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ADSS光缆的电腐蚀故障和控制

发布者:新华区德宇通讯器材经销部发表时间:2021-04-06
1. 前言
  在我国大面积推广应用ADSS光缆的过程中,无论是进口还是国内生产的产品,在安装和运行中出现了一些故障案例甚至发生了断缆,不免令人担忧并产生了困惑和疑虑。
  大部分的ADSS光缆用于老线路通信改造,安装在原有的电力杆塔上。ADSS光缆对原有的电力杆塔是一种“添加物”,而原有的杆塔在设计时并不考虑有任何其他物体的添加。因此,ADSS光缆只能适应原有的杆塔条件,尽量去寻找有限的安装空间。
  这些“空间”主要包括:杆塔强度、空间电位强度(与导线的间距和位置)和与地面或交越物的间距。
  一旦这些相互关系失配,ADSS光缆就容易出现各类故障,其中最主要的是电腐蚀故障。
  2.电腐蚀的主要模式
  统称为电腐蚀的现象主要包含三种基本模式,分别为击穿、电痕和腐蚀。这三种模式往往与金具同时发生综合故障,要严格区分有时候是不容易的。
  2.1击穿
  由于各种原因,在ADSS光缆表面发生了足够能量的电弧、产生了足够大的热量,使光缆护套发生击穿。产生的击穿通常有熔融状边缘的穿孔,常伴有同时烧断纺纶而使光缆强度急剧下降,到维持不了张力的那一刻致使断缆。击穿是一种故障,在安装后发生的时间较短。
  2.2 电痕
  电弧在护套表面形成放射(电树枝)状碳化通道称为电痕,然后不断加深,在张力的作用下开裂并露出纺纶,有时转换成击穿模式。电痕也是一种故障,在安装后发生的时间比击穿模式要长。
  2.3 腐蚀
  由于通过护套的泄漏电流产生了热量,使聚合物慢慢失去结合力并最终失效。表现在表面粗糙、护套减薄,这种现象称为腐蚀。腐蚀是缓慢发生的,在光缆寿命期间是必然要发生的正常现象。
  3. 形成电腐蚀故障的主要因素
  在工作时受到张力的ADSS光缆处于导线周围空间存在的强大电磁场中,光缆对导线和大地之间的电容耦合使之处于一个空间电位的位置。在空间电位的作用下,潮湿或污秽(不可避免)的光缆表面对接地的金具产生一个接地漏电流并发热,热量使光缆表面水份蒸发,随机(不可控)地形成干燥带,阻断了表面漏电流。当干燥带两端的电位足够高时就产生了放电形成电弧(称为“干带电弧”)。
  电腐蚀发生的基本条件是要有一定的漏电流和足够高的空间电位。
  3.1 接地漏电流
  根据苏格兰Hanterstor西海岸的数据:接地漏电流小于0.3mA时不发生电弧。因此0.3mA被公认是不发生电弧的门槛值;当接地漏电流超过门槛约0.5mA时,将产生电弧;随着接地漏电流超过1mA,电孤随之严重;但当接地漏电流更大(约超过5mA)时,电弧活动将停止,即大电流不产生电弧。
  试验结果还表明:电腐蚀的程度与光缆承受的张力有关。
  3.2光缆承受空间电位的标准
  根据相应标准和规范,ADSS光缆外护套能承受的空间电位分两级。
  A级:PE护套≤12KV;
  B级:AT护套≥12KV。
  B级护套的上限在相关标准和规范中未作规定,通常的提法为20~25KV。
  3.3 活动长度
  接地漏电流是由空间电位驱动的。
  在输电线路的某一档距上,假设光缆与导线间距不变(弧垂一致)并与大地间距不变(事实上不可能、仅是假设),光缆表面各个点与接地的金具末端距离变化很大,在档距中央的感应电压虽然很高,但充电常数很大,充电电流极小,光缆表面无漏电流;随着接近安装在杆塔的金具末端,感应电压急剧趋于零同时接地漏电流变大,在接地的金具末端接地漏电流达到最大值, 如满足起弧条件,电腐蚀就发生了。从接地漏电流开始变大的某一点到金具末端的距离称为“活动长度”,也即电腐蚀最易发生的危险区域。
  因此,在一个档距内存在两个活动长度。
  3.4 双回路相位的影响
  光缆悬挂点上的空间电位受三相导线相位排列的影响,单回路相位变化几乎无影响,双回路导线的相位变化影响很大。
  在双回路系统中,就ADSS的安装“空间”而言:ABC-ABC相位是最小的,其他相位均有不同程度的扩大,尤以ABC-CBA相位的“空间”为最大。
  对某一悬挂点而言:双回线因一侧停电而单回运行时较复杂,空间电位有可能变小,也可能变大。
  3.5 其他影响
  除了相位影响,当某光缆的悬挂点一定,其空间电位还会受导线和地线的直径、导线的分裂、金具和光缆的风摆等情况的影响
  4. 案例
  4.1 故障案例
  某ADSS光缆,工作在220KV双回路系统中约1年,发生断缆事故。经检查,断缆处AT
  外护套明显呈融溶状,纺纶外露有明火痕迹,防振鞭明显龟裂炭化。再检查未断缆处,多处发现孔洞和防振鞭对光缆造成的烫伤压痕并己碳化。 经核对,光缆悬挂点的空间电位较高,静态设计挂点约23KV, 动态挂点超过了30KV,防振鞭离金具予绞丝末端约10Cm。
  4.2 成功案例
  某ADSS光缆,工作在220KV双回路垂直分裂系统中近5年,静态设计挂点的空间电位约15-18KV。经历了多次台风袭击,工作始终正常。在例行检查中,打开防振鞭,对防振鞭和光缆进行仔细检查。结果表明:防振鞭表面光洁如新,厂家商品号清晰可见。光缆表面光滑,除防振鞭夹紧处光缆外护套颜色稍深(原始色)外,无电腐蚀故障痕迹。防振鞭离金具予绞丝末端约50 Cm。
  又如某工作在110KV系统中己超过6年的ADSS光缆,防振鞭离金具予绞丝仅为10-20cm,至今工作正常,没有发生任何电腐蚀故障。
  5.电腐蚀的控制
  就目前所知,所有的电蚀故障都发生在“活动长度”区内,因此,要控制的范围也集中在活动长度区间。
  5.1静态控制
  在静态条件下,工作在220KV系统中的AT护套ADSS光缆,其挂点的空间电位应控制在不大于20KV(双回和多回共架线路应更低);工作在110KV及以下系统中的PE护套ADSS光缆,其挂点的空间电位应控制在不大干8KV。静态挂点的空间电位设计应考虑到:
  (1)系统电压和相位排列(双回路及多回路很重要)。
  (2)杆塔型状(包括塔头和呼称高)。
  (3)绝缘子串的长度(根据污移等级其长度有变化)。
  (4)导/地线的直径和导线的分裂。
  (5)与导线和地面及交越物的安全限距。
  (6)张力/弧垂/跨距的控制(在无风、无冰及在年平均气温条件下,其负荷不大于光缆的ES即25%RTS;在设计气象条件下,其负荷不大于光缆的MAT即40%RTS)。
  (7)应对跳线(耐张杆塔)和接地体(如水泥杆拉线)加以研究并考虑其影响。
  5.2动态控制
  在动态条件,工作在220KV系统中的AT护套ADSS光缆,其挂点的空间电位应控制在不大于25KV;工作在110KV及以下系统中的PE护套ADSS光缆,其挂点的空间电位应控制在不大于12KV。动态条件至少应考虑到:
  (1)系统电压是标称电压,在某种情况下会有+/-(10~15)%的误差,取正公差;
  (2)金具串(主要是悬垂串)和光缆的风摆;
  (3)原相位换位的可能性;
  (4)双回路系统单回路运行的可能性;
  (5)本地区的污移实际情况;
  (6)可能会有的新的交越线和物;
  (7)沿线的市政建设和开发计划状况(有可能垫高地面);
  (8)其他对光缆会发生影响的情况。
  6. 结论
  (1)运行中受到张力的ADSS光缆护套的电腐蚀是由通过电容耦合的空间电位(或电场强度)造成大致为0.5~5mA的接地漏电流和干带电弧引起。如果采取措施使接地漏电流控制在0.3mA以下,形不成连续电弧,则护套的电腐蚀原则上不会发生,目前最现实有效的方法仍是控制光缆的张力和空间电位。
  (2)AT或PE护套ADSS光缆的静态空间电位设计应分别不大于20KV或8KV,在最恶劣的动态条件下应分别不大于25KV或12KV。光缆是可以安全运行的。
  (3)静态空间电位为20KV(多为220KV系统)或8KV(多为110KV系统)系统中的防振鞭离金具予绞丝末端分别为不小于(1~3)m或 0.5m是改善ADSS光缆电腐蚀的有效措施之一。同时应对ADSS光缆的振动损害和其他防振方法(如适用的防振锤)进行研究。
  (4)不能简单地以系统电压等级和/或离相导线的距离凭经验确定光缆的安装位置(常称为“挂点”),应根据每一塔型的具体情况计算挂点的空间电位。
  (5)尽管近几年屡有ADSS光缆电腐蚀故障发生,但大量的实践己证明,ADSS光缆在110KV系统中可以继续推广应用;用于220KV系统的ADSS光缆在充分考虑到静态和动态工况后,也可以继续推广应用。
  (6)在确保ADSS光缆质量的前提下,规范工程设计、施工和运行条件,ADSS光缆的电腐蚀是可以控制的。建议抓紧制订和实施相应规范/规程。
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