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北极星电力网技术频道 作者:佚名 2007/12/26 21:29:11
神保500kV线路OPGW和分流线的选择及配置分析
吴 力
(河北省电力勘测设计研究院，河北 石家庄 050041) 摘 要：就分流线与OPGW的一般配合原则，结合实际线路工程所经地区的地形、气象等具体特点，通过对各种OPGW和良导体分流线的机电性能的技术经济比较，论述了OPGW和分流线的选择及配置方案。
关键词：500kV线路；OPGW；分析；分流线
1 高压架空线路对OPGW电气和机械性能的要求
由于24芯架空地线复合电缆（OPGW）同时具有传输信息和防雷2种功能，因此它的外护层必须选择满足这2种功能要求的材料，即它能够容纳足够数量的光纤，保证在施工、不良气象条件、短路等各种工况下信息传输不受外力和温度的影响，同时又具有良好的电气和机械性能来满足防雷的要求，保证信息传导和地线防雷的有效配合。
在对OPGW选择时，短路电流引起的热稳定问题是线路安全稳定运行的关键。当送电线路发生接地短路故障时，很大的短路电流将会通过地线，使其温度急剧上升，此时如果OPGW的型号和相关分流线的型号及配置形式不匹配，将会影响信号的传输质量，甚至引起光纤的损坏。因此，合理选择有足够载流容量并同时能够承受短路故障电流影响的OPGW将是系统设计要点。
据DL/T5092-1999《110～500kV架空送电线路设计技术规程》（以下简称规程）规定，地线的安全系数宜大于导线的；同时导地线间在大气过电压（无风）情况下的距离应不小于0.012WTBXL 1（LWT为档距）。根据工程设计和运行经验，在OPGW配置设计时期，其安全系数应不小于3，年平均应力不超过其标称抗张强度的18，分流线和普通地线应力的取值，亦应满足规程对安全系数和电气距离的相应要求，同时尽可能使其弧垂与OPGW的弧垂接近。
2 分流线与OPGW配合原则及分流线型式的选择
2.1 分流线与OPGW配合原则
在电厂、变电站附近短路电流较大的地段，分流线采用良导体与OPGW并联运行，可以有效地降低OPGW中通过的短路电流，从而减小OPGW的截面，降低工程造价、减小铁塔负荷。在线路设计时其中间部分可选用截面较小的1种OPGW和相应小截面地线。为了使短路电流产生的热效应不超过各种地线组合中任何1支的允许值，OPGW和分流线的选择、以及两者的分段配置必须一同综合考虑。
由于阻抗越小，分流作用越好，故分流线选型时阻抗要足够低。但如果采取增大截面的方法降低电阻，因感抗的降低效果不大，将达不到期望值。同时分流线截面选的过大将会增加投资成本，同时会造成分界点两侧地线的重量和截面相差太大，不利于杆塔的设计和受力。所以，分流线的截面不宜过大，应与OPGW基本相当，最好直径截面稍大、电阻稍小，使其能分担一半或最好一半以上短路电流。
2.2 分流线型式的选择
分流线应具有足够大的允许短路容量和足够的CM(22机械强度以满足对分流、自身热稳定、防雷、安全系数和电气距离的要求。钢芯铝绞线、铝包钢绞线、铝包钢芯铝绞线和钢芯铝合金绞线等多种型式的良导体均可用作分流线。
根据规程规定，地线进行短路热稳定验算时的允许温度，铝包钢绞线为＋300℃，而钢芯铝绞线和钢芯铝合金绞线仅为＋200℃，在允许电流相同条件下，铝包钢绞线比钢芯铝绞线、钢芯铝合金绞线或铝包钢芯铝绞线的截面小、重量轻，因此选用铝包钢绞线造价较低，且可减小铁塔的受力。表1是铝包钢绞线JLB4-120与钢芯铝绞线LGJ-95/55、铝包钢芯铝绞线JL/LB1A-95/55的各参数的比较，通过比较可以发现，铝包钢绞线在允许短路电流比后二者高13％～34％的同时，单位长度的价格降低3％～6％，重量减轻11％～19％。
分流线一般用于两端厂站附近短路电流较大的地段，而这些地段通常是污染较严重的地区，铝包钢绞线比普通钢芯铝绞线耐腐蚀性能强，结构与OPGW相似（OPGW承力部分一般由铝包钢丝和铝合金丝组成），且其寿命也与OPGW相当，因此在工程中选用它作为OPGW的分流线是适宜的。
设计时，铝包钢绞线的具体型号和配置长度的选择应与OPGW综合考虑，并根据组合地线的热稳定校验结果来确定，以确保短路电流产生的热效应不超过地线组合中任何一支的允许值。
3 实际工程中OPGW和分流线的选择及配置
3.1 神保500kV线路的OPGW和分流线的选择
为了进一步了解工程中OPGW和分流线的选择及配置，下面以神保500kV输电线路为例进行分析。该线路起自山西省朔州市神头第一、第二发电厂升压站，止于河北省保定市徐水县的保北500kV变电站。根据工程要求，其中神头第二发电厂至保北500kV变电站线路（即神保II回线）的1根地线选用OPGW，另1根地线需选配与OPGW相适应的良导体分流线或普通地线。
可供选择的OPGW和分流线的参数见表2、表3。
上述材料的选用是由于铝包钢绞线具有更高的机械强度。而神保II回线路全长281km，路径较长，地形复杂，山区和高山大岭约占70，地形条件和气象条件都十分恶劣，大档距、大高差较多，因此选用机械强度较高的铝包钢绞线也有利于安全运行。根据厂家提供的标准，在铝钢截面、重量基本相近的条件下，铝包钢绞线（JLB4-150）比钢芯铝绞线（LGJ-95/55）的计算拉断力高16，二者的拉重比分别为0.13（kN·km/kg）和0.11（kN·km/kg）。
系统短路电流的大小和热效应的持续时间是选择OPGW和分流线截面的主要依据。根据单相接地短路电流曲线，由远景系统的计算结果可知，神头二电厂和保北500kV变电站出口短路电流为50kA；如果按2015年的系统规划，接地短路电流计算结果为31.27kA，保北500kV变电站出口短路电流为24.12kA。
3.2 远景规划
由该工程“单相接地短路电流曲线”可知，在电厂和变电站附近，短路电流较大，因此所选用的OPGW及与其并联运行的分流线的截面、重量和直径也必然较大。而短路电流值随着与电厂、变电站距离的增大迅速降低，同时由于短路电流在短路点两边地线组中的分配随着与电厂、变电站距离的增大而趋于平衡，而在厂、站附近，大部分的短路电流都流向厂、站一边的地线组合，因而流经OPGW及分流线的短路电流随着距电厂、变电站距离的增大而降低的速度更快。
该工程的线路长，大部分地段的短路电流与厂站附近相比很小，厂站出口高达31～50kA，而在62％～83的地段内低于10kA，由于线路中间部分短路电流较小，所以设计时选用截面、重量和直径较小的OPGW及分流线可有效节省投资，并降低铁塔负荷。
如果短路电流持续时间按0.3s计算，在导体短路起始温度为＋40℃、OPGW允许最高温度不超过＋200℃、铝包钢绞线最高温度不超过＋300℃的条件下，分流线允许短路电流按式(1)计算（OPGW的允许短路热容量一般由制造厂提供）：
式中 R20—20℃时电阻，
α—电阻温度系数，1/℃
C—热容量，J/(km·℃)
T—短路热稳定时间，s
t1—地线初始温度，℃
t2—地线短路允许温度，℃
在热稳定计算中，杆塔接地电阻取10Ω，大地电阻率取200Ω·m，两端厂站的等效接地电阻按0.02Ω计算。
设计中，OPGW和良导体分流线应逐塔经专用引流线可靠接地，OPGW和分流线型号、长度由组合地线的热稳定校验结果确定，但当线型改变时需延长至下一相邻的耐张塔处进行。
根据热稳定计算结果，OPGW、分流线及普通地线配置方案见表4。4 建议的配置方案
上述结论是满足短路热稳定对地线要求的理论计算，但是由于该工程地形条件和气象条件都较恶劣，山区和高山大岭约占70，跨越多条河流，大档距、大高差多，对地线机械强度的要求较高，因而需要对计算选择的光缆和分流线的强度进行校核验算。验算结果表明，由于JLB4-80截面小，弧垂较大，如果不增大地线支架高度难以满足规程对大气过电压无风情况下导地线间距的要求。因此需将JLB4-80改为JLB4-120。修改后的方案虽然分流线本身的价格略有增加，增加了17.89万元，占地线部分费用的1.46％，但避免了加大地线支架高度的投资。
神保500kV线路设计中，OPGW和分流线建议选择表5的配置。[1][2]下一页
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