CN1743861A - 光纤复合架空地线“c”电流雷击试验系统 - Google Patents

Abstract

一种光纤复合架空地线的“C”电流耐雷击试验系统，属于电力系统通信技术领域。包括：固定OPGW试样的机械装置，OPGW雷击试验源，控制单元，电测量单元，光测量单元，电极以及连接电路；雷击试验源发出试验所需的雷击电流，通过放电电极施加到OPGW试样上；控制单元用于控制电极快速触发放电并维持电弧的续流保持设定的时间；电测量单元用于测量雷击连续电流并换算为转移电荷量；光测量单元当中的光功率计测量光衰减；雷击试验源通过放电电极施加连续电流“C”电流，燃弧持续时间大于0.5秒。“C”电流的幅值为100～400安培。本发明的电流回路和时间控制回路简单，不需要触发电弧的大电流或者电压，降低了试验成本及难度。

Description

光纤复合架空地线“C”电流雷击试验系统

技术领域

本发明涉及电力系统通信技术领域，尤其是一种电力特种光缆光纤复合架空地线(OPGW)的“C”电流耐雷击试验系统。

背景技术

光纤复合架空地线(OPGW)是集光纤通信功能与输电线路避雷功能于一体的复合架空地线，是电力特种光缆的一个重要发展方向，随着电力系统光纤通信网络的建设，光纤复合架空地线(OPGW)开始被大规模采用。但是由于过去对于光缆雷击的试验标准、光缆设计、生产等方面的原因的重视不足，造成光纤复合架空地线(OPGW)的耐雷击性能质量低下，因而运行中的OPGW遭雷击现象越来越严重。

90年代以来，运行中的光纤复合架空地线(OPGW)遭雷击的事故时有出现，涉及到的国家有：日本、巴西、美国、瑞士、德国等。近年来，我国也出现了光纤复合架空地线(OPGW)雷击断股现象。例如，2000年11月至2001年2月，有关部门对湖北省265公里的550kV双南线(双河-南阳)进行的验收检查中共发现六处OPGW遭雷击断股现象，最大损伤是OPGW铝合金线外层断股7股；浙江省500kV天瓶线1998年投产以来，线路从1999年发现断缆开始，以后每年都有断股现象发生，其中最严重的是2002年9月外层AA线断10股；华北地区500kV源安二回线保定段OPGW，2003年7月19日，雷击造成6股完全断股，另外1股有两处受伤，1股完好，而且24芯光纤全部断裂；广东省500kV江茂乙线，2002年5月，首次发现1处断4股；以后每年都有断股现象发生；河北南部电网廉州-沧西500KV线路OPGW，在2003年10月-2004年7月不到一年的时间里，曾遭受过两次较大的雷击断股事故。因此，在国内，随着OPGW在电力系统的广泛使用，OPGW遭雷击现象也日益受到关注，而有关光纤复合架空地线(OPGW)耐雷击性能的研究也日益受到业界广泛重视。

电力架空光缆是与电力导线同塔架设的，电力线路走廊经过的地形地貌相对比较复杂，而且安装在架空输电线上部的架空地线可以作为避雷线保护导线免受雷击损坏，所以它较易受雷击。我国是个多雷害国家，当雷击能量极大时候，受到雷击的架空地线可能会发生部分股线断裂的情况。尤其是，当这些导线所通过的地区经常发生能量极高的雷电和单位面积落雷密度很大时，就需要提高架空地线的耐雷水平，以便提高输电系统的可靠性。而光纤复合架空地线(OPGW)不仅具有地线的功能，而且兼备光通信的功能，因此它的可靠性显得越来越重要，必须通过耐雷击试验来考察OPGW的耐雷水平，即在年雷暴日多的地区采用通过耐雷击试验级别高的OPGW。

耐雷击试验是判断OPGW耐雷水平的最直接有效的方法，它可以：确定产品是否可以满足工程现场要求，为工程设计提供依据；为研制新型、高耐雷水平的光纤复合架空地线提供依据和试验参数；发生雷击事故，导致OPGW线路故障时，进行事故责任认定。

2003年以前，由于试验设备的原因，国内还不能进行合格的OPGW耐雷电冲击模拟试验，国内产品需要做该项试验时，通常只能将样品送到国外，支付高额的试验费，由国外试验室来完成该项目试验。随着OPGW在国内的广泛使用和许多国内厂家OPGW生产线的纷纷上马，建立国内自己的OPGW雷击试验系统已经迫在眉睫。

自然界中的雷电放电基本上包括两种最基本的电流形式：脉冲冲击电流和长时连续电流，这两种电流形式对光缆的损坏是不同的。

脉冲冲击电流的特点是：电流峰值大(大约为几十到几百千安)，但持续时间短(约为几百微秒)。因此，脉冲冲击电流引起的熔化金属的熔斑的面积大(通常宽度为几厘米)，但是熔斑的深度浅(为零点几个毫米)，所以对OPGW的伤害较小。长时连续电流大致为直流电流，它的幅值低(大约为几百安)，但是持续时间长(约为几毫秒到零点几秒)。因此长时连续电流的熔斑的面积小(通常宽度为一厘米)，但是熔斑的深度很深，甚至会导致OPGW的股线熔化断裂。总结以前所进行的许多试验认为：长时连续电流是引起OPGW光缆熔化的主要原因。

一般来说，雷击试验的结果应该尽可能地接近自然界中实际的雷电所造成的破坏情况，能够代表实际雷电和它的破坏效果。只有这样，当光缆能满足公认标准的要求时，它们就能够承受自然界雷电的冲击而正常运行，同时光缆的性能没有降低或变化较小。

根据IEC60794-4-1标准附录F中对高电压电力线的光纤复合架空地线(OPGW)的规定，提出了雷电流由四部分构成的雷击测试方案。这四部分包括：

(1)初始冲击：称为″A″电流。初始冲击模拟雷电的第一次放电。它的上升时间少于25μs，脉冲持续时间少于500μs，峰值为120kA±10％。

(2)中间电流：称为″B″电流。这是一个呈指数衰减的波形，其电流平均值为2kA，脉冲长度少于5ms。转移电荷为10C。

(3)连续电流：称为″C″电流。连续电流的持续时间长、电流幅值低。用户决定连续电流的幅值、持续时间和转移电荷量的大小。在大多数情况下，用户将持续时间指定为50～500ms，将电流幅值设定为100A～1kA，将转移电荷设定为20～200库仑。

(4)再冲击：称为″D″电流。再冲击是模拟雷电的二次闪击。其峰值为100kA±10％，持续时间少于500μs。

根据上面的分析，本发明最终采用了第三种方案，即长时连续电流“C”电流方案。目前已经过多次试验证明，完全符合模拟雷击试验的要求。并且“C”部分电流就可以保证转移电荷大小。

经过国电信息中心的电力科技查新，对国内外相关数据库及有关网站进行了联机检索，并对国电信息中心的馆藏最新相关期刊进行了手工检索，共检出密切相关文献8篇。通过比较分析可以看出，光纤复合架空地线(OPGW)的“C”电流雷击试验系统在国内外未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种光纤复合架空地线“C”电流雷击试验系统，可应用于检测光纤复合架空地线(OPGW)电气性能的耐雷击性能，适用于光缆厂家的光纤复合架空地线(OPGW)新产品设计及某型号的型式试验，为满足现场要求的工程设计提供依据，还可适用于现场产品质量的抽检，以及发生雷击事故时的责任认定等方面。

本发明所采取的技术方案是：一种光纤复合架空地线(OPGW)“C”电流雷击试验系统包括：固定OPGW试样的机械装置，OPGW雷击试验源，控制单元，由电测量单元和光测量单元所组成的测量单元，电极以及连接电路；其中光测量单元包括光源、光功率计及光纤回路。

雷击试验源发出试验所需的雷击电流，通过放电电极施加到OPGW试样上；

控制单元用于控制电极快速触发放电并维持电弧的续流保持设定的时间，保证放电电荷量满足标准的要求；

电测量单元用于测量雷击连续电流并换算为转移电荷量，直流电流探头设置在接电极的电缆线上，利用霍尔效应测量电流，并且转换为电压信号由示波器测量；

光测量单元中的光功率计连接在OPGW试样的任一端，以测量光衰减；

放电电极加到OPGW试样上的电流是连续电流“C”电流，燃弧持续时间大于0.5秒。

连续电流“C”电流的幅值为100～400安培。

由于采用了上述的技术方案，本发明具有的技术效果是：与国内国外此类试验方法相比较，此方案的电流回路最简单、时间控制回路最简单、不需要触发电弧的大电流或者电压，大大降低了试验成本及试验难度。这种方案是非常行之有效的，而且是最为简捷的方案。

附图说明

图1是本发明一种光纤复合架空地线“C”电流雷击试验系统的电气原理图。

图2是本发明一种光纤复合架空地线“C”电流雷击试验系统的固定OPGW试样的机械装置构造原理图。

图3是本发明一种光纤复合架空地线“C”电流雷击试验系统的150C试验雷击连续电流波形图，光缆外层单丝断股数为5股。

图4是本发明一种光纤复合架空地线“C”电流雷击试验系统的100C试验雷击连续电流波形图，光缆外层单丝断股数为3股。

图5是本发明一种光纤复合架空地线“C”电流雷击试验系统的50C试验雷击连续电流波形图，光缆外层单丝断股数为1股。

具体实施方式

下面结合附图具体描述本发明。

参见图1，表示了本发明的电气原理图。本发明的一种光纤复合架空地线(OPGW)“C”电流雷击试验系统包括：固定OPGW试样的机械装置，OPGW雷击试验源，控制单元，电测量单元，光测量单元，电极以及连接电路。

雷击试验源发出试验所需的雷击电流，通过放电电极施加到OPGW试样上。

控制单元用于控制电极快速触发放电并维持电弧的续流保持设定的时间，保证放电电荷量满足标准的要求。

电测量单元用于测量雷击连续电流并换算为转移电荷量；其直流电流探头设置在接电极的电缆线上，利用霍尔效应测量电流，并且转换为电压信号由示波器测量；电流通过导线引起导线周围电磁场的形成，电流探头感应这一场的强度，并且转换为电压信号由示波器测量。测量时，只要将电流探头夹在接电极的电缆线上即可。

光测量单元中的光功率计连接在OPGW试样的任一端，以测量光衰减；放电电极加到OPGW试样上的电流是连续电流“C”电流，燃弧持续时间大于0.5秒。连续电流“C”电流的幅值为100～400安培，不需要点火回路的电流(电压)。

参见图2，表示了一种光纤复合架空地线“C”电流雷击试验系统的固定OPGW试样的机械装置构造原理图。在固定OPGW试样的机械装置当中，OPGW试样9通过两端的固定夹具3和绝缘子2固定在测试装置的支架上，绝缘子2与支架之间设有拉力计7和紧线螺丝1，在两个固定夹具3之间连接有对称接地导线4，钨铜电极5固定在OPGW试样9上方并与点火金属熔丝6连接，钨铜电极5与OPGW试样9之间为电极与光缆表面间隙8，光功率计11与OPGW试样9的一端相联。

雷击试验用以评定OPGW承受规定雷电冲击时OPGW的性能和光纤的光学特性。试验在一段长度不小于1m的OPGW试样的中点上进行，试验光纤的最小长度为100m。

施加在OPGW试样上的拉力为(15％～25％)RTS。OPGW初始温度应设置在(23±5)℃之间。在同一试样的不同点上应模拟重复试验5次。

根据OPGW结构特性不同，测试参数应依据表1在0级到3级之间选择，由用户和制造厂商之间根据当地气象条件协商确定。

表1 被试样品上施加的电流、持续时间及转移电荷量对应表

	0级	1级	2级	3级
					电流	100A	200A	300A	400A
持续时间	0.5s	0.5s	0.5s	0.5s
					转移电荷	50C	100C	150C	200C

试验完成后，单模光纤在1550nm波长下的附加衰减不大于1.0dB；如果发现任何单线断裂，应计算OPGW其余未断股线的残余抗拉力，若其残余抗拉力小于75％RTS，应判为不合格。

参见图3-图5，分别表示了OPGW雷击试验连续电流波形图：

型号规格：OPGW-140

试验标准：DL/T 832-2003

试验级别：150C、100C、50C

其中，试验结果见表2，连续电流波形图。

表2 试验结果

试验级别	连续电流	持续时间	转移电荷量	外层断股数	附加衰减
						150C	300A	572ms	152.1As	5	0.00dB
100C	200A	560ms	103.2As	3	0.00dB
						50C	100A	604ms	47.73As	1	0.00dB

在这种方案中，其主要特点就是放电电极加到光缆上的电流仅仅是持续电流“C”电流(幅值为100～400安培，持续时间为0.5秒)，不需要点火回路的电流(电压)，只需正确使用适合的引弧丝，掌握好电极与样品的间距即可。这是与其它方案最主要的差别。

此方案的关键问题是，确保燃弧持续时间大于0.5秒。经过研究设计，此方法可使燃弧持续时间在0.1s～2.5s范围内连续可调。

Claims (5)

1、一种光纤复合架空地线(OPGW)“C”电流雷击试验系统，其特征在于：包括固定OPGW试样的机械装置，OPGW雷击试验源，控制单元，由电测量单元和光测量单元所组成的测量单元，电极以及连接电路；

雷击试验源发出试验所需的雷击电流，通过放电电极施加到OPGW试样上；

控制单元用于控制电极快速触发放电并维持电弧的续流保持设定的时间，保证放电电荷量满足标准的要求；

电测量单元用于测量雷击连续电流并换算为转移电荷量，电测量单元的直流电流探头夹在接电极的电缆线上，利用霍尔效应测量电流，并且转换为电压信号由示波器测量；

光测量单元包括光源、光功率计及光纤回路，其中光功率计连接在OPGW试样的任一端，以测量光衰减；

放电电极加到OPGW试样上的电流是连续电流“C”电流。

2、根据权利要求1所述的一种光纤复合架空地线(OPGW)“C”电流雷击试验系统，其特征在于：所述的连续电流“C”电流的幅值为100～400安培，燃弧持续时间大于0.5秒。

3、根据权利要求1或2所述的一种光纤复合架空地线(OPGW)“C”电流雷击试验系统，其特征在于：在固定OPGW试样的机械装置当中，OPGW试样(9)通过两端的固定夹具(3)和绝缘子(2)固定在测试装置的支架上，绝缘子(2)与支架之间设有拉力计(7)和紧线螺丝(1)，在两个固定夹具(3)之间连接有对称接地导线(4)，钨铜电极(5)固定在OPGW试样(9)上方并与点火金属熔丝(6)连接，钨铜电极(5)与OPGW试样(9)之间为电极与光缆表面间隙(8)，光功率计(11)与OPGW试样(9)的一端相联。

4、根据权利要求3所述的一种光纤复合架空地线(OPGW)“C”电流雷击试验系统，其特征在于：试验在一段长度不小于1m的OPGW试样的中点上进行，试验光纤的最小长度为100m。

5、根据权利要求3所述的一种光纤复合架空地线(OPGW)“C”电流雷击试验系统，其特征在于：施加在OPGW试样上的拉力为(15％～25％)RTS；OPGW试样的初始温度设置在(23±5)℃之间。

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