摘要

在電力通信中，OPGW光纜起著至關重要的作用。近年來，二級電站所轄OPGW進站通信光纜頻繁出現遭受雷擊或電網過電壓間隙放電情況，導致OPGW光纜導線斷股纖芯中斷故障，對電站通信業務的傳輸造成了極大的威脅。如何提高OPGW光纜的防雷水平，讓OPGW光纜安全可靠地為電力通信服務，這是值得我們探討的問題。本文從雷擊造成OPGW光纜損壞的機理入手，分析了OPGW光纜斷股的原因，闡述了OPGW光纜防雷水平的改進措施，進一步提出了通過良好接地方式有效提高OPGW光纜防雷水平的方法。

1、引言

光纖復合架空地線（OPGW――OpticalFiberCompositeOverheadGroundWire）兼具通信光纜與地線雙重功能，被安裝在電力架空線桿塔頂部，與ADSS光纜相比，無需考慮電磁腐蝕、人為破壞等不利因素，OPGW以其高可靠性、優越的機械、電氣性能及良好的經濟性和實用性得到廣泛地運用。筆者根據多年的運行維護經驗，就OPGW光纜的防雷接地技術問題與大家交流。

2、雷擊造成OPGW光纜損壞的機理

OPGW光纜在運行中發生外層鋁合金線斷股的主要原因來自兩方面：一是工頻接地短路電流形成溫升造成的;另一個是遭受雷擊時的雷擊電流沖擊而形成的電弧溫升造成的。雷擊時，雷擊電流非常集中，其集中點處的溫度可達到600℃。在此高溫下，若OPGW光纜外層鋁合金絲的熔點與其接近，則必然會發生斷股。雷擊過程的發生，大體上可分為主放電階段和余光階段兩個過程。

（1）主放電階段。雷云中的電荷分布極不均勻，往往會形成幾個電荷密集中心。當密集電荷區的電場強度達到2500―3000kV/m時，先導放電現象發生。此時，其下行的大地電荷將分為負極性和正極性的兩種電荷。雷擊的發生，95%是由負極性電荷引發的，而只有5%是由正電荷引發的。下行先導的雷擊電流約為100A，其中心點的溫度可達3×104℃。

當先導放電通道逐漸下移時，由于空氣中隨機存在的離子團的阻擋，下行負先導在發展過程中會分成數支。當負先導接近地面或架空地線是，地面或架空地線表面將有正電荷聚集。

如果負先導與這些正電荷聚集點間的電場強度超過了其他地方，則雷電的發展開始“定向”發出向上的迎面先導。這些迎面先導與下行負先導中的一支相遇時，就發生強烈的“中和”過程，引發出強度達數十到數百千安的電流。這就是主放電階段。此時，將有閃電和雷鳴發生。主放電階段時間極短，約為50～100/s。放電速度極快，放電時間極短的放電，將引發電弧，其溫度高達600℃。這種高溫可將OPGW光纜外層鋁合金絲燒蝕、熔化或最后燒斷。

（2）余光階段。主放電階段達到云端時就結束了，然后，云中的殘余電荷經過剛才主放電的通道向下流，成為余光階段。由于云中電阻很大，余光階段的電流也不大，約數十安。余光階段的持續時間較長，約為0.03―0.15s。余光階段對光纜基本上無損傷。

3、OPGW光纜接地方式及斷股原因分析

OPGW可能的接地方式與普通地線一樣，包括逐塔接地、分段絕緣單點接地（以下簡稱單點接地）和全線絕緣3種方式。OPGW和普通地線均逐塔接地時，導線電流對OPGW和普通地線產生的互感電壓將在OPGW、普通地線和大地之間形成電流，從而產生一定的電能損耗，其中OPGW和普通地線的電能損耗占了大部分。因此普通地線一般改用單點接地方式減少地，OPGW流。OPGW可采用單點接地方式，此時OPGW中將僅流過很小的靜電感應電流。若OPGW采用全線絕緣，則線路損耗接近零。以一條500kV同塔雙回線路為例，線路總長L為115km，雙回導線逆相序排列并采用L/3+L/3+L/3反向兩次換位，每回線路正常輸送潮流功率約1150MW，最大輸送潮流功率2400MW，電網最大負荷利用小時數6500h，功率因數0.95，對應最大損耗小時數取5000h，平均檔距450m，鐵塔接地電阻10Ω，采用OPGW-145光纜（纜徑16mm、單位長度直流電阻0.3Ω/km）、JLB40-150和GJ-100普通地線，經計算結果表明，OPGW采用逐塔接地方式的電能損耗很大，采用單點接地或全線絕緣方式可大大降低電能損耗。

4、對提高OPGW光纜防雷水平的改進措施及方法

在輸電線路上使用兩根相同的鍍鋅鋼絞線（或鋁包鋼絞線）或鋼芯鋁絞線作為地線已經有幾十年的運行經驗了，很少發現有雷擊斷股的情況發生。然而，大面積使用普通地線配OPGW后的雙地線系統情況就不同了，都是OPGW遭受雷擊以致斷股，而與之配合的普通地線卻相安無恙，因此，有必要對OPGW與普通地線的使用情況做一些比較。

（1）同一線路中普通地線的單位長度電阻總是大于OPGW。

（2）同一線路中OPGW總是全線每基塔直接接地，普通地線按不同情況可以采用不同接地方式，一般除在變電站出線附近外，普通地線側的接地點要少于OPGW側。

（3）從地線到塔身的接地連接方式中，通常OPGW側的連接電阻要小于普通地線側。

架空線的避雷線功能一般有引雷、充當通信通道減小系統潛供電流等，其中最主要和最原始的作用是引雷。由此不難推想，是否因為OPGW的接地通道電阻太小，導致它比普通地線更容易遭雷擊。據統計，90%左右的雷是負極性的。以往的模擬、實驗室試驗、雷擊物理過程的仿真計算以及雷電的光學照片說明，由負雷云向下發展的先導不是連續向下發展的，是一種超長間隙放電。通常的下行負雷擊從雷云下部負電荷中心的某處開始，以階梯先導的形式向地面發展。下行先導從云到地的發展分為觸發先導、自由先導和約束先導三個階段。在觸發先導階段，由于先導離雷云較近而離地很遠，先導的發展主要受雷云電場和先導頭部空間電荷電場的影響;隨著先導的向下發展，由于離雷云和地面都較遠，先導的發展僅受先導頭部空間電荷影響，先導的發展具有相當的任意性，先導的發展曲曲折折，并呈現分支現象，因而成為自由先導階段;隨著下行先導的向地面逼近，地面物體的表面場強逐漸增強，并在某一時刻產生迎面先導放電。當地面目的物理的迎面放電與下行雷先導間形成貫穿型流注時，下行先導的發展受到約束，擊穿成為必然，擊中點被確定。因此OPGW與大地良好接觸，可能就導致了它比普通地線更容易遭雷擊。根據OPGW的接地通道電阻小的情況，也可以推想遭受雷擊后，OPGW比較容易發生斷股的原因。我們以常見的電弧焊工作做一個解釋：在電焊時，被施焊的工件先要接好地線，然后電焊條再去接近工作，當電焊條離工件距離足夠近而且不與工件接觸時，產生電弧，此時熱容量較小者被熔化。注意，但是如果當工件的接地線與工件接觸不良時，往往會發生電焊條與工件很難起弧，直到焊條碰到工件，地線與工件之間產生電弧。這說明電弧發生在接觸電阻相對大的地方。可以推測，因為OPGW的接地通道導電良好，在發生雷擊前，大地與雷電的通道間電阻最大的地方就在OPGW和雷電之間，所以雷擊時電弧則會發生在OPGW表面。

根據以上分析，提高OPGW耐雷水平除了合理選擇OPGW的導線材料以外，更應該注意接地方式，對于雷害比較嚴重且大地電阻率較小的地區，可以考慮在OPGW接地引線和桿塔之間適當留點間隙，以使將燃弧點移到OPGW以外。www.wefgl.com

5、結語

目前，除了根據OPGW受雷擊的原理采取常用的耐雷措施外，還有必要進一步的關注研究分流地線的配合，使之與OPGW具有相同的系統電氣性能以期降低OPGW受雷擊的概率。接地要確保OPGW光纜門型構架引下線與變電站接地網有兩個以上的接地點;另外確保OPGW光纜引下線與門型構架所有金屬體不存在非安裝性接觸點，OPGW光纜外體與所有構架之間至少保持20mm以上的距離要求。對于OPGW的防雷保護，則應從OPGW設計、工程建設、日常運行維護等方面經常關注，以提高通信的可靠性。