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新鄉(xiāng)220kV輸電線路ADSS斷纜事故分析

文檔作者：鄒相國楊新華高維忠文檔來源： 1．華中科技大學(xué)工程計算與仿真研究所 2．河南電力公司電力調(diào)度通信中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年12月03日
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第26卷第154期
· 34 · 2005年8月1 0 日
電力系統(tǒng)通信
Telecommunications for Electric Power System
Vo1．26 No．154
Aug．10，2005
新鄉(xiāng)220 kV輸電線路ADSS斷纜事故分析
鄒相國 ，楊新華 ，高維忠
(1．華中科技大學(xué)工程計算與仿真研究所，湖北武漢430074；2．河南電力公司電力調(diào)度通信中心，河南鄭州450052)
摘要：文章簡要介紹了電力電磁場與力場的耦合計算，以及仿真系統(tǒng)(NASTEL)采用的輸電線路周圍電
位和電場計算的基本方法，應(yīng)用該軟件計算了新鄉(xiāng)220 kV輸電線路ADSS光纜周圍的電位和電場分
布，重點(diǎn)分析了轉(zhuǎn)角和跳線對電場分布的影響，揭示了斷纜事故發(fā)生的原因，最后針對電力系統(tǒng)ADSS
光纜的設(shè)計和施工提出了一些建議。
關(guān)鍵詞：全介質(zhì)自承式光纜；電位；電場強(qiáng)度；跳線；電腐蝕
中圖分類號：TN818 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1005—7641(2005)08—0034—04
0 引言
全介質(zhì)自承式光纜(ADSS)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用廣
泛，然而，由于與高壓或超高壓輸電線路同塔架設(shè)，
ADSS光纜必須長期承受輸電線路引起的強(qiáng)電場作
用，其外護(hù)套容易產(chǎn)生損傷或者破壞? 。如果光纜表
面介質(zhì)粗糙或者被劃傷、覆蓋有濕污穢層等，局部場強(qiáng)
就會增大，很容易引起局部放電，導(dǎo)致介質(zhì)機(jī)械、電氣
性能下降，最終可能擊穿整個絕緣 。
電腐蝕現(xiàn)象絕大多數(shù)發(fā)生在110 kV及以上電壓
等級電力桿塔架設(shè)的ADSS光纜上，35 kV以下電壓等
級的輸電線路尚未發(fā)生光纜電腐蝕的事故 J。從目
前所掌握的情況看，造成ADSS光纜電腐蝕的常見原
因有以下幾種：1)光纜掛點(diǎn)選擇不當(dāng)，主要是選擇掛
點(diǎn)時考慮因素不全面；2)自然氣候和局部環(huán)境的影
響；3)防振鞭材料、安裝方法以及金具的影響等。究
其實(shí)質(zhì)，上述各種影響因素都與光纜表面的泄漏電流
有關(guān)。因此實(shí)際設(shè)計ADSS光纜時，必須根據(jù)多方面
的因素進(jìn)行綜合考慮。
1 輸電線路周圍電場計算的基本方法
電力電磁場與力場的耦合計算與仿真系統(tǒng)(NAS—
TEL)是華中科技大學(xué)研究所針對ADSS光纜架設(shè)工
程設(shè)計自主開發(fā)的計算仿真軟件，它擁有完善的前后
處理和中心計算功能，能夠?qū)DSS光纜與輸電線路
同塔并架工程進(jìn)行比較全面系統(tǒng)的仿真建模和計算分
析，并且通過后處理將計算分析結(jié)果直觀表現(xiàn)出來。
NASTEL軟件的中心計算模塊可以實(shí)現(xiàn)：1)不同工況
下輸電線路周圍的三維電位和電場分析；2)增設(shè)光纜
以后輸電塔架的承載能力分析；3)考慮多種影響因素
收稿日期：2005—01—25：修回日期：2005—05—17
的線路舞動動力學(xué)分析等。因此，利用該軟件可以實(shí)
現(xiàn)光纜掛點(diǎn)和通過位置的優(yōu)化選擇，為ADSS光纜與
輸電線路同塔并架工程設(shè)計提供可靠的分析工具。
NASTEL軟件中心計算模塊的電位和電場分析以
三維等效電荷法 為基礎(chǔ)，將導(dǎo)體視為等截面圓桿，并
假想地將其切割為許多小段直線，如圖1所示。設(shè)電荷
均勻分布在直線段的軸線上，電荷密度為r。根據(jù)鏡像
法，AB及其鏡像電荷A B 在P點(diǎn)產(chǎn)生的電勢為
c 一
×ln( ) (1)
0口“ bH —n|
式中 為AB(A B )的長度；b為P點(diǎn)到AB(A B )的
垂距；o(o )為垂足0(0 )到A(A )點(diǎn)的距離，可以通
過幾何方法求得； 。為真空介電常數(shù)。
P
’
，
‘
／dr／ ＼
卜 L
l
圖1 線電荷AB在空間中某點(diǎn)P引起的電位
在鐵塔附近，任一點(diǎn)的電位值可以通過所有等效
電荷對其影響的疊加得到，因此可以將切割的多段線
電荷之間的電位系數(shù)和各自電位、待求電荷密度組合
成如下矩陣方程
1
2
● ● ●
U
lr A11 A12一
=J A 21 A 22一
LA l A 2‘‘
7-1
7"2
● ● ●
n
(2)
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． 光纜應(yīng)用． 鄒相國，等新鄉(xiāng)220 kV輸電線路ADSS斷纜事故分析 ‘35·
式中 為離散線段的對地電位，A ，為離散線段間的
電位系數(shù)。根據(jù)式(2)可以解出各段導(dǎo)體的離散電荷。
對于交流輸電線路，將電壓分解為實(shí)部與虛部，分
別求解實(shí)部電荷和虛部電荷，進(jìn)而得到空間電位和電
場?？臻g電位根據(jù)式(1)求解，空間電場則可通過下
式得到
Σ ：一南[tan (詈)+tan ( )]+
南[tan-~( )+tan_l( )] (3)
和其他計算分析軟件不同，NASTEL軟件在進(jìn)行輸
電線路周圍的電位和電場計算時，不僅可以考慮地線、
輸電桿塔等，而且可以考慮線路轉(zhuǎn)角和跳線等對空間電
場的影響，因此其分析結(jié)果更為準(zhǔn)確適用性更強(qiáng)。
2 斷纜實(shí)例分析
2004年4月，河南省新鄉(xiāng)市郊發(fā)生了一起ADSS
斷纜事故，故障線路為220 kV單回雙分裂線路(如圖
2所示)，光纜于2001年7月投入運(yùn)行。事故地點(diǎn)位
于新鄉(xiāng)電廠到新鄉(xiāng)變電站第18號與19號桿塔之間，
在18號桿塔上的光纜金具出口附近。新鄉(xiāng)斷纜線路
緊鄰一處垃圾場，附近有一個水泥廠和火電廠，發(fā)生斷
纜事故的光纜正是處于這樣的高粉塵環(huán)境中。根據(jù)所
提供的資料，斷纜處AT外護(hù)套呈融溶狀，外護(hù)套斷痕
整齊，芳綸紗已老化，而且防震鞭上面有明顯的電痕現(xiàn)
象。另據(jù)現(xiàn)場目擊者稱，光纜斷裂時還見到了火光。
圖2 18號桿塔附近的線路情況
為了明確事故原因，給線路修復(fù)和維護(hù)提供依據(jù)，
采用NASTEL軟件對斷纜附近的電位和電場進(jìn)行了計
算和分析。同時，在計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，河南電力調(diào)度
通信中心利用中天光纜公司鹽霧實(shí)驗(yàn)室的便利條件，
進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)，以定性地說明結(jié)論。
2．1 基本計算參數(shù)
(1)桿塔參數(shù)
18號桿塔為220 kV GJ3轉(zhuǎn)角塔，桿塔的塔頭部分
如圖2所示，桿塔呼高27 m，全高30 m。
(2)地線型號、坐標(biāo)
地線型號GJ一50鍍鋅鋼絞線，公稱拉斷強(qiáng)度為
1 225 N／ram 。綜合拉斷力為60 605 N。地線坐標(biāo)為
Y：30．0 m，Z：±4．2 m。
(3)導(dǎo)線分裂數(shù)、分裂間距
導(dǎo)線為雙分裂，分裂間距為400 mm。
(4)導(dǎo)線型號、坐標(biāo)
導(dǎo)線型號為2×LGJ一185／30鋼芯鋁絞線，綜合拉
斷力為64 320 N。各相的掛點(diǎn)分別如下：
A相掛點(diǎn)坐標(biāo) y：25．0 in，Z：0 m；
B相掛點(diǎn)坐標(biāo) l，：20．5 m，Z：一7．0 m；
C相掛點(diǎn)坐標(biāo) y：20．5 m，Z-7．0m。
(5)檔距、線路轉(zhuǎn)角情況
17號塔一18號塔為398 m，19號塔一18號塔為
154 m，18號塔前后兩轉(zhuǎn)角均為65。46 50 。
(6)光纜參數(shù)
光纜掛點(diǎn)坐標(biāo)l，：28．5 m，Z：0．7 m；光纜計算截面
36 mln ，單位長度質(zhì)量0．199 kg／m，光纜金具長為3．0 m。
光纜的防震鞭長1．35 m，其材料為普通PVC材料。
2．2 計算結(jié)果
由于線路轉(zhuǎn)角較大，而且附近跳線較多，因此需要
考慮轉(zhuǎn)角和跳線對電位和電場分布的影響。
(1)轉(zhuǎn)角對電位和電場分布的影響
考慮到金具的屏蔽作用，掛點(diǎn)處的電場實(shí)際上是
金具出口處(也即距離掛點(diǎn)3．0 m處)的電場。在不
考慮跳線的情況下，如果不存在轉(zhuǎn)角，那么金具出口處
對應(yīng)的截面電位和電場分布如圖3所示；在實(shí)際轉(zhuǎn)角
下計算結(jié)果如圖4所示。
(a)電位 (b)電局
圖3 不存在轉(zhuǎn)角時金具出口處截面電位和電場分布
三
圖4 在實(shí)際轉(zhuǎn)角下金具出口處截面電位和電場分布
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· 36 · 電 力 孽 傷 通 僧
比較圖3和4可以發(fā)現(xiàn)，不存在轉(zhuǎn)角時截面的電
場和電位對桿塔中心對稱分布，而一旦出現(xiàn)轉(zhuǎn)角，截面
電位、電場的分布就會發(fā)生明顯的畸變，在光纜掛點(diǎn)處
電位和電場強(qiáng)度都有明顯增大，因此光纜在該處發(fā)生
電腐蝕的幾率會相應(yīng)增大，而實(shí)際光纜斷點(diǎn)也正是發(fā)
生在金具出口附近。
(2)跳線對電位和電場分布的影響
下面考慮跳線的影響。為了簡化計算，假設(shè)桿塔
兩邊的跳線均呈直線，而且到輸電線連接點(diǎn)桿塔中心
的距離為2．0 m(沿輸電線方向)，最高點(diǎn)離地面28．5 m。
重新計算沿ADSS光纜走向的電位和電場強(qiáng)度分布。
為了方便比較，考慮和不考慮跳線影響的電位和電場
結(jié)果分別如圖5、6所示。
24
22
20
18
16
蠶蓮 6 1考慮跳線的電位分布
2不考慮跳線的電位分布
0 10 20 30
距離／_
圖5 沿ADSS走向
電位分布
毯
腳
距離，．
圖6 沿ADSS走向
電場分布
可以看出，考慮跳線的影響以后，沿ADSS走向的
電位在水平距掛點(diǎn)3．5 m處(即金具出口外0．5 m
處)出現(xiàn)最大值，約為24 kV(如圖5所示)；電場的最大
值出現(xiàn)在金具出口處，約為9．5 kV／m。在金具出口處，
由于跳線的影響，電位和電場值幾乎都放大了一倍，因
此跳線對桿塔附近電位和電場的影響非常顯著。
隨著場點(diǎn)到跳線距離的增大，跳線對電位的影響逐
漸減弱，在離掛點(diǎn)水平距離約30 m處影響幾乎衰減為
零；跳線對電場的影響則迅速下降，在離掛點(diǎn)水平距離
僅約6 m處影響就已衰減為零。
2．3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
由于中天實(shí)驗(yàn)室設(shè)備條件所限，其放電電壓范圍
為10～40 kV，且該實(shí)驗(yàn)室主要為模擬鹽霧污染所設(shè)
計。就此，分別對ADSS光纜及附帶有防振鞭(PVC材
料)的ADSS光纜通過在光纜表面均勻涂抹工業(yè)鹽模
擬環(huán)境污染，采用10 kV恒定電壓進(jìn)行固定時間的放
電試驗(yàn)，分別記錄試驗(yàn)中放電脈沖的波形及弧光出現(xiàn)
的次數(shù)。試驗(yàn)及其結(jié)果見表1、2所列。
由于新鄉(xiāng)斷纜線路緊鄰一處垃圾場，附近有一個
水泥廠和火電廠，高粉塵環(huán)境導(dǎo)致光纜表面積聚的污
穢較多，因此故障光纜處于重度污染的環(huán)境。試驗(yàn)結(jié)
果也充分說明，處于同樣的電場環(huán)境下，重度污染的光
纜更容易發(fā)生電腐蝕而導(dǎo)致破壞。
表1 試驗(yàn)一：不帶防振金具的ADSS
光纜的耐電腐蝕性能測試
表2 試驗(yàn)二：加裝防振金具(PVC材質(zhì))的
ADSS光纜的耐電腐蝕性能測試
2．g 斷纜事故原因分析
根據(jù)上述計算結(jié)果，結(jié)合線路所處位置的周圍環(huán)
境，斷纜事故發(fā)生的原因可以歸結(jié)如下。
(1)轉(zhuǎn)角和跳線的存在使金具出口附近光纜表面
電位和場強(qiáng)接近極限值
目前國內(nèi)外普遍采用電位作為ADSS掛點(diǎn)的選擇依
據(jù)。根據(jù)《用于架空電力線路的無金屬自承式光纜
(ADSS)IEEE標(biāo)準(zhǔn)》(1995年版本)，220 kV線路上ADSS
光纜為AT護(hù)套，可以承受12 kV以上的電位，通常認(rèn)為
其上限為20～25 kV，即ADSS表面電位不高于25 kV，則
可認(rèn)為ADSS光纜安全。根據(jù)文章的計算結(jié)果，不考慮跳
線時，光纜表面對應(yīng)的空間電位在安全范圍內(nèi)，而考慮跳
線后，金具出口附近電位已經(jīng)接近25 kV。
由于國內(nèi)已發(fā)生多起在符合電位標(biāo)準(zhǔn)情況下
ADSS光纜遭受電腐蝕的事故，因此有人建議采用電
場強(qiáng)度作為ADSS光纜掛點(diǎn)選擇的依據(jù) 。研究證
明，光纜表面的泄漏電流超過1 mA，就有可能出現(xiàn)光
纜電腐蝕。當(dāng)光纜濕穢電阻為10 Q／m時，電場強(qiáng)度
上限約為10 kV／m。本例中，在考慮跳線的情況下，
ADSS光纜表面的電場強(qiáng)度十分接近10 kV／m。
因此，不管是以電位還是以電場作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，跳
線和轉(zhuǎn)角的存在使金具出口附近光纜表面的電位和場
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· 光纜應(yīng)用· 鄒相國，等新鄉(xiāng)220 kV輸電線路ADSS斷纜事故分析 ·37 ·
強(qiáng)接近極限值，顯然這將成為電腐蝕發(fā)生的重要原因
之一。
(2)表面污穢導(dǎo)致ADSS光纜表面電阻下降
光纜電腐蝕發(fā)生的實(shí)質(zhì)原因是光纜表面的泄漏電
流，而泄漏電流不僅取決于沿光纜走向的電位和電場
的大小，而且還和光纜表面的污穢層電阻有直接的關(guān)
系。前面已經(jīng)提到，新鄉(xiāng)斷纜線路處于垃圾場、水泥廠
等附近的高粉塵環(huán)境下，從而導(dǎo)致光纜表面積聚的污
穢較多，降低了ADSS光纜的表面電阻，以致較低的表
面電場強(qiáng)度和電位大小，都很容易引起較大的泄漏電
流，導(dǎo)致電腐蝕的發(fā)生。
線對電位和電場分布的影響明顯受制于場點(diǎn)到跳線之
間的距離，因此適當(dāng)增大金具的長度也可以起到有效
的保護(hù)作用。
另外，由于污穢的環(huán)境會降低ADSS光纜的表面
電阻，施工設(shè)計中應(yīng)盡可能安排ADSS光纜避開這些
區(qū)域進(jìn)行架設(shè)。 (F)
參考文獻(xiàn)：
[1] 丁道齊．電應(yīng)力作用下ADSS光纜損傷機(jī)理及對策(上)
[J]．電力系統(tǒng)通信，2001，22(9)：1—21．
[2]
3 結(jié)束語t3]
根據(jù)上面的分析可以推斷，新鄉(xiāng)斷纜事故是電腐
蝕引起的。由于大轉(zhuǎn)角和跳線的存在，使得金具出口
附近光纜表面的電位和場強(qiáng)接近極限值，而現(xiàn)場重度
污穢的環(huán)境又大大降低了ADSS光纜的表面電阻，同
時，防震鞭為普通的PVC材料，并非耐電腐蝕的材料，
多方面的原因說明此次斷纜由電腐蝕造成。
從前面的計算分析可以看出，轉(zhuǎn)角和跳線對電位
和電場的分布有顯著影響，因此在ADSS光纜工程的
設(shè)計計算中必須充分考慮這些因素，以保證掛點(diǎn)選擇
的最優(yōu)化，達(dá)到ADSS光纜安全運(yùn)行的目的。由于跳
[4]
周一峰，曹志彤．ADSS光纜懸掛方式的探討[J]．電力系
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王學(xué)超．同塔雙回高壓輸電線路上ADSS光纜電蝕實(shí)例
研究[J]．電力系統(tǒng)通信，2004，25(6)：27—30．
袁俊杰，李振環(huán)．ADSS光纜與高壓輸電線路同桿并架全
程三維電場分析與光纜掛點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計軟件[J]．電力系統(tǒng)
通信，2003，24(11)：20—25．
鄒相國(1983一)，男，湖北仙桃人，碩士研究生，主要從事
電力系統(tǒng)通信、電磁場計算與仿真方面的研究。
楊新華(1967一)，男，湖北天門人，副教授，主要從事工程
計算與仿真方面的研究。
高維忠(1956一)，男，河南鄭州人，高級工程師，主要從事
電力系統(tǒng)通信方面的研究。
Accident analysis of ADSS optic cable on 220 kV transm ission line in Xinxiang
ZOU Xiang—guo ，YANG Xin—Hua ，GAO Wei—zhong
(1．Engineering Computation and Simulation Institute，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China；
2．Henan Electric Power Corporation，Zhengzhou 450052，China)
Abstract：The coupling calculation of electric electromagnetism field and force field
． and the basic method utilized in NASTEL simulation
software to calculate the voltage and electric field around a transmission line are briefly introduced in the paper
． The eleetrie Dotential and e—
leetrie field around the ADSS optic cable on 220 kV transmission line in Xinxiang are computed with NASTEL
． and the effects of corner and
jumping wires upon distributing electric field are analyzed especially，and then the possible reasons of causing the accident are concluded．
Finally，some suggestions are put forward in order to guide the design and construction of ADSS oDtica1 cable
．
Key words：ADSS optical cable；potential；electric field intensity；jumping wire；electric corrosion
通光OPGW 再次中標(biāo)
通光OPGW 是國內(nèi)外廣為流行的含光纖不銹鋼管加金屬絞線的成熟結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)架空地線結(jié)構(gòu)幾乎一致。
在新建線路中可滿足一切機(jī)械、電氣和傳輸?shù)男阅埽诶暇€路改造的場合，可與對側(cè)地線達(dá)到良好的匹配。同時，
可使用先進(jìn)的軟件進(jìn)行設(shè)計，規(guī)格系列齊全，可滿足不同要求，也可根據(jù)客戶要求進(jìn)行特殊設(shè)計。通光OPGW 從
中國首條750 kV超高壓線路，到國家一級干線(武漢一鳳凰山一廣東、上海一北京)、再到高電壓等級50萬伏
(內(nèi)蒙電力、南方電網(wǎng)等)、黃河大跨越1 050 In(內(nèi)蒙古達(dá)拉特電廠一永圣域)，都通過了考驗(yàn)，運(yùn)行穩(wěn)定，深受廣
大客戶的一致好評。
近日，通光OPGW 相繼中標(biāo)國家電網(wǎng)公司蔡家沖一荊州500 kV輸電線路工程(含大跨越)7個包中的3個
包、云南電力(滇東電廠一羅平變500 kV等線路)10個標(biāo)段中的4個大段、新疆電力(阿克蘇一金鹿220 kV送電
線)、華北電網(wǎng)(石北500 kV變電站配套光纜通信工程)等。
(通光集團(tuán)有限公司)

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