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    ADSS電力特種光纜應用知識

    發布時間: 2024年01月16日 11:31
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    光纖通信已成為電網建設和電網改造的一個重要組成部分。光纖通信容量大,抗干擾性能好,不但可以滿足電力系統中通信及自動化的需要,而且可以將富余的容量提供給社會。光纖通信既可以提高電網的供電可靠性,也可以取得良好的經濟效益。

    利用架空電力線路走廊,在線路桿塔上進行架設,是一種非常經濟的光纜敷設方式。目前,在架空輸電線路上架設光纜主要有兩種形式:光纖復合架空地線(OPGW)和全介質自承式光纜(ADSS)。新建的電力線路上通常選用OPGW,ADSS常用于已建成的電力線路上。ADSS光纜相對OPGW投資較小,可在電力線路不停電狀態下架設,設計施工、維護等也較方便,已在建成的電力線路上得到廣泛的應用。

    ADSS光纜的適用范圍

    對于新建或已建成的220kV及以上的高壓輸電線路,且作為通訊干線走廊的,為保證通訊線路與輸電線路運行壽命(30年以上)的匹配性,從光纖通信的可靠性、施工和維護等方面考慮,工程人員應選擇OPGW,220kV及以上的干線輸電線路不宜選用ADSS光纜。

    對于已建成的220kV及以下的輸電線路,特別是區域變電所間的通信,可以考慮選用ADSS光纜。工程人員首先應考慮現有電力線路上架設ADSS光纜的可靠性,對電力線路已運行時間、桿塔的老化程度、原設計標準等條件來進行評估,從而確定架設的可行性。

    由于電力線路的設計技術規程多年來已進行過修改、調整和補充,所以對已運行多年的電力線路桿塔強度的校核難度大,成為架設ADSS光纜的關鍵問題??偟脑瓌t是在不影響電力線路安全運行、不降低可靠性的前提下,方可架設ADSS光纜。因此,筆者建議架設ADSS光纜,應盡量選擇線路桿塔條件較好的電力線路。

    在產品方面,國內目前有ADSS光纜的產品和檢驗標準,如國家標準GB/T18899《全介質自承式光纜》和電力行業標準DL/T788《全介質自承式光纜》,國際上主要有IEEE-P1222《用于架空輸電線路的全介質自承式光纜IEEE標準(草案)》和IEC60794-4《光纜第4部分:分規范-沿電力線架設的光纜》。在工程方面,國內有電力行業標準DL/T5344《電力光纖通信工程驗收規范》和DL/T767《全介質自承式光纜(ADSS)用預絞絲金具技術條件和試驗方法》,但至今沒有成熟有效的針對ADSS光纜的線路工程設計規定/規程和規范,所以ADSS光纜安裝設計,只能參照現行的電力行業標準DL/T5092《110-500kV架空送電線路設計技術規程》。

    ADSS光纜選擇

    1.ADSS光纜結構

    ADSS光纜的結構分為中心束管和層絞束管兩大類,除了一些各方面條件較好的電力線路,一般情況下宜選用層絞束管結構的ADSS光纜。

    ADSS光纜中的光纖是以波狀導入束管內,然后束管進行絞合,產生絞合余長,光纖具有適當的余長,保證了光纜承受正常工作的機械負荷時光纖不受力(即光纖零張力設計),也不會增加光纖的損耗。

    2.ADSS電氣性能

    ADSS光纜的類型選擇首先要考慮電氣性能要求,即ADSS所能承受的空間感應電場(電位)的大小,原因是ADSS光纜工作在高壓線路導線附近,導線周圍空間存在電磁場,光纜對導線和地之間的電容耦合使光纜處于一個空間電位的位置,因霧、露或下小雨時,潮濕的污穢在光纜外護套表面形成一個電阻層。在空間電位的作用下,護套表面對鐵塔上的光纜接地金具之間流有電流,電流發熱造成水分蒸發,使光纜外護套表面形成小段的干燥地帶,阻斷了電流,當干燥帶的電位差達到一定高度時,便發生放電形成電弧,這就是干帶電弧。它產生的熱可以使交聯聚合物逐步失去結合力而形成腐蝕,護套會熔成洞。這種現象或故障稱為護套電腐蝕或電痕,嚴重時會導致斷纜。

    ADSS采用何種類型的外護套取決于光纜安裝位置的空間電位的大小,與電力線路的電壓等級、桿塔結構、導線布置及相位排列等多因素相關。

    3.ADSS機械性能

    (1)力學特性

    ADSS光纜的機械強度方面,紡綸承載、纜內紡綸的數量決定了光纜的額定抗拉強度(RTS),單位為kN。

    ADSS光纜最大允許張(應)力(MAT)對應于在最惡劣的設計氣象條件下光纜所受到的最大張(應)力,單位為kN或N/mm2。

    ADSS光纜的年(日)平均張(應)力(EDS)對應于在無風、無冰及年平均氣溫下的張(應)力,單位為kN或N/mm2。

    ADSS光纜的極限運行張(應)力(UOS)可視作纜的過載能力,對應于在短時超過設計氣象荷載時纜所承受的張(應)力,單位為kN或N/mm2。

    這四個力值之間存在一定的關系且與光纜結構有關,相關標準做出了規定如表1所示。

    它們之間的關系又被稱為“光纖應變窗”或纜的“應力應變”性能。

    (2)張力—弧垂特性

    與該特性有關的光纜的機械性能主要包括纜徑、纜重、彈性模量和熱膨脹系數等。

    ADSS光纜具有可變跨距特性,對于同一條光纜,如果氣象條件和弧垂不同,它的允許使用檔距是不同的,如圖1所示。

    圖1  ADSS光纜可變跨距示意圖

    根據要架設光纜的電力線路設計氣象條件、檔距、跨越情況,桿塔的設計運行狀況,線路轉角、高差等情況,工程人員來確定ADSS光纜的機械性能。通常以電力線路的設計氣象條件計算的ADSS光纜張力弧垂表為依據。校核桿塔的強度,增加的負荷主要有風荷載、復冰荷載及不平衡張力;還應校核交叉跨越,根據校核情況,最終確定ADSS光纜本身的機械性能。

    控制條件的確定

    控制條件(ADSS光纜的電氣性能或機械性能)確定是ADSS安裝設計中的一個重要環節,關系到線路的安全運行和光纜的使用壽命。它不但與電力線路的運行狀況、氣象條件有關,還與ADSS本身的機械性能有關,影響到ADSS類型、ADSS的懸掛位置確定(電氣性能)、交叉跨越和桿塔負荷所要求的ADSS的張力和弧垂的選?。C械性能)。

    1.桿塔條件和空間電位分布

    桿塔條件主要包括:桿塔型號和尺寸、系統電壓、導線型號或外徑、導線回路、導線分裂數及分裂間距、地線型號或外徑、相位排列(雙回或同塔多回很重要)。

    2.光纜最大允許弧垂的確定

    除了機械強度,ADSS光纜的最大允許弧垂取決于光纜弧垂最低點與地面(或交越物)的最小間距與懸掛點位置(或高度),懸掛點位置設計與該點的空間電位直接相關。

    根據相關規程或工程對光纜弧垂最低點與地面的最小間距的要求,可以求得光纜的最大允許弧垂。工程人員應該明確:這是工程重要的控制條件之一。

    3.光纜的張力—弧垂—跨距特性

    計算張力—弧垂—跨距特性需要有設計氣象組合條件和光纜的初始安裝弧垂兩個前提。表2給出某一規格的纜當初始安裝弧垂為1%時在兩個氣象條件下的計算實例。

    根據表2,可有如下結果。

    (1)單從年平均均應力受限(即EDS控制)來考慮,該纜的最大跨距小于500m,因它在500m時的應力為540.2kN/mm2,超過了光纜本身的指標512.5kN/mm2。

    (2)同理,單從MAT控制來考慮:氣象條件A(覆冰15mm)時最大使用跨距小于450m;氣象條件B(覆冰10mm)時最大使用跨距可達550m。

    (3)若同時以最大允許弧垂分別為12m或16m控制,則在氣象條件A下分別小于350m或小于450m;在氣象條件B下分別小于450m或600m。這樣,就引出了一個ADSS光纜的“實際使用檔距”的概念。

    用相同的計算方法,改變初始安裝弧垂可以得出如表3所示的某一規格ADSS光纜的實際使用檔距表。

    從表2和表3可知,ADSS光纜的安裝設計要考慮多個因素。ADSS的弧垂及張力取決于線路的重要交叉跨越和桿塔結構的強度,兩者互相制約。當跨越或桿塔結構要求ADSS掛點時,電場強度的分布就可能對ADSS光纜不利,根據電場分布確定的掛點位置,可能又不利于桿塔的強度和跨越及線間距離要求的確定。

    4.ADSS最大使用張力

    ADSS的最大使用張力要根據原電力線路桿塔的設計荷載來確定,在桿塔負荷允許的條件下,提高張力有利于交叉跨越的實現,但可能使纜的有效使用跨距減?。刂茥l件轉變為纜的EDS受限)。

    工程人員應依據不同耐張段內各檔距的跨越情況,確定各耐張段內的最大使用張力。當ADSS根據桿塔結構或跨越等因素要求必須掛在某個位置時,如110kV線路選在空間感應電場為20kV的地方時,ADSS光纜就不能按慣例選擇PE護套。這種情況要根據線路中各耐張段內跨越,桿塔情況確定。

    必要時,工程人員通過經濟比較,在一條線路上以耐張段為單位,選用不同張力和護套類型的ADSS光纜。

    總之,在實際工程設計中,工程人員要結合已建電力線路的實際情況,當上述條件同時出現時,就要正確選定控制條件,使ADSS光纜的安裝設計經濟、安全、合理。

    ADSS的防振和金具

    ADSS光纜的強度設計安全系數,應在與所架設的電力線路設計氣象條件相一致的條件下確定,根據我國送電線路成熟的運行經驗,ADSS光纜的設計安全系數不應小于2.5。ADSS光纜與金屬絞線一樣,受風等環境影響,會發生振動,長期的振動會導致光纜本身和金具的疲勞損壞。因此,ADSS光纜的年平均運行張力應按不大于ADSS光纜極限拉斷力的20%選取,并采取相應的防振措施。

    1.防振措施

    目前,防振措施有兩種:加裝防振錘和螺旋式防振鞭(SVD)。如采用加裝防振錘措施,應在安裝處纏繞一定長度的預絞絲護線條分散應力。SVD施工方便,因此得到廣泛使用,現場和實驗室試驗表明防振鞭對降低振動水平非常有效。

    SVD應根據設計要求安裝,2根及以上的SVD并聯或串聯均可,通常用并聯,一般最大時可并聯4根。

    業界通常認為,SVD的安裝位置對防振效果不敏感,為了避免防振鞭與金具預絞絲末端過近產生電弧,振鞭距金具預絞絲末端的距離越大越安全。

    2.ADSS光纜金具

    ADSS光纜金具主要有耐張金具、懸垂金具和接頭盒,通常由ADSS光纜廠家配套供貨。近年來,國產配套金具已得到了廣泛使用,運行情況良好。 

    此文來自:互聯網轉載

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