全绝缘光单元110 kV OPPC架空送电试验线路的关键技术

梁炯光，李杰，程启诚，林杨，陈景鹏

（1.广东电网有限责任公司，广东 广州 510600；2.江门供电局，广东 江门 529100）

全绝缘光单元110 kV OPPC架空送电试验线路的关键技术

梁炯光1，李杰1，程启诚1，林杨1，陈景鹏2

（1.广东电网有限责任公司，广东 广州 510600；2.江门供电局，广东 江门 529100）

电力通信光纤通道是保障电网正常运行的神经线。目前电网光纤通道的主要手段是采用架空地线复合光缆（Optical Power Grounded Wire，OPGW）。然而，采用OPGW的输电线路的架空地线需逐杆塔接地，增加了电网的能耗。由于架空地线无负荷电流，易于覆冰，冰灾时往往首先破断，使保护和调度通信瘫痪而扩大事故。20纪80年代出现的光纤复合相导线（Optical fiber composite Phase Conductor，OPPC），采用常规架空地线，无逐塔接地，大大减少了能耗。导线有负荷电流的温升，不易覆冰断裂。即使发生冰灾，保护和系统调度运作正常，限制了事故范围，加快了抢修进程。可惜，传统的OPPC技术十分繁琐复杂，不利推广使用。为了降低电网能耗，寻求更好的电网通信手段，某电网公司OPPC从2009年开始改进OPPC技术的研究，开发出基于分离套管（见图1）的光单元直接引下技术。2010年10月广东电网公司第一条采用OPPC的10 kV配电线路建成投入运行（见图2）。该试验线路，连同利用它相导线的光单元作为无源以太光网络（Ethernet Passive Optical Network，EPON）运行数据采集系统的通信通道，正常运行至今［1］。光单元分离套管已取得中国国家专利（专利号No.201010280663.4）。

图1 光单元分离套管Fig.1 OU separation bushing

图2 广东电网第一条OPPC 10 kV配电线路Fig.2 The first OPPC 10 kV distribution line of Guangdong power grid

基于新型OPPC技术在10 kV配网线路上的试运行成功，广东电网公司在吸取原有经验基础上继续开发OPPC在110 kV输电线路上的应用技术。原OPPC 10 kV配电线路采用的是不锈钢松套管光单元，通常光单元由多根光纤和保护管组成光纤收容在不锈钢松套管［2］。由于110 kV线路导线悬挂点比10 kV配线高，当光单元分离引下时，不锈钢管剥离损坏光单元的风险较高。为了在110 kV线路采用OPPC新技术，本文提出采用全绝缘光单元OPPC的大胆设想，以PBT聚合材料代替传统的不锈钢光纤松套管，和厂家合作，试制出一种全绝缘光单元的OPPC导线。同时，对光单元的分离引下技术进行了适应110 kV线路的升级和改进。

1110 kV全绝缘光单元OPPC架空送电线路关键技术

1.1 光单元直接引下装置及绝缘技术

在将复合材料杆塔挂网运行之前，需要对其材料性能、电气性能及结构性能进行试验研究，以验证杆塔是否满足线路的建设、运行、维护等方面的要求［3］。在电气方面，110 kV输电线比10 kV配线运行电压高得多，处于110 kV相导线的光单元分离装置长期经受高电场。该装置必须能够达到以下基础绝缘等级及要求（见图3）。

图3 光单元直接引下装置Fig.3 OU insulated down leading

1）文献［4］规定：110kV户外绝缘须在耐受480 kV全波冲击和480 kV截波冲击在后，能耐受230 kV工频电压1 min。本文研制光单元分离装置在广东某电科院进行了试验，并顺利通过。

2）按国家标准，在III级污区，110 kV户外绝缘爬距在最高运行电压下须≥31 mm/kV，即总绝缘爬距须≥2 166 mm［5］。

3）分离套管的光单元出口处的场强比10 kV线路高得多，须考虑抗电蚀。为了增加绝缘爬距和抗电蚀，本装置中光单元绝缘引下加装了带伞群抗电蚀硅橡胶的护套。

4）110kV输电线比10 kV配线更重要，分离套管在结构上应比原来10 kV的更坚固，水密性更好。

1.2 全绝缘光单元OPPC温升耐受时间

PBT聚合材料极限工作温度为150℃。而输电线路发生短路事故时，极大的短路电流（广东110 kV电网通常达10 000 A）使相导线温度急剧上升。这就意味着PBT聚合材料光单元不能无条件应用于任何110 kV架空送电线路。IEC 60794-1-2中指出，短路电流/雷击实验主要针对OPGW和OPPC。而在IEC 60794-4中将IEC 60794-1-2的短路电流实验标明用于OPPC，但未提雷击试验［6］。

对于某具体110 kV架空送电线路，采用全绝缘光单元OPPC的先决条件是：当最大短路事故电流时，在可靠地切除故障的时间内，导线温度应未超过150℃。广东110 kV电网“远后备保护”的延时一般为4 s。这就是说，只有那些在最严重短路时，导线升温度至150℃的时间大于4 s的110 kV架空送电线路，才可以采用PBT光单元OPPC作为导线。

通过研究，研制出一段全绝缘光单元OPPC导线，并选择了广东江门110 kV开岗线进行试验建设。经过计算试验线路发生3相金属性短路（Ik= 724 8 A），导线温升至150℃的历时为12 s，已经远大于110 kV输电线路远后备保护跳闸时间4 s。也就是说，在最严重的短路事故时，试验线路光单元仍然安全［7］。

1.3 绝缘光单元OPPC正常运行耐受极限试验

110 kV全绝缘光单元OPPC的光通信能力是否满足运行要求，还需进行以下2项试验。

1.3.1 OPPC导线运行应力下光单元状态试验

按照架空送电线路运行规程，架空送电线路导线容许的最大运行张力应不超过导线破断张力（RT）的40%。本文进行了所谓“空白试验”，将OPPC试样（见图4）施加50%破断张力1min，模拟光单元在架空导线承受极限运行张力时的状态。试验结果表明试样光信号传输正常。试验后，解体检查绝缘光单元外观完好［8］。

图4 空白试验Fig.4 The blank test

1.3.2 OPPC导线短路事故情况下的光通信能力试验

本文进行了“综合性试验”来模拟光单元在OPPC导线架空送电线路短路事故时的光通信状态（见图5）。

图5 综合试验Fig.5 The comprehensive test

试样20%的破断张力和1 000 A电流，持续测量光单元的光信号传输衰耗，直到导线温度达150℃。

为了能一次同时检测光单元所有纤芯的衰耗，试样12芯光纤首尾循环熔接。试验光路图见图6。

图6 综合试验光路图Fig.6 Optical path of the comprehensive test

事实上短路发热至150℃时，导线运行张力降至不足20%的破断张力。此外，导线在短路达到150℃的时间只有几秒（保护切除故障时间一般为4 s）。而本次试验由于电流只接近1 000 A，试样要好几分钟才达到150℃（试验曾达到最高升温到160℃）。实际光单元在150℃附近经历了几分钟，所以本次试验中光单元所耐受的高温比实短路事故时更严酷。试样达到160℃时，光单元传送光信号衰耗只增加1.4 dB（从初始的0.49 dB增至1.89 dB）。降温后光信号衰耗信号衰耗恢复初始值［9-13］。

2110 kV全绝缘光单元OPPC试验线路建设

通过对110 kV绝缘光单元OPPC架空送电线路关键技术的研究，成功试制出一种全绝缘光单元的OPPC导线及一种OPPC导线的光单元直接引下装置。选定了一条短路温升至150℃历时为7 s（≥4 s）的广东江门110 kV开岗线输电线路，更换一相导线为OPPC，作为试验线路（见图7）。2014年11月于广东江门110 kV开岗线进行试验建设并已投入运行。将原来由ADSS承担的电力通信业务全部转移到OPPC的绝缘光单元上，原架空送电线路及光通信业务至今运行正常。

3 结语

由于简便的光单元分离及引下技术的采用，实现了110 kV全绝缘光单元OPPC作为电力通信手段的尝试。对于严重覆冰地区，OPPC线路对提高电网运行安全意义更大。此外，为了降低送电的电能损耗，OPPC也有可能成为电网光通信手段的一种较好的选择。

图7 试验线路施工现场Fig.7 The construction site of the test line

诚然，由于PBT运行温度的限制，采用PBT材料的全绝缘光单元OPPC只能用于短路电流不太大的110 kV电网。要将它推进到成熟的工业应用，还需一定的改进，例如，采用更好的高分子材料光单元绝缘护套，标准化作业工艺等。

经对常用的多种导线计算发现，广东电网近50%的110 kV架空送电线路都能采这种绝缘光单元OPPC导线，表明这种新型OPPC综合技术在电网中有着广阔的应用前景。

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（编辑 董小兵）

The Key Technology of the 110 kV Complete-Insulated Optical Unit OPPC Test Overhead Power Transmission Line

LIANG Jiongguang1，LI Jie1，CHENG Qicheng1，LIN Yang1，CHEN Jingpeng2
（1.Guangdong Power Grid Corporation，Guangzhou 510600，Guangdong，China；2.GPGC Jiangmen Power Supply Bureau，Jiangmen 529100，Guangdong，China）

光纤复合相导线OPPC在电网节能和抗冰灾方面有其优越性。然而传统的OPPC技术过于繁琐复杂，不利于广泛应用。为了在110 kV线路采用OPPC新技术，提出采用全绝缘光单元OPPC的大胆设想，以PBT聚合材料代替传统的不锈钢光纤松套管，试制出一种全绝缘光单元的OPPC导线。同时，对光单元的分离引下技术进行了适应110 kV线路的升级和改进，关键技术是OU分离引下的高电压耐受能力和导线对短路事故电流耐受能力的确定。前者按通过国家标准的高压试验来验证；后者通过理论计算和运行张力下的载流温升时间计算和载流导线在运行应力下模拟试验来验证。试验线路于2014年11月14日建成并投入运行。结果表明，OPPC架空送电线路的建设和运行可望摆脱繁琐的传统技术，并为电力光纤通信增加一种较好的选择。

全绝缘；OPPC；抗短路；架空送电实验电路；光单元分离；引下技术

The optical fiber composite phase conductor（OPPC）has superior merits in power grid energy saving and icehazard resistance.However，the traditional OPPC technology is too complicated to be widely applied.In 2009，Guangdong Power Grid Corporation（GPGC）started the development of the OPPC optical unit（OU）separation and leading-down technology and constructed and put into operation two OPPC 10 kV distribution lines with this new technology and the company is going to upgrade this technology to accommodate the 110 kV completelyinsulated OPPC Over-head Power Transmission Line（OHPTL）. The key of the technology is to determine the OU separation down leading high voltage withstand and conductor short circuit current withstand.The former is verified with the standard HV test of the State，while the latter is confirmed by the calculation of the temperature rising duration and simulation test of current carrying conductor under the running tension.The test line was completed and put into operation on November 14，2014.The results show that the construction and operation of the OPPC OHPTL will hopefully eliminate the very complicated traditional OPPC technology and provide a better option for the power communication.

complete-insulated；OPPC；anti-short circuit；overhead transmission line；optical unit separation；down-lead technology

1674-3814（2015）04-0032-04

TM726

A

梁炯光（1971—），男，大学专科，工程师，研究方向为电力通信；

李杰（1964—），男，博士，高级工程师，研究方向为电力通信；

程启诚（1938—），男，大学本科，高级工程师，研究方向为电力运行；

林杨（1953—），男，硕士，高级工程师，研究方向为电力通信；

陈景鹏（1965—），男，硕士，高级工程师，研究方向为电力规划。