼管彎曲半徑不應小于15倍鋼管直徑，設計導引鋼管至電纜溝水平部分向下傾斜5°。

3.2 工藝改進

a.接地工藝改進。為保證OPGW在短路或雷擊時電流能順暢流過OPGW并入地，在泄放大電流的同時，不燒斷OPGW。進一步規范了引下OPGW三點接地要求。規定了接地線的長度、雙開孔、固定方向及工藝要求。對接地位置合理分布，增加架構處OPGW接地的均勻性。

b.規范金具安裝工藝要求。對于引下固定金具，規定材料、規格、安裝間隔、絕緣距離等。明確專用接地線技術要求，包括長度、安裝位置、接線方式等。為保證接地可靠性，接地端子使用雙孔結構，規定雙孔孔徑及接地端子尺寸。規定了架構預制構件的位置、形狀、雙開孔及工藝要求。

c.余纜架及接頭盒安裝工藝優化。為保證接頭盒和余纜架安裝牢固，推薦選用抱箍進行固定并與塔體絕緣，固定采用防滑脫雙螺栓固定。接頭盒和余纜架的安裝高度適宜。充分考慮檢修或搶修時再次接續情況，滿足余纜展放至地面后不小于5 m。參照相關標準要求，同時為方便后期維護操作方便，推薦合適安裝位置為:余纜架底沿距地面1.2～1.5 m。接頭盒安裝在余纜架上方，底端距地面2.5 m。對光纜盤繞提出了工藝要求，余纜成盤均勻、順序合理，不得交叉扭曲受力，光纜盤繞后使用不小于φ1.6 mm的鍍鋅鐵線、鋁線或耐銹蝕線材捆綁，捆綁點應不少于4處[3]。

d.引入光纜防護措施改進。引入光纜在鍍鋅鋼管內及線纜溝道內全程加裝防護子管，防護子管從架構鋼管入口處敷設至通信機房槽盒或ODF屏體入口，鋼管出口應預留不少于5 c m。進槽盒或ODF屏體預留不少于10 c m。纜溝內設置光纜專用槽盒的，槽盒設計防積水措施，光纜進槽盒處做好防護。對光纜的標識和警示標牌進行了規定。預埋鋼管起止點和拐彎處應設置光纜標石，標石露出地面不小于20 c m。引入光纜的起止位置、防火墻兩側、纜溝內、拐彎處，設置標牌。

4 應用情況及效果

“一張圖”成果適用于各電壓等級的OPGW工程建設。在設計階段通信專業設計按照“一張圖”模板進行設計并向其他各個專業提資，實現各個專業技術要求的統一。在工程施工階段各個專業施工人員按照工藝要求進行施工，建管單位、監理單位按照架構光纜施工工藝手冊進行現場質量管控。在驗收階段，對照“一張圖”的設計和工藝要求對施工質量進行驗收。效果見圖1、圖2。

圖1 OPGW引下效果示意

圖2 接頭盒、余纜架安裝效果

2017年“一張圖”成果在榆橫-濰坊1 000 k V交流特高壓輸變電工程的邢臺特高壓站進行試點應用，獲得工程驗收專家的一致認可，并要求將“一張圖”成果作為典型經驗匯報國網河北省電力有限公司信息通信分公司。

5 結束語

“一張圖”對架構OPGW引下、余纜架及接頭盒安裝、鋼管預埋和光纜敷等主要環節進行了設計上的一體化、規范化和施工工藝上的標準化。目前“一張圖”已經被省公司建設部納入“35～500 k V變電站通信工程典型施工圖”，大大提高了設計工作效率、施工效率和工程管理效率。“一張圖”的廣泛應用，將最大限度提高OPGW光纜線路的運行率，提高省通信網的運行水平，保障電網安全穩定運行，為電力系統帶來長期的安全效益。