电力系统OPGW光缆防雷接地技术及相关措施

电力系统OPGW光缆防雷接地技术及相关措施

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摘    要：目前，电力已成为社会中最重要的能源之一，经济发展与人们的生活都离不开电力的支持。在此情况下，就必须不断完善电力系统的建设与运维，优化电力传输与供应方式，让用户日常用电得以稳定。为提升电力能源的可靠性与稳定性，本文运用调查法、文献法、分析法对电力系统OPGW光缆防雷接地技术与相关措施展开分析论述，以供借鉴与参考。

关键词：电力系统；OPGW光缆；防雷接地


近年来，我国电力事业快速发展，电力生产与供应技术不断进步，输电线路状态监测与故障诊断技术也都有了很大发展，OPGW光缆逐步被运用于电力系统，使电力系统的故障防御能力、处理能力有了很大提升。下面结合实际，首先对OPGW光缆做简要论述。
一、OPGW光缆概述
OPGW光缆即光纤复合架空地线，属于一种具有普通架空地线与光纤通信功能的复合线。与传统的输电线相比，OPGW光缆的显著优势主要表现在：具有防雷功能同时也有通信能力，在将OPGW光缆运用于电力系统时不需要外挂光缆。OPGW中间放置着光纤，因此光纤不易受损，安全性与可靠性较高。OPGW的工作性能受多种因素影响，如允许张力、线路杆塔的档距、冰荷以及风荷、悬挂点等[1]。
在电力系统中，OPGW主要有以下三种型式：铝骨架式、中心管式以及层绞式。铝骨架式结构的主要特点是：铝骨架槽内置有束管单元或光纤，这样就增加了对光纤的保护性，让光纤更不易受到损坏。中心管式结构的OPGW具有重量轻、缆径小等特点，并且也不容易产生二次机械疲劳，不容易出现损伤，这种结构的光纤有很高的机械强度，能承受住较大的电路电流冲击。层绞式电缆结构有很高的可靠性与稳定性，有较强的抗侧压、抗扭曲能力，能承受较大的短路电流冲击，能获取二次余长[2]。
二、电力系统OPGW光缆防雷接地技术
1、雷击OPGW光缆
雷击是一个瞬态的过程，发生速度极快并且在短时间内释放出的能量极大。在雷雨天气，云中的电荷随机分布，因此会有多个电荷集中点产生。当电荷集中点的电场强度达到一定范围高度时，下行电负荷就会分出正负极两种情况。在先导放电通道逐渐下移的过程中，空气中的一些离子团会对其进行阻挡，并将下行负先导分成几个不同的支数。负先导不断下移，逐渐接近架空地线或地面时，地面或架空地线就会出现正电荷聚集的情况。伴随着这些现场一同产生的，便是闪电雷鸣。这一阶段的持续时间通常较短，不会超过100s。由于时间短，速度快，因此雷击的瞬间产生的温度是极高的（大约会达到600摄氏度左右）。这样的高温作用在OPGW光缆上，会使光缆外层的铝合金严重受损，甚至直接导致光缆被烧断[3]。
雷电对OPGW的危害虽然极大但也不是无法防控。有研究表明，雷电在短时间内释放出的能量会使输电线路相应区域的热量出现明显波动，并且在雷击发生后，电流在输电线上直至高塔进入地面的路由界面会形成一定方向上的温度梯度分布。这表明，雷击会引起输电线路温度分布的变化，OPGW光缆在运行期间可根据这一规律对雷击位置进行确定，对雷击故障进行预防。雷击OPGW光缆是一个局部快速加热到高温并随后快速散热冷却的过程，整个雷击所产生的温度场随时间和空间急剧变化，OPGW 材料的热物理性能也随温度剧烈变化。根据这一变化就能对雷电故障做出比较准确的判断与预防。
2、OPGW防雷接地技术
当前有不少专家、学者在提升OPGW电缆防雷能力上做了许多试验与研究，并取得了较多的成果。如有学者指出，要想提升OPGW光缆的防雷性能，就可在选择光缆外层线径时选择使用线径较大的导体，将其作为光缆的外层线径。而提出这一结论的依据在于：OPGW光缆在运行过程中受到的感应电流主要集中在电缆的表面与外层，因此从理论上来讲光缆的表面或外层应当足够坚强。但实际上当前市面上的许多OPGW光缆外层较为薄弱，光缆外层的导体直流电阻往往小于内层。因此后续可从光缆的外层线径入手，通过使用线径较大的导体来提升OPGW光缆的耐电流性能，从而让OPGW 光缆具有较强的防雷特性。除这一措施外，也可对OPGW光缆的导体电线进行优化，选择更为匹配的导体电线从而让OPGW光缆的分流能力得到增强，让光缆的防雷特性得到提升。此外，若OPGW光缆运行在比较复杂的环境中，就可考虑给OPGW光缆安装线路避雷器或增加绝缘子、增设小型铁塔接地电阻等提升光缆的防雷性，将雷电对光缆的危害降到最低[4]。
三、电力系统OPGW光缆新型防雷技术
在电力系统中，OPGW的雷击故障定位与预防功能可以通过一个分布式光纤测温系统来完成。在电力系统中建设这样一个测温系统，OPGW光缆在运行期间的温度变化就会被及时全面地采集起来，然后系统对各项温度数据进行深入分析与计算，将计算结果与系统中预设的数值进行对比，对监测量进行值越限检查以及告警，并且根据不同分区的环境情况以及多种方式对雷击事故进行判断与分析，最终实现对雷击事故的准确定位与预先处理，将雷击事故对整个系统的影响降到最低。
电力系统中的分布式光纤测温系统主要由以下硬件与软件构成：硬件部分分别是电光调制器、脉冲驱动电路、声光调制器、偏振控制器、光纤激光器以及EDFA、光纤环形等。系统主要包含以下几大功能模块：后台服务端功能模块（分别由数据库通讯模块、数据处理模块、数据采集模块）等构成[5]。各模块分别具有不同功能，在系统中承担着不同责任。如数据采集模块主要是采集APD发出的电信号长度、宽度、频率以及密度等数据。数据采集模块以系统服务端发出的参数与指令为依据对各项数据进行采集。采集完信号后，系统中相应的功能模块电信号数据根据拉曼原理的解调算法，还原为光纤与长度定位相关的温度数据，即得到初步的分布式的温度原始数据。这些数据是进行雷击故障定位与雷电故障预防的重要参考依据。
当分布式光纤测温系统处于正常运行状态时，工作人员就能通过该系统掌握OPGW光缆的运行温度数据，能获得温度分布变化轨迹、温度变化记录、温度异常点出现位置以及次数等。从而对OPGW光缆的运行状态做出准确判断，对光缆是否受到雷击影响以及被雷击损坏的部位做出准确判断，然后根据判断结果做出相应的运维与管理决策，让OPGW光缆实现正常稳定运行。
四、结语
综上所述，OPGW光缆是电力系统中非常重要的组成部分，OPGW光缆的防雷性能直接影响系统的运行状态，影响用户用电安全。为此在当前背景下要进一步加大对OPGW光缆防雷接地技术的研究与优化，不断提升OPGW光缆防雷技术水平。同时在系统运行过程中，有关部门或单位要能根据OPGW光缆实际的运行环境以及防雷需求等合理采用传统措施与先进技术对光缆进行防护，使OPGW光缆能够正常稳定运行。