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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:
    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
   

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

    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

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

    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:
 
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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