CN1050907C - 光电混合传输系统 - Google Patents

Abstract

一种光电混合传输系统，包括由杆塔支撑和在杆塔之间架设的架空电力相导体，和至少一根由杆塔支撑和在杆塔之间架设的光缆，该或每根光缆附装有一可移动地安装的电阻附件，它连接到杆塔的接地部分，从杆塔沿光缆线路延伸，该电阻件的长度和导电性应满足下列要求；如果在电阻件末端处的潮湿的光缆上出现干带现象，在这段干带上的电压差(Vb′)应不足以产生电弧，和/或感应电流应不足以维持干带上可能出现的电弧的稳定。

Description

光电混合传输系统

本发明涉及一种架空光缆，这种光缆沿着输电系统的线路架设在铁塔、线杆或其他用于支撑电力电缆的耸立的支撑物上。

在常规的输电系统中，光缆于地下敷设或架设在铁塔、线杆或其他支持物(以下简称为杆塔)上。当电力线路带电运行时，由于在光缆和电力线之间存在着分布电容，在该光缆上会出现感应的容性电流。当沿光缆流动的电流在杆塔区内达到最大值时，光缆上感应的电压在杆塔之间的杆挡中部达到最大值。在干燥的气候条件下，由于光缆具有较大的纵向的电阻(例如10¹²Ω/m)，感应电流比较小，但是在潮湿的气候条件下，该光缆的表面电阻很小，大约10MΩ/m，于是会流过很大的感应电流。这个感应电流在光缆表面产生的焦耳热可以使一小段光缆表面变干，这一般是指电流最大的那部分杆塔区附近。如果出现上述现象，光缆上的感应电压的大部分下降在这段干燥的光缆上，原因是这段光缆具有较高的电阻，于是发生所谓的“干飞弧”(dry-band arcing)现象，这可能会导致光缆的损坏。

人们通过为光缆提供一条纵向延伸的导电通路来消除上述干飞弧的缺陷。不过，增加这样一个导电通路的光缆的缺点在于：如果它被安装在架空输电线路的支撑杆塔之间，则必须考虑由于这个导电通路碰触带电的输电线之一所带来的安全问题；此外，为安装这种光缆必须使架空输电线有足够的停电时间，而并不是一直可能和希望中断电力传输。

有人建议，例如214480号欧洲专利申请文件中提供了一种带电阻附件和线性电阻值为10⁷～10¹²Ω/m的光缆，然而这种系统的不足之处在于：由于存在老化、污染、电缆张力变形等现象，电阻元件的电特性会逐渐变劣，使其效率降低。

还有人建议，例如403285号欧洲专利申请文件中的光缆在靠近杆塔处安装有一电阻性附件，以降低光缆的电弧和减小焦耳热。不过，这种附件并未解决光缆的干飞弧的问题。

根据本发明，提供一种架空的光电混合传输系统，它包括多个架设在杆塔之上并在杆塔之间敷设的架空电力相导体，和至少一根架设在杆塔上并在其间敷设的光缆，该光缆或每根光缆带有一个可移动地安装在光缆上的电阻附件，它从杆塔上伸出，沿光缆的线路敷设，这个电阻附件在杆塔上是接地的，并且具有在干燥条件下明显大于光缆的纵向导电率的线性导电率，于是通过这个电阻附件可将任何容性感应电流导入大地，这个电阻附件的长度和导电率应设计满足如下要求：如果在电阻附件末端处的光缆上出现干带时，干带段上的电位带(Vb′)应不足以形成电弧，和/或在干带上出现电弧时，感应电流不足以维持电弧的稳定。

本发明的这种系统具有如下优点，它能基本上消除干飞弧现象。这一方面是由于电阻附件使可能发生在光缆上的干飞弧点转移了，即从杆塔移到某个容性感生电流较小之处；另一方面是由于在电阻附件端部的电压升高(由于与相导线的容性耦合和由于其上流过感生电流)能充分阻止任何干飞弧的发生，这个电阻附件相当于在电弧和大地之间的一个电阻器，从而对电弧电流起到限流作用，使其不能维持电弧。此外如果需要时可拆下这个电阻附件，例如其电特性由于老化和/或污染而变劣时，很容易被更换。这种电阻附件最好安装在光缆上，其一端可安在该光缆上，并且从杆塔沿着光缆滑动安装。这种附件和安装方法为其拆除和更换操作提供了方便，即使输电线路带电，也能从杆塔上安全地完成更换操作。因此，当电阻附件放到杆塔上时，可以灵活地卷上去，但其端部是刚性固定在塔上的，其中间部分可滑动地附装在光缆上，能很容易地沿光缆的全长推动。这种附件为棒状，直径可为2～10毫米，优选为4～6毫米，特别是5毫米(例如玻璃增强塑料)，棒体的挠曲系数为20～50GPa，优选为30～45GPa，特别为40GPa。

这种电阻附件优选具有足够的长度，如果在该附件端部的光缆上形成干节区，附件端部的电压上升(由于该附件与相导体的容性耦合和流过该附件的电流的作用)，于是有效地阻止了在干带区形成持续的电弧。因此通过适当选择电阻附件的导电性及其长度，可以减小导致干飞弧的电压值，使其不能维持稳定的电弧，并且可降低电弧电流，使其难以维持。实际上，该附件长度至少应取20米，优选是至少40米，但不能超过100米，尤其是不要长于60米。

电阻附件的长度应掌握在这样的程度，它沿着光缆延伸到光缆挡距间隔的一定比例，例如为挡距间隔的10％～30％，但不能超过光缆杆挡的中部部分。

由于光缆比相导线具有更低的模数和重量，因此在大风条件下，它们比相导体会出现更大的横向偏移，有可能会移入高电场的区域。如果光缆上配有沿其全长敷设的导体或半导体，则会与两杆塔之间的相导体的全长度上的电位出现明显的电位差，其结果是在刮大风时会出现电晕放电。甚至光缆会晃动过于靠近相导体，造成相导体与光缆之间发生闪络，严重时导致电源跳闸断电。

根据本发明，由于光缆的杆挡中部区域在系统中是绝缘的，感应电压可以升高接近相导体电位，于是减少了光缆中档区域处的电晕放电。而且，光缆与任一相导体在杆挡中间区的碰撞将不会产生破坏性电流。

电阻附件应具有线性导电性，在干燥条件下，应明显大于光缆的纵向导电性，最好其导电率至少大于光缆的100倍，于是容性感应电流将通过这个电阻附件而不是通过光缆外壳入地。一般来说，电阻附件的线性电阻不会大于2MΩ/m优选不大于500KΩ/m，最小不低于200KΩ/m，特别不低于300KΩ/m。

用于制作电阻附件的材料是一般制造半导体器件的材料，例如加碳的塑性材料或加碳的无纺带料。制作电阻附件的有利材料是与导电的碳化纤维合成的塑料。这种纤维由聚合物制成，其中部分经过高温分解作用。例如聚丙烯腈或丙烯腈共聚物，其中丙烯腈成分至少为85克分子％，共聚物最多至15克分子％(PAN)。这种纤维中的碳含量为65％～92％，最好少于85％，氮含量为5～20％，优选在16～20％之间。市场上流通的由英国的Heaton Norris，stockport，cheshire的R.K技术工程有限公司出品的碳化纤维束很适用于本发明中的电阻附件。

根据本发明的另一方案，所提供的电阻附件可移动地安装在光缆上，并在杆塔之间自由地延伸，光缆与电力线组合构成混合光电传输系统，这种电阻附件包括多个位于光缆上用于支撑的部件，使电阻附件可沿光缆滑动，该电阻附件的长度和其导电率应设计满足如下条件，即如果干带现象出现在处于电阻附件端部的光缆上，这段干带上的电位差应不足以形成电弧，和/或在这段干带上出现电弧时，感生电流不足以维持电弧。

下面将参照附图以举例形式说明本发明的一种传输系统。

图1是表示常规的存在分布电容的全绝缘光缆和电力输电线路的示意图；

图2是在干燥条件下光缆上感应电压和电流的图示法曲线；

图3是在潮湿条件下光缆上无干带时的感应电压和电流的图示法曲线；

图4是已形成一干带时常规的光缆的示意图；

图5是本发明的配装有适当的电阻附件的光缆的局部示意图；

图6表示本发明的输电系统的感应电压和电流曲线。

参见相关的附图，图1表示常规的“全绝缘自支撑(ADSS)”式光缆1，它架设在一对杆塔之间，在这对杆塔上还架设有电力电缆2。这种ADSS光缆1通过金属接头或配件4架设于杆塔上，并经过杆塔接地。在这种系统中，光缆1和只示出了一导体2的相导线之间存在分布电容，图中以集总电容C1表示，而且光缆1和地之间存在分布电容，图中以集总电容C2表示。此外，光缆具有较大的电阻，但其纵向电阻值是有限的，图中用R表示。

在干燥条件下，光缆上出现的感应电压(Vd)和电流(Id)的曲线示于图2中。感应电压在杆挡中部区域达到最大值，一般在400KV的输电线路上感应电压最高可达30KV，而在杆塔处的地电位处，感应电流显然达到最大值，例如可达100微安。但在潮湿条件下，光缆的纵向电阻明显减小，于是如图3所示，光缆上出现的最大感应电压(Vw)变低，而感应电流(Iw)明显变大，一般可达0.1～10毫安。

在这些条件下，如图4所示，在杆塔上接头4附近的光缆1上可能会形成一般为50毫米长的干带段6，这是由于光缆表面上的水因焦耳热而蒸发所形成。于是几乎全部感应电压在这段光缆两段突然下降，导致电弧在此段上出现，极有可能损坏电缆套。要激发电弧必须具备足够大的电位差，其前提是要有足够大的电流维持这个电弧(0.5毫安数量级)。

图5表示本发明的光电混合传输系统中杆塔10的局部的示意图，其中包含一条全绝缘光缆1，它架设在杆塔上的光缆接头4上。沿着光缆每400毫米设置一个线夹14，多个线夹将一根半刚性的棒状电阻附件12固定到光缆上。这根棒一直贴到杆塔10上，沿垂直方向延伸，到达杆塔某处后弯曲到平行于光缆1的方向，这个附件是靠线夹14固定到光缆上的。电阻件棒体应具有足够的柔韧性，以便能在杆塔上弯曲，而且它还应具有一定的刚度，以使其能沿图中箭头所示方向沿光缆全长从杆塔拉伸，当每个线夹14在光缆上大致就位后，电阻附件应完全沿光缆相应架设。这些线夹可以是导电体或半导体，也可是绝缘体，因为电阻附件12与光缆1电容耦合的程度远远超过与相导体电容耦合的程度。电阻附件12全部展开敷设完后，它实际上与光缆接头4是相连接的，以使其邻近端部接地。如果要拆除上述电阻附件，步骤只需与上述相反即可。

当电阻附件敷设到杆挡中，其内流过的电流将流入地下，为此要求在该附件和地之间存在接地通路，它位于杆塔上附件的某点处，但应位于安装人员在杆塔上操作时接触不到的位置。

图6表示本发明的系统的杆塔10，光缆1的一部分从杆塔10向杆挡的中点延伸。为使说明清楚简要，省略了该系统中的其它部件，例如相导线等。另外，图中还以相同的水平标尺图示了本发明的和已有系统的容性感应电压和电流。

在潮湿条件下，感应电压Vw朝着杆塔的方向下降，而感应电流朝着杆塔的方向上升，作用方式与图3相同，于是在已有系统中邻近杆塔处的光缆上产生焦耳热和形成干带现象(图中点A)。一旦干带已形成，全部感应电压Vb都下降到这段干带两端上，于是感应电压具有形式Vwband′，它促使电弧生成。一旦已形成电弧，电压分布回到曲线Vw，而且在A点的较大的感应电流值(曲线Iw)使该电弧得以维持。

在潮湿条件下，本发明的传输系统的感应电压和电流具有相同的形式(Vw和Iw)。如果在邻近杆塔的光缆上形成干带现象，电阻附件的存在限制了干带两端的压降，使其低于形成电弧所需的值(1mA，500KΩ/米，压降仅为50毫米两端25伏)。但是，在超出电阻附件端(点B)的地方可能还会出现干带现象，因此感应电压分布变为曲线Vwband′。在这种情况下，这个在电阻附件的端部之外的干带区两端的压降Vb′明显地小于Vb，原因在于，由于电阻附件和相导体之间存在着电容耦合和感应电流流过该电阻附件，使电阻件端部的电压VSE明显增大(例如10KV)。不仅超出电阻附件端的干带上的压降变小，而且点B处的感应电流Iw明显小于点A处的值，于是该电流难以维持电弧。如果合理选择电阻件单位长度的电阻值，能够避免产生焦耳热。例如500KΩ/m和1mA所提供的0.5瓦/米的功率不能使电阻件发热或使光缆的温度变干。于是形成了干带现象的正反馈，当干燥过程中阻抗增大，避免了干带的形成。这是本发明的一个附带的优点。

电阻附件是与光缆分开架设的，并且不在光缆护套下面，这样以利其散热。如此分开布置可减小焦耳热的影响，并且允许流过大电流，而不会产生有害的热效应。

举例说明，在一条400KV电力输配电系统中，使用L6杆塔，其上分ABCABC各相对称地架设双回路，电缆推荐架设ADSS电缆，在底部四个相导体之间的中间，ADSS电缆在杆挡中点的电压可达35KV，这个电压可用于形成干飞弧。考虑环境污染因素的存在，电缆的表面电阻取500KΩ/米，其中流过2.5mA的感应电流，足以形成稳定的干飞弧和使电缆劣化。然而，本传输系统还包含一条50米长的电阻附线，具有300KΩ/m的线性电阻，在电阻附件端部处用于形成干飞弧的电压(Vb′)已降至19KV，电流为0.8mA。如果电阻附件的线性电阻值取为400KΩ/m，压降Vb′则变为16KV，感应电流为0.6mA。如果电阻附件的线性电阻值取为500KΩ/m，则电压降变为13KV，感应电流为0.5mA。

Claims (8)

1.光电混合架空传输系统，包括多根由杆塔(10)支撑和在杆塔间敷设的架空电力相导体(2)，和至少一根由杆塔支撑和在杆塔间敷设的光缆(1)，该或每根光缆上配装有可移动地安装的电阻附件(12)，它连接到杆塔的接地部分上，并从杆塔(10)伸出，沿光缆的线路敷设，这个电阻附件长度为至少20米，线性电阻值为200KΩ/m-10MΩ/m。

2.根据权利要求1的系统，其中，电阻附件(12)的长度至少为30米。

3.根据权利要求1或2中一个的系统，其中，电阻附件(12)的长度不大于60米。

4.根据权利要求1的系统，其中，电阻附件(12)可以这样安装：将其一端装到光缆上，然后从杆塔上沿着光缆线路滑动推动电阻线。

5.根据权利要求4的系统，其中，电阻附件包括多个将电阻线配装到光缆上的装置(14)，这些装置能使电阻线沿光缆滑动。

6.根据权利要求1的系统，其中，电阻附件(12)为线性电阻，在潮湿条件下，其电阻值小于光缆的线性电阻值。

7.根据权利要求1的系统，其中，电阻附件的线性电阻值为300～500KΩ/m。

8.一种电阻附件(12)，它可移动地安装在光电混合传输系统的光缆(1)上，由杆塔(10)支撑，并在杆塔间自由伸展架设，这个电阻附件包括多个将其配装到光缆上的装置(14)，这些装置使电阻附件可沿光缆滑动，电阻附件应具有长度为至少20米，线性电阻值为200KΩ/m-10MΩ/m。

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