光纖複合架空地線「c」電流雷擊試驗系統的製作方法
2023-07-18 00:47:31 1
專利名稱：光纖複合架空地線「c」電流雷擊試驗系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電力系統通信技術領域，尤其是一種電力特種光纜光纖複合架空地線(OPGW)的「C」電流耐雷擊試驗系統。
背景技術：
光纖複合架空地線(OPGW)是集光纖通信功能與輸電線路避雷功能於一體的複合架空地線，是電力特種光纜的一個重要發展方向，隨著電力系統光纖通信網絡的建設，光纖複合架空地線(OPGW)開始被大規模採用。但是由於過去對於光纜雷擊的試驗標準、光纜設計、生產等方面的原因的重視不足，造成光纖複合架空地線(OPGW)的耐雷擊性能質量低下，因而運行中的OPGW遭雷擊現象越來越嚴重。
90年代以來，運行中的光纖複合架空地線(OPGW)遭雷擊的事故時有出現，涉及到的國家有日本、巴西、美國、瑞士、德國等。近年來，我國也出現了光纖複合架空地線(OPGW)雷擊斷股現象。例如，2000年11月至2001年2月，有關部門對湖北省265公裡的550kV雙南線(雙河-南陽)進行的驗收檢查中共發現六處OPGW遭雷擊斷股現象，最大損傷是OPGW鋁合金線外層斷股7股；浙江省500kV天瓶線1998年投產以來，線路從1999年發現斷纜開始，以後每年都有斷股現象發生，其中最嚴重的是2002年9月外層AA線斷10股；華北地區500kV源安二回線保定段OPGW，2003年7月19日，雷擊造成6股完全斷股，另外1股有兩處受傷，1股完好，而且24芯光纖全部斷裂；廣東省500kV江茂乙線，2002年5月，首次發現1處斷4股；以後每年都有斷股現象發生；河北南部電網廉州-滄西500KV線路OPGW，在2003年10月-2004年7月不到一年的時間裡，曾遭受過兩次較大的雷擊斷股事故。因此，在國內，隨著OPGW在電力系統的廣泛使用，OPGW遭雷擊現象也日益受到關注，而有關光纖複合架空地線(OPGW)耐雷擊性能的研究也日益受到業界廣泛重視。
電力架空光纜是與電力導線同塔架設的，電力線路走廊經過的地形地貌相對比較複雜，而且安裝在架空輸電線上部的架空地線可以作為避雷線保護導線免受雷擊損壞，所以它較易受雷擊。我國是個多雷害國家，當雷擊能量極大時候，受到雷擊的架空地線可能會發生部分股線斷裂的情況。尤其是，當這些導線所通過的地區經常發生能量極高的雷電和單位面積落雷密度很大時，就需要提高架空地線的耐雷水平，以便提高輸電系統的可靠性。而光纖複合架空地線(OPGW)不僅具有地線的功能，而且兼備光通信的功能，因此它的可靠性顯得越來越重要，必須通過耐雷擊試驗來考察OPGW的耐雷水平，即在年雷暴日多的地區採用通過耐雷擊試驗級別高的OPGW。
耐雷擊試驗是判斷OPGW耐雷水平的最直接有效的方法，它可以確定產品是否可以滿足工程現場要求，為工程設計提供依據；為研製新型、高耐雷水平的光纖複合架空地線提供依據和試驗參數；發生雷擊事故，導致OPGW線路故障時，進行事故責任認定。
2003年以前，由於試驗設備的原因，國內還不能進行合格的OPGW耐雷電衝擊模擬試驗，國內產品需要做該項試驗時，通常只能將樣品送到國外，支付高額的試驗費，由國外試驗室來完成該項目試驗。隨著OPGW在國內的廣泛使用和許多國內廠家OPGW生產線的紛紛上馬，建立國內自己的OPGW雷擊試驗系統已經迫在眉睫。
自然界中的雷電放電基本上包括兩種最基本的電流形式脈衝衝擊電流和長時連續電流，這兩種電流形式對光纜的損壞是不同的。
脈衝衝擊電流的特點是電流峰值大(大約為幾十到幾百千安)，但持續時間短(約為幾百微秒)。因此，脈衝衝擊電流引起的熔化金屬的熔斑的面積大(通常寬度為幾釐米)，但是熔斑的深度淺(為零點幾個毫米)，所以對OPGW的傷害較小。長時連續電流大致為直流電流，它的幅值低(大約為幾百安)，但是持續時間長(約為幾毫秒到零點幾秒)。因此長時連續電流的熔斑的面積小(通常寬度為一釐米)，但是熔斑的深度很深，甚至會導致OPGW的股線熔化斷裂。總結以前所進行的許多試驗認為長時連續電流是引起OPGW光纜熔化的主要原因。
一般來說，雷擊試驗的結果應該儘可能地接近自然界中實際的雷電所造成的破壞情況，能夠代表實際雷電和它的破壞效果。只有這樣，當光纜能滿足公認標準的要求時，它們就能夠承受自然界雷電的衝擊而正常運行，同時光纜的性能沒有降低或變化較小。
根據IEC60794-4-1標準附錄F中對高電壓電力線的光纖複合架空地線(OPGW)的規定，提出了雷電流由四部分構成的雷擊測試方案。這四部分包括(1)初始衝擊稱為″A″電流。初始衝擊模擬雷電的第一次放電。它的上升時間少於25μs，脈衝持續時間少於500μs，峰值為120kA±10％。
(2)中間電流稱為″B″電流。這是一個呈指數衰減的波形，其電流平均值為2kA，脈衝長度少於5ms。轉移電荷為10C。
(3)連續電流稱為″C″電流。連續電流的持續時間長、電流幅值低。用戶決定連續電流的幅值、持續時間和轉移電荷量的大小。在大多數情況下，用戶將持續時間指定為50～500ms，將電流幅值設定為100A～1kA，將轉移電荷設定為20～200庫侖。
(4)再衝擊稱為″D″電流。再衝擊是模擬雷電的二次閃擊。其峰值為100kA±10％，持續時間少於500μs。
根據上面的分析，本發明最終採用了第三種方案，即長時連續電流「C」電流方案。目前已經過多次試驗證明，完全符合模擬雷擊試驗的要求。並且「C」部分電流就可以保證轉移電荷大小。
經過國電信息中心的電力科技查新，對國內外相關資料庫及有關網站進行了聯機檢索，並對國電信息中心的館藏最新相關期刊進行了手工檢索，共檢出密切相關文獻8篇。通過比較分析可以看出，光纖複合架空地線(OPGW)的「C」電流雷擊試驗系統在國內外未見報導。
發明內容
本發明的目的是提供一種光纖複合架空地線「C」電流雷擊試驗系統，可應用於檢測光纖複合架空地線(OPGW)電氣性能的耐雷擊性能，適用於光纜廠家的光纖複合架空地線(OPGW)新產品設計及某型號的型式試驗，為滿足現場要求的工程設計提供依據，還可適用於現場產品質量的抽檢，以及發生雷擊事故時的責任認定等方面。
本發明所採取的技術方案是一種光纖複合架空地線(OPGW)「C」電流雷擊試驗系統包括固定OPGW試樣的機械裝置，OPGW雷擊試驗源，控制單元，由電測量單元和光測量單元所組成的測量單元，電極以及連接電路；其中光測量單元包括光源、光功率計及光纖迴路。
雷擊試驗源發出試驗所需的雷擊電流，通過放電電極施加到OPGW試樣上；控制單元用於控制電極快速觸發放電並維持電弧的續流保持設定的時間，保證放電電荷量滿足標準的要求；電測量單元用於測量雷擊連續電流並換算為轉移電荷量，直流電流探頭設置在接電極的電纜線上，利用霍爾效應測量電流，並且轉換為電壓信號由示波器測量；光測量單元中的光功率計連接在OPGW試樣的任一端，以測量光衰減；放電電極加到OPGW試樣上的電流是連續電流「C」電流，燃弧持續時間大於0.5秒。
連續電流「C」電流的幅值為100～400安培。
由於採用了上述的技術方案，本發明具有的技術效果是與國內國外此類試驗方法相比較，此方案的電流迴路最簡單、時間控制迴路最簡單、不需要觸發電弧的大電流或者電壓，大大降低了試驗成本及試驗難度。這種方案是非常行之有效的，而且是最為簡捷的方案。
圖1是本發明一種光纖複合架空地線「C」電流雷擊試驗系統的電氣原理圖。
圖2是本發明一種光纖複合架空地線「C」電流雷擊試驗系統的固定OPGW試樣的機械裝置構造原理圖。
圖3是本發明一種光纖複合架空地線「C」電流雷擊試驗系統的150C試驗雷擊連續電流波形圖，光纜外層單絲斷股數為5股。
圖4是本發明一種光纖複合架空地線「C」電流雷擊試驗系統的100C試驗雷擊連續電流波形圖，光纜外層單絲斷股數為3股。
圖5是本發明一種光纖複合架空地線「C」電流雷擊試驗系統的50C試驗雷擊連續電流波形圖，光纜外層單絲斷股數為1股。
具體實施例方式
下面結合附圖具體描述本發明。
參見圖1，表示了本發明的電氣原理圖。本發明的一種光纖複合架空地線(OPGW)「C」電流雷擊試驗系統包括固定OPGW試樣的機械裝置，OPGW雷擊試驗源，控制單元，電測量單元，光測量單元，電極以及連接電路。
雷擊試驗源發出試驗所需的雷擊電流，通過放電電極施加到OPGW試樣上。
控制單元用於控制電極快速觸發放電並維持電弧的續流保持設定的時間，保證放電電荷量滿足標準的要求。
電測量單元用於測量雷擊連續電流並換算為轉移電荷量；其直流電流探頭設置在接電極的電纜線上，利用霍爾效應測量電流，並且轉換為電壓信號由示波器測量；電流通過導線引起導線周圍電磁場的形成，電流探頭感應這一場的強度，並且轉換為電壓信號由示波器測量。測量時，只要將電流探頭夾在接電極的電纜線上即可。
光測量單元中的光功率計連接在OPGW試樣的任一端，以測量光衰減；放電電極加到OPGW試樣上的電流是連續電流「C」電流，燃弧持續時間大於0.5秒。連續電流「C」電流的幅值為100～400安培，不需要點火迴路的電流(電壓)。
參見圖2，表示了一種光纖複合架空地線「C」電流雷擊試驗系統的固定OPGW試樣的機械裝置構造原理圖。在固定OPGW試樣的機械裝置當中，OPGW試樣9通過兩端的固定夾具3和絕緣子2固定在測試裝置的支架上，絕緣子2與支架之間設有拉力計7和緊線螺絲1，在兩個固定夾具3之間連接有對稱接地導線4，鎢銅電極5固定在OPGW試樣9上方並與點火金屬熔絲6連接，鎢銅電極5與OPGW試樣9之間為電極與光纜表面間隙8，光功率計11與OPGW試樣9的一端相聯。
雷擊試驗用以評定OPGW承受規定雷電衝擊時OPGW的性能和光纖的光學特性。試驗在一段長度不小於1m的OPGW試樣的中點上進行，試驗光纖的最小長度為100m。
施加在OPGW試樣上的拉力為(15％～25％)RTS。OPGW初始溫度應設置在(23±5)℃之間。在同一試樣的不同點上應模擬重複試驗5次。
根據OPGW結構特性不同，測試參數應依據表1在0級到3級之間選擇，由用戶和製造廠商之間根據當地氣象條件協商確定。
表1 被試樣品上施加的電流、持續時間及轉移電荷量對應表
試驗完成後，單模光纖在1550nm波長下的附加衰減不大於1.0dB；如果發現任何單線斷裂，應計算OPGW其餘未斷股線的殘餘抗拉力，若其殘餘抗拉力小於75％RTS，應判為不合格。
參見圖3-圖5，分別表示了OPGW雷擊試驗連續電流波形圖型號規格OPGW-140試驗標準DL/T 832-2003試驗級別150C、100C、50C其中，試驗結果見表2，連續電流波形圖。
表2 試驗結果
在這種方案中，其主要特點就是放電電極加到光纜上的電流僅僅是持續電流「C」電流(幅值為100～400安培，持續時間為0.5秒)，不需要點火迴路的電流(電壓)，只需正確使用適合的引弧絲，掌握好電極與樣品的間距即可。這是與其它方案最主要的差別。
此方案的關鍵問題是，確保燃弧持續時間大於0.5秒。經過研究設計，此方法可使燃弧持續時間在0.1s～2.5s範圍內連續可調。
權利要求
1.一種光纖複合架空地線(OPGW)「C」電流雷擊試驗系統，其特徵在於包括固定OPGW試樣的機械裝置，OPGW雷擊試驗源，控制單元，由電測量單元和光測量單元所組成的測量單元，電極以及連接電路；雷擊試驗源發出試驗所需的雷擊電流，通過放電電極施加到OPGW試樣上；控制單元用於控制電極快速觸發放電並維持電弧的續流保持設定的時間，保證放電電荷量滿足標準的要求；電測量單元用於測量雷擊連續電流並換算為轉移電荷量，電測量單元的直流電流探頭夾在接電極的電纜線上，利用霍爾效應測量電流，並且轉換為電壓信號由示波器測量；光測量單元包括光源、光功率計及光纖迴路，其中光功率計連接在OPGW試樣的任一端，以測量光衰減；放電電極加到OPGW試樣上的電流是連續電流「C」電流。
2.根據權利要求1所述的一種光纖複合架空地線(OPGW)「C」電流雷擊試驗系統，其特徵在於所述的連續電流「C」電流的幅值為100～400安培，燃弧持續時間大於0.5秒。
3.根據權利要求1或2所述的一種光纖複合架空地線(OPGW)「C」電流雷擊試驗系統，其特徵在於在固定OPGW試樣的機械裝置當中，OPGW試樣(9)通過兩端的固定夾具(3)和絕緣子(2)固定在測試裝置的支架上，絕緣子(2)與支架之間設有拉力計(7)和緊線螺絲(1)，在兩個固定夾具(3)之間連接有對稱接地導線(4)，鎢銅電極(5)固定在OPGW試樣(9)上方並與點火金屬熔絲(6)連接，鎢銅電極(5)與OPGW試樣(9)之間為電極與光纜表面間隙(8)，光功率計(11)與OPGW試樣(9)的一端相聯。
4.根據權利要求3所述的一種光纖複合架空地線(OPGW)「C」電流雷擊試驗系統，其特徵在於試驗在一段長度不小於1m的OPGW試樣的中點上進行，試驗光纖的最小長度為100m。
5.根據權利要求3所述的一種光纖複合架空地線(OPGW)「C」電流雷擊試驗系統，其特徵在於施加在OPGW試樣上的拉力為(15％～25％)RTS；OPGW試樣的初始溫度設置在(23±5)℃之間。
全文摘要
一種光纖複合架空地線的「C」電流耐雷擊試驗系統，屬於電力系統通信技術領域。包括固定OPGW試樣的機械裝置，OPGW雷擊試驗源，控制單元，電測量單元，光測量單元，電極以及連接電路；雷擊試驗源發出試驗所需的雷擊電流，通過放電電極施加到OPGW試樣上；控制單元用於控制電極快速觸發放電並維持電弧的續流保持設定的時間；電測量單元用於測量雷擊連續電流並換算為轉移電荷量；光測量單元當中的光功率計測量光衰減；雷擊試驗源通過放電電極施加連續電流「C」電流，燃弧持續時間大於0.5秒。「C」電流的幅值為100～400安培。本發明的電流迴路和時間控制迴路簡單，不需要觸發電弧的大電流或者電壓，降低了試驗成本及難度。
文檔編號H04B10/08GK1743861SQ20051010591
公開日2006年3月8日 申請日期2005年10月8日 優先權日2005年10月8日
發明者孫德棟, 陳希, 戚力彥, 趙大平, 李可為 申請人:中國電力科學研究院