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解决光纤复合架空地线光缆（OPGW)的设计问题
来源：佚名 日期：2014年12月30日 查看：次
根据国家电网公司有关文件要求，所有新建110kV及以上送电线路如果有通信的需要，必须在线路地线支架上设计OPGW用于信号传输。有关在新架送电线路上如何规划、设计、架设OPGW已经在很多文献上有介绍，在此就不赘述。本文介绍的是：在原架空送电线路上更换旧有的镀锌钢绞线为新型架空OPGW需要注意的问题。
1、220kV某送电线路简介
220kV某线建成于1989年，线路全长68.34km，全线共有杆塔212基。为配合一个220kV变电站建设，需要在#117与#118杆塔间开断220kV某线进变电站。根据设计规划要求，改造后的220kV线路需要采用光纤纵差保护代替原有的高频载波保护。因此除了新建一段线路采用OPGW以外，还需要更换原线路的普通地线为OPGW。
需更换光缆的220kV线路全部为旧杆塔。以220ZGl直线砼杆为主，部分转角与高跨越处采用角钢塔。地线荷载均按镀锌钢绞线GJ-50进行设计。在接到设计任务书后，我们进行了踏勘，经过综合评估认为：线路虽已投运近20年，但整体线路承载强度可以达到原设计能力的95％以上，通过合理选择地线光缆型号与加强部分杆塔，完全可以在不更换与增加新的线路杆塔的前提下，安全经济地将原线路更换为OPGW。
2:光缆设计选型
新建送电线路选择OPGW光缆的经验是：根据该地区电力系统10～15年远景规划，计算出可能流过该线路的最大单相接地短路电流数值；初步估算OPGW光缆的截面积，选择一种常用光缆型号，然后再根据线路各段单相短路电流分别进行校验，本条线路的短路热容量的要求，再选择大一个截面的光缆进行校验，只到满足为止。
该线路系统单相接地短路电流非常大，根据系统专业提供的短路电流，对光缆截面进行初步选择。先列出该线路出口短路电流与经过同杆架设的镀锌钢绞线GJ一50分流后，加载到光缆后的短路电流，如表1所示。
表1 220kV线路仅更换一侧地线后出线段单相短路电流计算数值
从1表可以看出，最大短路发生在出口#1杆塔处。根据以往经验选择0PGW一120光缆即可满足系统短路热容量的要求。
新建线路选择光缆不需要考虑杆塔荷载条件，因为是先选择光缆再根据光缆荷载条件设计杆塔。镀锌钢绞线GJ一50与OPGW-120光缆荷载对比，如表2所示。
表2 OPGW120光缆与GJ一50镀锌钢绞线荷载对比表
通过表2可以看出，OPGW一120光缆各项指标均超过GJ一50镀锌钢绞线。因此，按照短路容量选择的OPGW一120光缆不能用在本线路杆塔上，需要重新选择OPGW光缆型号。选择的前提条件为光缆自重小于镀锌钢绞线重量，最大拉断力最好也小于钢绞线的拉断力(稍微大一些，可以通过调整光缆的架线安全系数，使纵向张力降下来)。可是如果光缆截面积降下来，短路热容量不能满足系统的短路电流水平怎么办?本工程有2条地线，另一条地线也是镀锌钢绞线，采用更换良导体地线分流的方法，就可以把加在本工程OPGW光缆的短路电流降下来，短路电流降下来后，就可以选择截面比较小的光缆了。按照此思路，选择JLB40-95铝包钢绞线作为本工程的分流地线。采用铝包钢分流线后，对加在OPGW光缆的短路电流进行了重新计算，如表3所示。
对线路#1～#19更换为JLB40-95铝包钢良导体地线后，加在OPGW光缆的短路电流明显下降，这样截面较小的OPGW-90光缆也可以满足系统的短路电流要求。
为了保持OPGW光缆的层绞式结构和必要的短路热容量，光缆的截面一般不宜小于85mm2，同时为了防雷需要，外层的单丝直径也不宜小于2.8mm，所以光缆的外径一般不会小于11.5mm，只要光缆的外径大于镀锌钢绞线9.6mm的外径，大风时光缆的水平荷载肯定要大于镀锌钢绞线的水平荷载。
因此，对全线需要更换地线的杆塔逐基进行荷载校验，杆塔水平荷载校验公式：
式中：g4为原镀锌钢绞线大风时的水平荷载；lsh为原杆塔设计水平档距；gˊ4为大风时光缆水平荷载；lˊsh为杆塔实际水平档距。从式(1)可以看出，即使gˊ4＞g4，但是分别乘以实际水平档距与最大设计水平档距后，满足式(1)的要求，也可以认为更换光缆后杆塔荷载满足要求。经过逐基校验，发现绝大多数杆塔更换OPGW光缆后水平荷载均能满足原设计要求，仅有6基杆塔不能满足要求，需要对该6基杆塔地线支架进行补强处理，处理后经验算均达到杆塔的荷载要求。
通过该工程实例，在对旧有线路更换OPGW光缆工程中，宜采取更换良导体地线进行短路电流分流。如果采用良导体地线分流后，杆塔地线荷载仍超出原杆塔设计能力，就需要根据每基杆塔实际水平档距重新进行核算，看该杆塔水平荷载能力是否用满。一般情况下杆塔水平档距都离上限有一定裕度，如果计算后杆塔水平荷载的确超出荷载要求，可以采取杆塔地线支架补强的方法进行杆塔局部补强，不到万不得已，一般不应考虑更换或增加线路杆塔。
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1、220kV某送电线路简介
220kV某线建成于1989年，线路全长68.34km，全线共有杆塔212基。为配合一个220kV变电站建设，需要在#117与#118杆塔间开断220kV某线进变电站。根据设计规划要求，改造后的220kV线路需要采用光纤纵差保护代替原有的高频载波保护。因此除了新建一段线路采用OPGW以外，还需要更换原线路的普通地线为OPGW。
需更换光缆的220kV线路全部为旧杆塔。以220ZGl直线砼杆为主，部分转角与高跨越处采用角钢塔。地线荷载均按镀锌钢绞线GJ-50进行设计。在接到设计任务书后，我们进行了踏勘，经过综合评估认为：线路虽已投运近20年，但整体线路承载强度可以达到原设计能力的95％以上，通过合理选择地线光缆型号与加强部分杆塔，完全可以在不更换与增加新的线路杆塔的前提下，安全经济地将原线路更换为OPGW。
2:光缆设计选型
新建送电线路选择OPGW光缆的经验是：根据该地区电力系统10～15年远景规划，计算出可能流过该线路的最大单相接地短路电流数值；初步估算OPGW光缆的截面积，选择一种常用光缆型号，然后再根据线路各段单相短路电流分别进行校验，本条线路的短路热容量的要求，再选择大一个截面的光缆进行校验，只到满足为止。
该线路系统单相接地短路电流非常大，根据系统专业提供的短路电流，对光缆截面进行初步选择。先列出该线路出口短路电流与经过同杆架设的镀锌钢绞线GJ一50分流后，加载到光缆后的短路电流，如表1所示。
表1 220kV线路仅更换一侧地线后出线段单相短路电流计算数值
|
线路杆塔号 |
#1 |
#7 |
#19 |
|
距电厂距离（km） |
0.06 |
1.95 |
5.84 |
|
短路电流（kA） |
21.10 |
17.13 |
12.35 |
|
OPGW中电流（kA） |
19.61 |
16.15 |
11.14 |
|
OPGW热容量/（kA2s） |
115.36 |
78.25 |
37.23 |
新建线路选择光缆不需要考虑杆塔荷载条件，因为是先选择光缆再根据光缆荷载条件设计杆塔。镀锌钢绞线GJ一50与OPGW-120光缆荷载对比，如表2所示。
表2 OPGW120光缆与GJ一50镀锌钢绞线荷载对比表
|
项目 |
0PGW一120 |
GJ一50 |
比较 |
|
|
自重（kg/km） |
513 |
424 |
大于 |
|
|
外径（mm） |
15.10 |
9.6 |
大于 |
|
|
安全系数 |
3.61 |
3.53 |
大于 |
|
|
最大纵向张力（kN） |
18.25 |
17.45 |
大于 |
|
|
大风时 |
水平荷载（N/m） |
7.49 |
4.46 |
大于 |
|
|
垂直荷载（N/m） |
5.02 |
4.15 |
大于 |
|
覆冰时 |
水平荷载（N/m） |
2.58 |
2.13 |
大于 |
|
|
垂直荷载（N/m） |
11.95 |
9.41 |
大于 |
对线路#1～#19更换为JLB40-95铝包钢良导体地线后，加在OPGW光缆的短路电流明显下降，这样截面较小的OPGW-90光缆也可以满足系统的短路电流要求。
为了保持OPGW光缆的层绞式结构和必要的短路热容量，光缆的截面一般不宜小于85mm2，同时为了防雷需要，外层的单丝直径也不宜小于2.8mm，所以光缆的外径一般不会小于11.5mm，只要光缆的外径大于镀锌钢绞线9.6mm的外径，大风时光缆的水平荷载肯定要大于镀锌钢绞线的水平荷载。
因此，对全线需要更换地线的杆塔逐基进行荷载校验，杆塔水平荷载校验公式：
g4×lsh≥gˊ4×lˊsh (1)
式中：g4为原镀锌钢绞线大风时的水平荷载；lsh为原杆塔设计水平档距；gˊ4为大风时光缆水平荷载；lˊsh为杆塔实际水平档距。从式(1)可以看出，即使gˊ4＞g4，但是分别乘以实际水平档距与最大设计水平档距后，满足式(1)的要求，也可以认为更换光缆后杆塔荷载满足要求。经过逐基校验，发现绝大多数杆塔更换OPGW光缆后水平荷载均能满足原设计要求，仅有6基杆塔不能满足要求，需要对该6基杆塔地线支架进行补强处理，处理后经验算均达到杆塔的荷载要求。
通过该工程实例，在对旧有线路更换OPGW光缆工程中，宜采取更换良导体地线进行短路电流分流。如果采用良导体地线分流后，杆塔地线荷载仍超出原杆塔设计能力，就需要根据每基杆塔实际水平档距重新进行核算，看该杆塔水平荷载能力是否用满。一般情况下杆塔水平档距都离上限有一定裕度，如果计算后杆塔水平荷载的确超出荷载要求，可以采取杆塔地线支架补强的方法进行杆塔局部补强，不到万不得已，一般不应考虑更换或增加线路杆塔。
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