复合光缆架空地线(OPGW)的有关电气计算方法

１９９５年第４期　·４ｉ·　⑥　柙　文摘复合光缆架空地线（ＯＰＧＷ）的　有关电气计算方法　山西电椭测设计院　皋文运用节点电压法更为精确地推导复合光缆架空地线（ＯＰＧＷ）中短路　：　电流分流计算的方法，并提出根据０ＰＧｗ的各组件参数综合考虑其热稳定电流计　算。　计算过程进行了推导和分析，以期为ＯＰＧＷ　１前言　在实际工程中的选型提供一套完整的计算方　法。’　复合光缆架空地线（ＯＰＧＷ具有通信　容量大，不受电磁干扰影响等特点，在电力系　统中被广泛地推广使用。ＯＰＧＷ除具备一般　架空地线保护导线免遭雷击的作用外，还应　保证在线路发生短路事故时，流经其中的短　２　ＯＰＧＷ短路电流分流计算　由ＯＰＧＷ和另一根架空地线组成的地　线网络如图１所示，其中第　Ｋ塔发生单相　路电流不致造成光纤传输特性的损坏。本文　对ＯＰＧＷ短路电流分流及其热稳定电流的　接地短路，短路点两侧导线中短路电流分别　为Ｉ　Ｉ。２。　２…　Ｋ一　ｌ　Ｋ　Ｋ＋　１…Ｎ一　２　Ｎ－－　１　１　图１　图中第　ｉ～　１与第　ｉ之间Ｚ　为ＯＰＧＷ　与另一根地线的综合自阻抗，ｚｍｔ为地线支路　与导线之间综合互阻抗　一　各为两塔的　接地电阻，ｘ　、　为两侧变压器阻抗。　各挡地线支路中短路电流Ｉｉ可甩节点　电压法，根据已知的Ｉｏ　和Ｉｍ导出各杆塔对　地电压ｕｉ后导出。这里需要说明的是；　于：导线中的短路电流实际上是经过由地线、　杆塔组成的网络后，通过变压器又返回到导　线中。使用地线网孔法，只能人为地将线路两　侧龙门架接地电阻（图１中　和ｒ　）取为零　值。而此电阻数值的大小在一定程度影响　ＯＰＧＷ截面选择的经济台理性。而采用节点　电压法可将此电阻的影响真实地反应出来。　ｂ．短路电流在地线支路中产生的互感　电势可等枧为联于两塔之间，与地线支路自　ａ．本方法与一般在求导地线对导线的屏　蔽系数对采用的地线网孔电流法的区别在　维普资讯 http://www.cqvip.com

·４２·　山西电力技术　１　９９５年第４期　阻抗并联的电流源，电流源数值等于短路电　个由短路点上引出，注入线路端点的电流源　流乘上导地线互感抗与地线自阻抗之比。处　（如图２），图中￡一ｚ　／ｚ　，ｚ　ｍ、五分别为单位　于同一倒导线短路电流影响的各挡等价互感　长度导线与地线Ｉ之间互感抗及地线自阻抗。　电流源数值相等，方向相同，可串联合并为一　Ｅ１”　Ｅ１¨　ｃＩｏｊ　Ｉ口　／琶～、　—　ｚ．　ｆ　＋１　Ｘｌ　一＿＝　＝ｊ　ｒ，ｌｌ　Ｆ￣－－Ｉ　ａ　』…．　图２　２·１．计鼻　设各杆塔对地电压为Ｕ。、Ｕ　……Ｕ　，各　｝ＬＴ（Ｕ．一ｕ一）去扎　Ｚｍ　ｉ≤ｋ　地线　路中的短路电流为Ｔ　、Ｉ　……Ｌ，根据　节点电压法可列出下式：　ｉＩｉ：（ｕ．．ｕ＋Ｉ）　＋Ｉｏ　ｉ＞ｋ　，Ｕ。（　＋去）－Ｕ１去．Ｉｏ　ｃ　Ｉ¨　式［１］为标准的三对角矩阵方程，可应　用ＬＵ分解法叠代求解。但应用式［Ｉ］和式　Ｉ—ｕ。去＋ｕ　（　＋　１＋　１）　［Ｉ］对各支路电流分布情况进行分析则缺乏　ｌ　—ｕ　去：ｏ　针对性。故有必要对图１中的Ｎ个网孔自两　端向短路点合并化简，以推导出具有代表性　的结论，同时亦推导出不必进行矩阵叠代的　ｊ—ｕ　一：ｚ－￣＿＋ｕ．－ｌ（１＋　１　１）　求解方法。　　‘Ｉ　－Ｕ　去＝。　如图１所示第一挡由ｒ０、ｚ　和ｒ　组成的　网孔；可经△一Ｙ变换与第二挡的ｚ　、ｒ　合　ｌ—ｕ　一，去＋ｕ　（　＋　１＋　１）　．　并成一新的网孔，合并过程如图３所示；　ｃＩ］｛一ｕｋ＋　１一（１０　）（１一　）　图中：ｚｌ一　Ｉ—ｕ　五１十ｕ－＋＾ｉ１　＋　１　＋　１　）　ｚ　丽ｒｏｒｌ　［ｍ］　Ｉ　新的网孔以同样方式与第三、第四直至　｛＿Ｕ一去＋ｕ—ｃ　＋去　第ｋ－－１档合并，则：　Ｊ＋去）Ｉｕ去＝。　，　一（ｚｌ一】＋Ｚ　）·ｒ　ｌ—ｕ—Ｕ　（　＋　１）　ｚ：一　［Ⅳ）　【　（　厶，　一（Ｚ：一　＋Ｚ　）·　维普资讯 http://www.cqvip.com

１９９５年第４期　山西电力技术　·４３·　同理从线路另一侧由　Ｎ塔向　ｋ＋ｌ将　（Ｎ－－ｋ－－１）个网孔化简，两侧经化简后地线　支路构成如图４所示　ＩＩ口１哿　五’　一＾　ｌ一一１　＾　反比。当短路发生在终端塔时，对于进线档来　说，一方面近端变电站流来的短路电流相当　争　大，另一方面由于变电站的接地电阻和进线　『ｌｘ　档地线阻抗较小，使远端变电站的短路电流　分入的比例较大，此档地线中分流达到最大　值。　ｂ．式［ＩＶ］中囤４　ｚ；／ｚ：一　＜１，随着化简过　程的延续，Ｚ￣－－）ｏ则ｚｌ：（Ｚ一　＋Ｚ　）／／ｆｉ可　甩地线综合自阻抗及杆塔接地电阻的平均值　图４中设Ｒ　一Ｚ：一　，Ｒ：一ｚ　＋：．ｚ　一ｚ　一　＋ｚｋ，ｚ２一Ｚ　２＋ｚ　＋１　ｚ、ｒ代替，即　一ｏ．５Ｚ（一１十√（１＋　））　，厂——■一　则图中短路杆塔左侧地线支路中短路电　流分流Ｉ　如下式　Ｉ　一　３ＯＰＧＷ热稳定电流计算　迅速切除故障线路，减少事故范围，对保　（Ｒ】＋ｚ　·　）·（　＋Ｒ　＋ｚ。）＋ｎ（Ｒ？＋ｚ。）　证系统稳定运行是致关重要的。考虑到短路　】）（ｒ一ｋ＋Ｒ２＋ｚ：）＋　（Ｒｚ＋ｚ２）　电流作用时间投短，流经ＯＰＧＷ时所产生的　热量不向外散发；而全部转换为ＯＰＧＷ的温　升，则ＯＰＧＷ中的电热转换关系如式［Ⅵ］所　·１０　ｈ·ｚ。＜１一　）　十　干　再　“　［Ｖ］　示：　０．２４·Ｉ。·Ｒ·ａ·△ｔ＝ｍ·Ｄ·Ｉｎ　同理可推导出与［ｖ］式中变量对称的另　（　塑　二　）　１＋ｑ（ｅ１—２０）　［Ⅵ］　侧地线分流Ｉ　的表达式。　式中：Ｉ——短路电流，Ａ　Ｒ——导体２０＂（２的电阻，立／ｍ　２．２讨论　ａ．由式［ｖ］可得，由于ｚ　与ｚｌ在效量级　上相差不大，Ｉ　中基本上包括了同侧导线中　导体电阻温度变化系数，Ｉ／℃　△ｔ——短路电流作用时间，ｓ　０。、ｅ　——导体起始、最终温度，℃　（下转第４７页）　短路电流ｌ　的绝大部分，另一侧导线中短路　电流所占的比例与地线支路阻抗Ｚ　＋Ｒ－成　维普资讯 http://www.cqvip.com

１９９５年第４期　山西电力技术　·４７·　设备所存在的重大问题作了技术改造工作。　ｂ．大机组投运的初期，由于各方面的原　在大修中，对设备、系统全面检修，对于存在　因，必然会存在许多问题，在这一阶段要以查　的重大技术问题得到了基本解决。从可靠性　清设备问题及积累运行经验，解决机组存在　数理统计分析可知，　１机组同前已从早期故　的问题作为生产过程的主要任务，这对于缩　障期过渡到了偶发故障期，完成这个过渡仅　短早期赦障期大有益处。　用了两年多时间，稳定的速度相对来说还是　ｃ．机组公用系统及主要辅机的可靠性对　比较快的。神头二电厂　１机组的稳定过程可　于机组稳定运行影响甚大，从机组的基建阶　以给我们提供以下的启示：　段到投入运行后都应给予高度重视。　ａ．大机组的稳定运行是一个系统工程，　ｄ．搞好机组投运以后第一次大修至关重　从设计、设备制造、安装、调试、生产准备等各　要。要从检修项目、技术方案、旅工组织、质量　个方面都必须严格把关，才能给机组稳定提　验收等方面严格把关，做到修后机组能符台　供良好的基础。　“双达标　要求。　（上接第４３页）　ｍ——导体比热，Ｃａｔ／℃·ｇ　导电卓百分　昭铜截面拄　电阻卓　电阻温度变化　Ｄ——导体密度，ｇ／ｃｍ　（立ｍｍ／ｍ）　系数（１／℃）　ｓ——导体截面积，ｍｍ　ｚ０￣　０．３３３　ｏ．０８４８０　ｏ．００３６　３０　’　０实际上，ＯＰＧＷ的导电部分一般由铝套　７５４　ｏ．０５７４７　ｏ．００３８　４０　１．６３２　ｏ．０４３１０　Ｏ．ｏｏ　管、铝合金或铝包钢外绞线等组成，在计算中　还需注意：　ａ．由于ＯＰＧＷ的不同材料的电阻和热　４小结　容量不同，应先求出保证光纤正常运行（一般　为１６０　～１８０￣Ｃ）的光纤铝套管电流，再以电　ＯＰＧＷ选型中短路电流分流的最大值　阻反比分配求得在其它组件中的对应电流　般当终端塔短路时在进线档中发生，可用　值，并检验各组件温度是否超过影响其机械　节点电压法或网络化简法进行求解·计算　强度的允许温度（一般铝为３００℃，铝包钢为　ＯＰＧＷ允许热稳定电流时，应根据ＯＰＧＷ　８００℃）　各组件中的电阻、热容量等参数，求出各自的　温升。　’　ｂ．对于铝或铝合金线占绝大部分的　ＯＰＧＷ，可忽略其中钢部分的分流，相反对　参考文献　于铝包钢占比例较大的ＯＰＧＷ，主要载流功　１　Ｒ．Ｃ．ＭａｄｇｅｔＳ．Ｂａｒｒｅｔｔ　ｏｍｄ　Ｇｒａｎｄ．Ｐｅｄｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　Ｏｐ－　能将由铝包钢承担，其作用不能忽略。铝包钢　ｔ　ａｌ　Ｇｍｕｍｄ　Ｗｉｒｅｓ　Ｉ：）ｕｒｉｎ￣Ｆａｕｌｔ　Ｃｌ１ｒ｜ｅｎｔ　Ｔ　ｔ‘．ＩＥＥＥ　线由于铝钢两部分接触紧密，可视为同步温　Ｔｒｏｍｓａｃｔ￣ｎ　０ｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｅｌｉｖ￣，１９８９ｌ３　升。铝包钢的导电性能通常用其导电率占铜　２陈金明．光缆架空照线线辟短路电流分布的计算．电力　导电率的百分比来表示，接ＩＥＣ标准几种常　技术，１９８９－６　用铝包钢线的参数如下表：　３衰季修．盛合乐．架空地线光纤截面的选择．超高压输变　电技术，总１９２号