摘要：针对我国光纤复合架空地线（Optical fiber composite overhead ground wire,OPGW）断股事故进行研究分析，通过雷击试验，研究分析，OPGW外层单丝直径、绞线材料、绞线覆盖率、转移电荷库仑数、张力、雷击参数等因素对OPGW雷击断股的影响，根据雷击试验结果提出耐雷击OPGW结构设计。
关键词：光纤复合架空地线；雷击；断股；防治措施
0 引言
随着我国电网建设，光纤复合架空地线（Optical fiber composite overhead ground wire，OPGW）的应用，日益广泛，在电力通信方面所发挥的作用越来越来重要。OPGW遭雷击断股影响电力系统的安全运行和可靠通信，因此分析OPGW的雷击断股及相应的防治措施十分必要。
1 试验光缆结构设计
光缆设计参数，以产品需求，现已对试验缆结构进行设计，下面为结构实例参数（见表1）。
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表1 OPGW结构参数
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序号
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结构图
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外径
/mm
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外层绞线
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材料
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铝管外径/mm
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根数
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单丝直径/mm
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覆盖率/％
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A
|
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12.1
|
铝包钢
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6.4
|
10
|
2.8
|
96.8
|
|
B
|
|
12.1
|
铝包钢
|
6.8
|
11
|
2.6
|
96.5
|
2 雷击试验要求
2.1 等级要求
本试验依据IEEE 1138 、GB/T 7424、DL/T 832标准，拟定试样溶化效应的模拟雷击等级，对两盘试验缆按照1级标准进行雷击试验（见表2）
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表2雷击保护等级
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0级
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1级
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2级
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3级
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允许误差
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电流
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100A
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200A
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300A
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400A
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持续时间
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0.5s
|
0.5s
|
0.5s
|
0.5s
|
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转移电荷
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50C
|
100C
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150C
|
200C
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±10％
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2.2 试验温度要求
OPGW初始温度应设置在23℃±5℃之间。在同一试样的不同点上模拟重复试验6次。
2.3 试验拉力要求
国家标准对施加 在OPGW试样上的拉力进行了明确，15％RTS～20％RTS，对试验缆进行使用不同张力条件下进行试验长度10m。
3 雷击试验设备
雷击试验装置分别由拉力机、绝缘子、拉力计、金属保险丝、固定夹具等组成；
4 雷击缆实物分析
4.1 结构A试验实物，从同一根缆上分别截取10m雷击试验图片如下：
4.2 结构B试验实物，从同一根缆上分别截取10m雷击试验图片如下：
4.3 试验现象分析
通过不同结构参数、不同施加拉力，相同施力长度、相同雷电流及冲击时间的情况下，外层单丝外径大的雷击通过率较高，同样结构下雷击试验施力小的通过率高，由此可见在雷暴频发地区，选用外层单丝较高的缆。
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表3试验现象分析
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结构A
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现象
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断股
|
试验拉力
|
残余占据
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判定
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试验1
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颜色发黑，3处蛹状
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无断股
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15％RTS
|
77%
|
合格
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试验2
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颜色金黄，1处轻微蛹状
|
无断股
|
83%
|
合格
|
|
试验3
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颜色金黄，1处严重腐蚀，1处蛹状
|
无断股
|
80.4%
|
合格
|
|
试验4
|
颜色微黄，2处腐蚀,3处蛹状
|
无断股
|
20％RTS
|
66.9%
|
不合格
|
|
试验5
|
颜色发黑，3处严重腐蚀，1处蛹状
|
无断股
|
76.5%
|
合格
|
|
试验6
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颜色发黑，4处严重腐蚀，2处蛹状
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断1股
|
55.8%
|
不合格
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结构B
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现象
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断股
|
试验拉力
|
残余占据
|
判定
|
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试验1
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颜色金黄冲击处发黑，6处蛹状
|
无断股
|
15％RTS
|
85.3%
|
合格
|
|
试验2
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颜色金黄冲击处发黑，5处蛹状
|
断1股
|
83.6%
|
合格
|
|
试验3
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颜色金黄，2处严重蛹状
|
无断股
|
87%
|
合格
|
|
试验4
|
颜色金黄，2处严重腐蚀，1处严重蛹状
|
断1股
|
20％RTS
|
75.2%
|
合格
|
|
试验5
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颜色金黄，3处严重腐蚀，2处严重蛹状
|
断2股
|
69%
|
不合格
|
|
试验6
|
边缘发黑，3处严重腐蚀，3处严重蛹状
|
断1股
|
63.5%
|
不合格
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4.4 断面分析
对雷击试验绞线单丝进行统计分析，就下面检测结果发现除6号试样头外所有组织均正常，为冷变形后的索氏体+珠光体组织，6号试样头部全部为马氏体组织，从金相来看属于针状马氏体，而且在整个截面均匀分布。从6号试样头部断口形貌判断，进行雷击试验，形成马氏体组织，试验后冷速快有关，取6个样端头分析如下：
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表4 断头分析
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序号
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单丝外径/mm
|
断点描述
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残余拉断力/N
|
标准拉力/N
|
残余占据/％
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样品 1
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2.6
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断口为三角口，断面无延伸
|
4970
|
7110
|
69.90%
|
|
样品 2
|
2.6
|
断口处外径变细，呈现锥形体
|
7020
|
7110
|
98.73%
|
|
样品 3
|
2.6
|
断面为斜口
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5100
|
7110
|
71.73%
|
|
样品 4
|
2.6
|
断面为斜口，表面铝层熔坏
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5050
|
7110
|
71.03%
|
|
样品 5
|
2.6
|
断面平齐
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6106
|
7110
|
85.88%
|
|
样品 6
|
2.6
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雷击时熔断
|
-
|
7110
|
-
|
1号样：试样断口形貌（图1）、头部金相组织（图2）、尾部金相组织（图3）
2号样：试样断口形貌（图4）、头部金相组织（图5）、尾部金相组织（图6）
3号样：试样断口形貌（图7）、头部金相组织（图8）、尾部金相组织（图9）
4号样：试样断口形貌（图10）、头部金相组织（图11）、尾部金相组织（图12）
5号样：试样断口形貌（图13）、头部金相组织（图14）、尾部金相组织（图15）
6号样：试样断口形貌（图16）、头部金相组织（图17）、尾部金相组织（图18）
通过对比分析，雷击点受瞬间高温冲击，钢材组织发生变化 ，样品6最为典型，雷击瞬间击断，检测断点为针状马氏体；从断口方面分析，正常断口为延伸缩颈圆平茬，斜口、三角口均为有害断口， 通过做单根残余拉力试验，雷击后拉力大幅度降低，由此可见遭受雷击后的光缆性能严重损坏，合理的选择光缆架空尤为重要。
5 近年本公司雷击试验数据
试验数据统计，如表5中序号1、2、3、4外层单丝3.2mm，第4组外层单丝使用AA线，断3股，其次第1组外层使用LB40铝包钢，断1股，第2、3组数据外层单丝外径同样为3.2mm，无任何断股，并且残余拉力最大，第5、 6组结构为中心铝管式，同样单丝外径3.2mm，断股分别3股和4股，通过试验分析，可得出外层单丝含钢量多的耐雷击性能较好，层绞式比中心铝管式的耐雷击要好。
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表5 雷击试验统计
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序号
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型号规格
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结构
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单丝型号
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外层单丝/mm
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含钢丝外径/mm
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雷击级别/C
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断股/股
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％RTS
|
|
1
|
OPGW-48B1-155[95；249.1]
|
1+6+12
|
L40
|
3.2
|
1.971
|
150
|
1
|
80
|
|
2
|
OPGW-24B1-50[58;11.5]
|
1+6
|
LB20
|
3.2
|
2.771
|
150
|
0
|
89
|
|
3
|
OPGW-12B1+6B4-110[130;60]
|
1+6+10
|
LB20
|
3.2
|
2.771
|
150
|
0
|
90
|
|
4
|
OPGW-24B1-145[86;170]
|
1+6+12
|
AA
|
3.2
|
2.771
|
150
|
3
|
79
|
|
5
|
OPGW-24B1-78[69.38;36]
|
1+9
|
LB40
|
3.2
|
1.971
|
150
|
3
|
63
|
|
6
|
OPGW-24B1-78[69.38;36]
|
1+9
|
LB20
|
3.2
|
2.771
|
150
|
4
|
71
|
6 耐雷击光缆措施
6.1选型
优先选外层单丝铝包钢等级较低，含钢量多的，且单丝直径不小于φ2.8mm；其次结构方面选择层绞结构。
6.2 工艺控制
内部工艺控制外层排列要紧凑，覆盖率控制在97％左右，放线张力均匀，已达到OPGW光缆表面平整的目的，外层绞线单丝表面保持干净，并且铝层表面无划伤。
7 结论
本文分析了OPGW在雷击试验冲击下受到的损害，证明绞线外层单丝的外径越大，档距内受力越小，铝包钢等级越低，耐雷击性能越好。在设计OPGW光缆时，实际设计与使用商，综合考虑OPGW光缆安全性和经济性,对于雷暴日较多的地区优先选用外层单丝外径较大的结构。
参考文献
[1] IEEE 1138-2009光纤复合架空地线
[2] GB/T 7424.4 光纤复合架空地线
[3] DL/T 832 光纤复合架空地线
来源：山东太平洋光纤光缆有限公司 周文 李广省 齐 伟 郭俊国 冯建达
