（广州市电力工程设计院有限公司）
摘要：在光纤复合架空地线(OPGW)设计中，通常需考虑送电线路发生单相短路故障时短路电流在OPGW和另一根地线中的分流关系，并需计算出相应的电流分量。为此，首先从OPGW短路电流热效应入手， 探讨了短路电流分量计算的基本方法和短路电流持续时间的取值，并推导出OPGW短路电流瞬时温升的公式，同时提出了分流地线在电力系统中的意义，然后对比计算OPGW和分流地线的分流关系后得出了分流地线选型的基本原则。
关键词：OPGW；短路电流；分流地线；电流热效应
0引言
光纤复合架空地线(Optical-fiber Composite Overhead Ground Wire，简称OPGW) 是一种新型结构的地线，这种新型结构地线主要用于高压输电线路系统，具有通讯光缆和普通架空地线的双重功能，已经在我国的电力通信工程建设当中得到了快速发展。110 kV及以上的新建输电线路基本上都已经采用了OPGW，但是建设比较早的输电线路大部分采用的是全介质自承式非金属光缆(All Dielectric self-supporting optical-fiber cable，简称ADSS)，随着电力网络的发展和技术的不断进步，ADSS正逐步被OPGW所取代。
在OPGW的设计当中，必须明确短路电流在另一根地线和光缆中的分配关系，并检验短路电流是否满足系统热稳定要求。如果OPGW不能承受所有的短路电流，就会使温度升高，当温度达到某一值的时候，不仅会造成光纤大幅度衰减，寿命减短，严重情况下还会造成通信中断，影响电力系统的正常运行。因此有必要的根据普通地线(以下简称地线) 和OPGW的基本特性参数来计算接地故障短路电流在地线和OPGW中的分配关系，从而确定流过OPGW的热稳定及短路电流是否可以满足厂家的技术需求，同时也可以根据流经地线的短路电流检验该设计选型是否满足规范规程的要求。
1 架空地线短路电流
1.1地线短路电流计算说明
在高压输电线路上，接地故障电流除了能够流过故障塔的塔脚，还能通过别的塔和架空地线进入大地。由于地线有一定的阻抗，故与故障点相距较远的塔的入地电流小，而与故障点相距较近的塔的入地电流反而大；同理可知，电源点与故障点距离越近，流过架空地线的电流就越大，反之越小。由于靠近电源侧的终端塔故障时流过地线的短路电流最大，因此为了降低流过OPGW的短路电流，让地线分担较多的故障电流，可以在发电厂或变电站出口附近采用良导体地线，一般为1～2 km。
1.2 短路电流热效应
单一材质导体热容积计算的基本公式在其推导过程中，前提是假设由电能损耗所产生的热能不向外扩散，全部储存在导体中，并表现为导体温度的升高,常用的OPGW通常是由多层金属导线绞合而成的层绞式结构，当架设运行之后，表面会有污秽和氧化层聚集，它们之间的短路电流持续时间比较短，且热传导能力相对较差，电流在各个电层所产生的热量不能充分交换，基本上不会向外界扩散，所以这个过程可以近似看作是一个绝热过程。在发生短路的时候，地线的温度会升高，对于良导体或OPGW来说，就产生了短路电流的热效应。通过稳定状态温度的变化从而计算出短路电流带来的温度差。下面公式为单一材质导体热容量计算的基本公式，在该公式中假设由电能损耗所造成的热能不能向外扩散，
1.3 地线短路电流计算
这里讨论的分流系数系指工频接地短路电流的分流系数， 不涉及雷击短路情形。为了计算方便，特别是采用手算时，假定终端塔出现接地短路故障，短路电流会全部返回电源方向。虽然这种假设和实际情况不相符，但是不会影响对实际问题的分析，其计算结果是相对安全和偏保守的，在可研、初步设计等工程设计阶段不会影响地线和OPGW的选型。若想获得更加准确的计算结果，就需要采用EMTP程序或地线热稳定程序来计算。
1.4 短路电流持续时间tc
在OPGW新线路的设计过程当中，只需要在杆塔顶端的一边直接架设OPGW，杆塔的机械性能和导地线及光缆的电气性能等均在设计时一并考虑；而在OPGW旧线路的设计过程当中，把其中的一条地线改变成OPGW的时候，就必须要保证I的分配和杆塔机械强度，那么tc的取值就变得尤为重要，因为控制OPGW选型的基本条件是短路电流容量。
OPGW的tc的取值方法主要有两种：①在系统发生单相短路故障之后，首先主保护动作，然后切除短路，按照要求来重合闸，但是由于故障没有消除，所以使重合闸失败，然后主保护再次发生动作。短路电流的等效时间主要包括通道时间、保护动作时间、重合闸及保护再次动作时间、短路电流的非周期分量时间、短路器动作时间。②当系统出现短路故障之后，主保护不会动作，由保护动作失灵，不再考虑短路电流的非周期分量与重合闸时间。
2 OPGW和分流地线的分流关系
线中总电流在OPGW及分流线的分配，其计算方法是根据电流与阻抗成反比关系，在工程设计中可近似按如下公式计算：
Iopgw / I分流线 = (Z分流线- Z互阻) / (Zopgw- Z互阻)
I地线 = Iopgw + I分流线
由于通常所设计的线路较长，且有的线路还经过重冰区，因此，在设计时可按不同的情况考虑，通常可选择三种不同短路电流容量的OPGW(如OPGW- 100、OPGW- 140A、OPGW- 140B)和分流线电流分配，其中OPGW- 100用于轻冰区地段，OPGW- 140A主要用于大档距、大高差和变电所进出线段地段，OPGW- 140B会用于重冰区地段。由于流过OPGW的电流受直接分流线的性能好坏的影响，因此，对不同地段还应选用不同的分流线进行比较，从而找出与OPGW相匹配的分流线。
3分流地线的选型原则
OPGW具有通信性能、线路电气性能、线路机械性能。OPGW的结构不是定型产品，每一个OPGW的结构都是依据相应的工程特点而设计的，影响其结构的主要因素是短路电流热容量、直流电阻、破断力和最大光纤芯数。计算地线中的电流分布需求解由线路各档构成的一个大规模电网络。带有OPGW的双地线系统发生单相短路时各相电量之间的关系是非对称的。OPGW与分流地线之间的电流分配可近似按如下公式计算：
Io/Id=(Zd-ZK)/(Zo-ZK)
从OPGW的实际应用情况来看，作为地线，首先要体现的是机械性能和电气性能。实际上OPGW本身也是复合学科，OPGW的首要功能是地线功能，只有在满足地线功能之后才是通信功能。所以在分析雷击得时候，必须要把OPGW看成是1根地线，在这个基础之上才能够讨论OPGW的其它功能。
在OPGW的选型设计当中，从两个方面综合考虑，选择良导体作为分流地线。首先，在选择与OPGW匹配分流时，应该选择电气性能相近，结构、材料一致的地线，即使发生系统短路现象，良导体也能够分配出一定的短路电流，从而保护OPGW不会由于短路电流太大而造成故障；其次，为了匹配从而使地线支架、弧垂所受的张力平衡，再加上外层单丝是优选铝包钢丝，可承受较高的热稳定从而考虑2根地线。当然，这样实际上提高了输电线路的耐雷能力。
4 结束语
在架空地线OPGW设计中，对于新建工程，一般全线路应当采用良导体作为分流地线。在老线路改造过程中，在离变电站、发电厂1～2 km处或全线路用良导体替换镀锌钢绞线，加强分流作用，从而使输电线路能够安全运行。在高压输电线路上，与故障点相距较远的塔的入地电流小，而与故障点相距较近的塔的入地电流反而大；同理可知，电源点与故障点距离越近，流过架空地线的电流就越大，反之越小。所以，在变电站的OPGW设计当中，需要计算出电源侧的变电站出口处，终端塔短路时候的短路电流，从而检验分流地线和OPGW是否达到热稳定要求。在一般情况下，通常会利用线路中最大的接地短路电流来检验分流地线或OPGW的热稳定。
参考文献
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论文作者:朱继滔
论文发表刊物:《电力设备》2016年第23期
论文发表时间:2017/1/17
标签：地线论文; 电流论文; 故障论文; 线路论文; 导体论文; 稳定论文; 公式论文; 《电力设备》2016年第23期论文;