引言

光纖復合相線(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,使導線在正常傳輸電能的同時還兼具通信功能。由于其特殊的結構特性,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)線路導地線融冰等優(yōu)勢。

圖1光纖復合相線結構圖

歐美國家在20世紀80年代首先提出了光纖復合架空相線設計理念,目前國內(nèi)OPPC光纜主要應用在110kV以下的單分裂導線的輸變電線路中,由于220kV及以上等級線路一般都采用雙分裂及以上的導線型式,因此OPPC鮮少應用在220kV輸變電線路中。為便于OPPC在高電壓等級線路中的應用,本文將對OPPC和普通導線構成雙分裂導線后在220kV線路中的應用問題進行相關研究。

l弧垂不匹配問題

由于OPPC中有光芯單元,難以和同規(guī)格普通導線參數(shù)做到完全一致,因此采用OPPC和普通導線組成雙分裂導線時,盡管架線時可保證弧垂一致,但隨著蠕行形變的釋放以及氣象條件的變化,兩根子導線會逐漸出現(xiàn)弧垂差,由于水平分裂的導線設置有間隔棒,可能出現(xiàn)兩根子導線不平衡的情況,而弧垂小的子導線將承受另外一根子導線的部分荷重,這可能導致該子導線過載出現(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7.417km范圍內(nèi)采用一根OPPC-24B1-400/50與JL3/G1A-400/50高導電率鋼芯鋁絞線組成右相導線。兩種導線的參數(shù)如表1所示。

由于兩種導線在參數(shù)上的差別,勢必無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收規(guī)范》(GB50233一2014)的規(guī)定,安裝間隔棒的220kV及以下等級線路子導線的弧垂正偏差不得大于80mm。因此,在選取兩根導線應力時,應保證竣工弧垂?jié)M足規(guī)程要求,同時在最大弧垂工況時弧垂差盡量小。根據(jù)工程架線計劃,預計架線時當?shù)販囟仍?5℃左右,考慮初伸長需降溫20℃,實際架線氣象條件按溫度-5℃、風速10m/s、覆冰0mm考慮。以20mm冰區(qū)最長的耐張段為例,該耐張段總長2.152km,共計8基鐵塔,由于高差較大,為避免懸掛點應力超允許值,該耐張段JL3/G1A-400/50高導電率鋼芯鋁絞線最大使用應力取98.4MPa,經(jīng)過反復計算,選定OPPC-24B1-400/50的最大使用應力為97.2MPa。在架線初期,導線的最大弧垂情況如表2所示。

最高氣溫工況時,兩種導線弧垂最大,根據(jù)所取的最大使用應力計算,此時導線最大弧垂如表3所示。

從表3可以看出,檔1和檔7的最大弧垂差的計算值超過了驗收規(guī)范的要求。但由于間隔棒的牽引作用,兩者的弧垂差會分布到各個次檔距之中,而不會集中體現(xiàn)在檔中央的最大弧垂處,因此實際測量的最大弧垂差比理論值均要小。即使如此,弧垂大一側子導線通過間隔棒的牽扯,會導致另一側子導線及金具承受較大負荷以及間隔棒處的集中荷載,對長期運行不利。因此,如圖2所示,在兩端耐張串上各子導線金具上增設一塊PT調(diào)整板,與已有的DB調(diào)整板形成一組級差較小的弧垂調(diào)節(jié)器,在觀測到弧垂出現(xiàn)影響線路運行的差值時,對其進行調(diào)整。

2中間接頭盒型式問題

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,在耐張塔橫擔的下方塔身增設一個支架,用于放置承托中間接頭盒的支柱絕緣子。該方案結構較為復雜,需要特制支柱絕緣子以及根據(jù)塔材規(guī)格、橫擔長度定制的支架,支架安裝高度也需要逐塔計算確定,因此該方案不便于生產(chǎn)、施工和運維。

中間接頭盒采用支撐式結構時,工程實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,OPPC通過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線,并在線夾下設置配重塊,平衡由中間接頭盒以及引流線導致的重量差。該方案結構安全、簡單,運行可靠性高,后期維護方便。

3施工安裝問題

在OPPC的應用中,難點不僅僅在設計方案上,施工中同樣有需要注意的地方。

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

(2)經(jīng)咨詢有較多光纜安裝施工經(jīng)驗的廠家,本工程如采用OPPC,由于截面較大,如果預留較長的余纜引至地面后接續(xù),再在導線耐張串附近安裝余纜架,則余纜重量較大,余纜盤較大,不便于安裝和運行。因此,廠家不建議在地面接續(xù),需要在桿塔上進行光纖熔接,對操作人員的技術水平和操作環(huán)境都有很嚴格的要求。

基于以上兩點特殊性,且OPPC價格較高,不便于在檔中接續(xù),建議OPPC施工安裝在廠家的全程指導下進行,以避免施工過程中對OPPC造成損傷。

4結論

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

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

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