110kV毕安Ⅰ回OPPC光缆工程 施工图说明文档格式.docx
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8接头盒要求15
9OPPC对杆塔的要求16
10OPPC架线16
11光缆主要材料表17
12批准概算投资18
13初步设计审查意见18
1总体部分
1.1设计依据
1)毕节供电局生产技术部,2011年4月20日《贵州电网公司毕节供电局2011年通信防冰措施项目工程110kV毕安I回OPPC光缆工程》《设计委托函》。
2)原110kV毕安I回线路施工图设计文件及毕节供电局提供其他有关资料。
3)设计依据的有关规程规范
由于本设计是在原110kV毕安I回线路的基础上进行,OPPC光缆线路设计遵循原线路本体工程设计规程、规范。
1.2设计范围
本光缆工程路由情况如下
本光缆工程是利用“220kV毕节变~110kV茶亭变110kV毕安I回线路”同杆塔架设光纤复合架空导线(OPPC)和两端进入变电站通信机房ADSS光缆本体部分设计,光纤芯数24芯,光缆线路长为13.386(OPPC)+0.40(ADSS)=13.786km。
1.3工程可行性
近年来该地区冬季覆冰较为严重,其毕节变和茶亭变负荷均为毕节城区重要负荷,为保障供电安全,通信系统应在任何情况下保持畅通,保障毕节变和茶亭变的通信可靠性,经毕节供电局研究,在110kV毕安I回线架设OPPC光缆,当线路结冰时,通过大电流强温融冰措施,保证110kV毕安I回线的安全和正常运行,同时确保通信光纤的安全正常畅通。
综上所述,建设《110kV毕安I回OPPC光缆工程》,并争取在2011年冰冻期以前建成投运是十分必要的。
1.4建设单位、施工单位及建设期限
建设单位:
贵州电网毕节供电局
设计单位:
施工单位:
招标拟定
监理单位:
施工时间:
建成投产时间:
1.5路由方案选择
本光缆工程路由方案情况如下
目前由于220kV毕节变至110kV茶亭变有110kV毕安I回线和110kV毕安II回线两条线并行,两条线均可架设OPPC光缆,但由于110kV毕安II回线处于杆塔路由外侧,且由于条件的限制,有的杆塔相距一个山头,其线路路由与110kV毕安I回线相比,施工难度很大,且杆塔线路比110kV毕安I回线长约400米,会增加工程投资,故推荐OPPC光缆架设在110kV毕安I回线路上。
光缆路由示意见附图。
1.6线路本体工程概况
1.6.1进出线情况:
220kV毕节变110kV进出线:
OPPC复合相线进入终端塔后,用一终端接头盒与24芯ADSS光缆连接(由于出线构架下方存在其它电力设备,光缆终端接头盒不便于安装),由终端塔架空至构架后进入电缆沟,沿缆沟进入通信机房。
110kV茶亭变进出线:
OPPC复合相线进入构架后,用一终端接头盒与24芯ADSS光缆连接后进入电缆沟,沿缆沟进入集控通信机房。
1.6.2线路历史情况:
原线路建设单位:
贵州电力开发设计研究所
毕节供电局长征公司
运行时间:
毕安I回线路于2003年9月建成投运,杆路维护较好,运行情况良好。
1.6.3线路现状情况:
全线海拔高程约1450~1550m,全线以高山大岭和一般山地为主。
地形系数:
高山大岭50%、一般山地30%、丘陵20%。
冰区划分:
全线为5~10mm冰区;
线路交通情况:
本线路有部分公路穿插垂直交叉本线路,均可利用,交通条件较好。
本工程汽车运距20.0km,小运距离0.8km。
本工程原电力线路导、地线型号分别为:
全线为LGJ-185/30、1*7-7.8-1270。
全线共有杆塔46基,其中耐张铁塔2基,耐张砼杆25基,直线砼杆19基,本工程主要杆塔有:
JD、J2、ZD2-2,最大档距660m。
被跨越物名称
跨越次数
备注
新建高压线路
1
穿越
110kV线路
2
35kV线路
4
10kV电力线及以下电力线
公路
9
通信线
10
房屋
6
河流
1.6.4主要交叉跨越情况:
1.7设计气象条件
由于本设计是在110kV毕安I回的基础上进行,故设计遵循与原有线路本体设计气象条件一致,本工程设计气象条件及组合见下表;
项目
气象条件
温度(℃)
风速(m/s)
冰厚(mm)
最高气温
36.2
最低气温
-10.9
设计覆冰
-5
年平均气温
12.8
最大风速
23
外过电压
15
内过电压
安装情况
-10
雷暴日
60.4日/年
冰比重
0.9g/cm3
2OPPC复合相线型式的选择
用OPPC替代三相电力线路中的一相,形成由两根导线和一根架空复合相线(OPPC)组合而成的电力传输系统,则不需另架设其它通信线路就可以解决电网的自动化、调度、通信等问题,并可大大提高传输的质量和数量。
而且由于OPPC采用截面大良导体材料制造,能承受短路电流、雷击电流(包括潜供电流)比OPGW大;
同时相线光纤OPPC安装时不一定在杆塔最上方,所以不易遭雷击,如遇结冰,可通过导线覆冰设备,融化覆冰,避免冰害发生。
主要不利因数是投资较大,施工停电时间较长等。
对比常用的全介质自承式光缆(ADSS)和复合架空相线(OPPC),OPPC的最大优势是融冰方便,安全可靠,故根据毕节供电局的意向,本工程选用OPPC光缆为本工程通信光缆。
2.1OPPC设计原则
OPPC应满足两种功能,即电力传输和光纤通信。
OPPC的设计原则是:
OPPC产品必须满足送电线路设计规程对导线的全部要求,同时在运行中机械应力的变化、温度变化和短路电流条件下,OPPC应能满足对于光纤通信性能和光纤传输衰耗的要求。
OPPC主要设计原则如下:
2.1.1满足110kV~500kV架空送电线路技术规程(DL/T5092-1999)。
2.1.2满足DL/T621-1997“交流电气装置的接地设计技术规程”对地线稳定要求。
2.1.3满足《电力系统光纤通信工程设计技术规定》(报批稿)的要求。
2.1.4满足《光缆架空相线(OPPC)》Q/32063GCC02-2007。
2.2OPPC设计选型
根据原线路导线型号LGJ-185/30的结构及主要技术参数选择与其相同或接近的OPPC光缆,以达到光纤复合相线与原导线相匹配,并不对原有电力输送造成影响:
OPPC-24B1-185/30光纤复合相线与LGJ-185/30导线结构及主要技术参数比较
型号
LGJ-185-30
OPPC-24B1-185/30
外径mm
18.88
19.5
计算截面mm2
210.93
213.1
计算重量kg/km
732.6
732
AS面积/AL面积mm2
29.25/181.34
29.4/183.7
计算拉断力kN(RTS)
64.32
64.7
直流电阻Ω/km
0.1592
0.151
短路电流容量I2t(kA2S)
短路电流(40-200℃kA1s)
弹性系数N/mm2
76000
71200
线膨胀系数1/℃
18.9
19.7
允许载流量(40℃~70℃)
395
398
允许载流量(40℃~80℃)
465
491
允许载流量(40℃~90℃)
520
567
最大运行应力(MAT)(40%RTS)
124.97
121.97
表中OPPC光纤参数由深圳特发信息股份有限公司提供,仅供参考,最终结构和物理参数,待订货确定。
从上表数据对比,原导线与OPPC光缆参数基本一致,为保持两者在送电线路运行中的平衡和可靠性,在机械特性、质量、电气特性、外径等与原导线相匹配。
OPPC的缆芯采用铝包钢线材,光元件用不锈钢管层绞式结构。
2.2.1系统短路电流确定
在电力线发生短路时,有部分返回电流通过OPPC使其发热,这时OPPC的温升不能超过允许值,否则将影响光纤传输衰耗造成对光纤的损坏。
根据《电力系统光纤通信工程设计技术规定》2.1条规定,计算送电线路短路电流,应考虑5~10年电力系统发的规划或远景规划。
在OPPC选型时,通常是根据厂家提供的OPPC允许短路电流容量(kA2.t)来效验OPPC的热稳定,也就是由短路故障发生时,OPPC的短路电流通流量和短路电流等效时间来效验。
本工程根据“2013年贵州省电力系统规划”进行短路电流计算。
本工程各变电所2013年110kV侧的单相接地短路电流见下表:
变电所名称
110kV侧单相接地短路电流(kA)
毕节变(110kV)
茶亭变(110kV)
4.5
鉴于OPPC的运行寿命一般都大于30年,同时考虑贵州电网的远景规划及负荷增长情况,为提高本工程OPPC抗短路能力,建议本工程OPPC的短路电流容量按更远景年的短路电流水平来选取,参照相关工程OPPC短路电流取值,本工程OPPC的短路电流取为:
毕节变(220kV)6kA、茶亭变(110kV)侧4.5kA进行短路电流计算。
2.2.2短路电流等效时间的确定
根据《电力系统光纤通信工程设计技术规定》(报批稿)2.2条规定,短路电流持续时间,对于高可靠线路取0.25~0.3s,一般线路取0.5s。
本工程短路电流持续时间取值为0.3s。
2.2.3线路入地总短路电流
1)根据毕节变110kV侧母线单相短路电流为6kA,计算在毕节变110kV侧出口4.5kV段短路时总入地电流见下表。
3
5
毕节变(km)
0.05
0.5
1.0
1.5
2.0
总入地电流(kA)
5.74
5.52
5.36
4.94
4.78
8
2.5
3.0
3.5
4.0
4.35
4.04
3.85
3.54
3.32
2)根据茶亭变110kV侧母线单相短路电流为4.5kA,计算在茶亭变110kV侧出口4.5km段短路时总入地电流见下表。
茶亭变(km)
4.31
4.14
4.02
3.71
3.59
3.26
3.03
2.89
2.66
2.49
2.2.4OPPC短路热稳定的计算
输电线路的短路电流通常在两端变电所出口处最大,一旦离开将急剧衰减,一般考虑在线路两端出口处1~6千米较短距离内选用的OPPC必须满足要求,应效验其热稳定。
根据本工程各变电站出口短路电流大小,同时考虑到便于光缆的施工、运行维护,根据以往工程经验暂按以下参数进行短路电流分配计算。
当选择OPPC-24B1-185/30时,在单相短路故障点发生在进线档时,OPPC中流过的返回电流21.8KA,满足热稳定要求。
2.2.5光纤技术参数
光缆选用的光纤为ITU-TG.652光纤。
工作窗口为1310nm、1550nm。
工程所采用的OPPC光缆、导引光缆、尾纤,其光纤是同一生产厂按同一生产工艺生产的同批次光纤,每盘光缆没有光纤接头。
成缆前的一次涂覆光纤全部经过拉力筛选试验,试验拉力不小于8.6N(约为0.7Gpa,100kpsi,光纤应变约为1%),加力时间不小于1秒钟。
以保证在长期运行中,光缆承受规定的工作荷载条件下,光信号的衰减值不超过标书的要求,不发生光纤的破坏。
G.652光纤特性(成缆后)
1、光纤几何特性
(1)模场直径:
9.3μm±
0.5μm
(2)包层直径:
125μm±
2μm
(3)包层不圆度:
<1%
(4)模场同心度偏差:
<0.8μm
(5)涂层直径:
245±
10μm
2、光纤的光学特性
(1)折射率分布:
见附件。
(2)有效群折射指数:
见附件(λ=1.31μm,λ=1.55μm)。
(3)截止波长:
<
1270nm。
(4)零色散波长:
1300-1324nm。
3、光纤的传输参数
(1)损耗系数≤0.35dB/km(λ=1.31μm)。
(每盘每纤单向最大值)
≤0.21dB/km(λ=1.55μm)。
(2)色散:
零色散最大斜率≤3.5ps/nm·
km(λ=1310nm)。
≤18ps/nm·
km(λ=1550nm)。
(3)熔接衰耗(工程条件):
≤0.05dB/个(双向平均值)。
2.2.6OPPC光缆耐热性能及融冰措施对光纤性能的影响
与传统导线相同,OPPC正常运行时长期最高温度设计为80℃,N-1事故情况下设计为90℃。
经测试,通流后导线实际表面温度低于70℃,符合我国现行标准对导线最高温度70℃的要求。
70℃-90℃的温度对导线的铝、钢性能无影响,材料组织结构不会遭受破坏,不会引起塑性变形。
根据欧洲实验室试验,在无风、环境温度为40℃情况下,通流使OPPC表面温度达117℃时,OPPC光纤依然正常运行。
因此,OPPC并不需要使用耐高温光纤,使用常规光纤即可。
下表为OPPC光纤的环境性能,数据表明其性能是满足通信要求的。
常规光纤环境性能
温度循环附加衰减(-60℃-+85℃)
≤0.05dB/km
湿热老化(+85℃±
2℃,85%RH,30天)
高温老化(+85℃±
2℃,30天)
输电线路通常采用热力融冰方式进行融冰,其技术原理就是将覆冰导线作为负载,施加直流电源,用较低电压提供短路电流,加热导线使覆冰融化。
这种融冰方式会使导线温度升高,OPPC正常运行时长期最高温度设计为80℃,因此需要合理控制融冰电流和融冰时间,避免融冰时导线温度超过这一最高限值。
峰值温度不应超过+200℃,且持续时间不应超过5秒,否则可能会影响光纤的传输性能。
OPPC长期运行最高设计温度为80℃,高于普通导线温度的限值70℃,因此适用于普通输电线路的正常的热力融冰措施对于OPPC光纤性能不会产生损害。
2.2.7OPPC设计选型推荐方案
综上所述,本工程设计选型推荐方案,OPPC主要参数及要求如下表,其最终参数待设备招标时确定。
OPPC-24B1-185/30光纤复合相线结构及主要技术参数
导线型号
19.65
短路电流容量I2t(kA2S)≥
474.8
短路电流(40-200℃kA1s)≥
21.8
最大抗侧压力(N/100mm)
卖方提供
年平均运行应力(EDS)
卖方给出
极限抗拉强度(UTS)(kN)
允许最小弯曲半径
动态
静态
安装温度
-10℃~+50℃
运输和运行温度
-40℃~+80℃
2.2.8ADSS光缆技术要求
使用地区
终端塔至通信机房
型号
ADSS-AT-24B1-100m
使用范围
110kV
Δ光纤芯数
24
Δ外径(mm)
≤12.5
参考质量(kg/km)
≤121
Δ最大场电压为(千伏)
25
Δ标称抗拉强度(kN)
≥10
最大档距(m)
100
熔接衰耗
0.05dB/km
最大允许工作应力MAT(kN)
最大抗侧压力≥2200N/100mm
建议最大档距(m)
杨氏模量(kN/mm2)
热膨胀系数(1/゜C)
极限最大允许工作张力(kN)
建议的每日张力EDS(kN)
芳纶股数
芳纶每股受力(kN)
受力截面(mm2)
外护套材料及厚度最小值:
≥1.5mm
3导线与OPPC组合配置
3.1导线与OPPC组合配置
根据原设计资料及运行资料,原线路导线采用LGJ-185/30钢芯铝绞线,安全系数为2.6,最大使用应力为111.42(N/mm2),与之匹配的光纤复合架空相线OPPC-24B1-185/30,安全系数为2.6,最大使用应力为113.39(N/mm2)。
OPPC光缆与原导线在运行中应力基本一致。
故导线应力与弧垂在各个阶段(档距、温度)相同。
3.2OPPC初伸长处理
OPPC-24B1-185/30初伸长处理:
初伸长按降温20℃进行补偿。
由于原导线经过长期运行,初伸长已完全消失,因此新架设光缆驰度因略高于原导线驰度,施工时应按应力弧垂数据执行。
4绝缘配合设计
绝缘配合按Q/CSG中国南方电网有限责任公司企业标准《110kV~500kV架空输电线路设计技术规定》(暂行)(Q/CSG11502-2008)和《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》(DL/T620-1997),以及毕节供电局提供的运行资料及原设计资料。
4.1污区划分
根据毕节供电提供的运行资料及原设计资料,该线路所经路径区域均为城区边缘,途径有工厂,参考该线路运行资料,本工程全线划为II级污区。
4.2绝缘子串的选择
根据毕节供电局提供的运行资料及线路踏勘情况,本工程绝缘子串运行状况较好,不需更换,本工程只需更换线夹,其余保留线路本体原有。
5OPPC金具设计
针对本工程设计的具体条件,实际的档距、高差以及OPPC的悬垂角,设计OPPC的悬垂串的串型,以确保OPPC的运行安全。
推荐OPPC均采用预绞丝式悬垂及耐张线夹。
1)悬垂线夹破坏强度及最小握着力要求如下:
适用型号
破坏强度
握着力
≥100kN
采用有限握力线夹
2)耐张线夹破坏强度及最小握着力要求如下:
≥OPPC破断力
≥95%OPPC破断力
6OPPC的防振设计
架空送电线路导线振动的产生与多种因素有关,包括风激、地形及地物条件、线夹的设计等等都有关系。
而目前,从防振的角度来看,导线阻尼和疲劳性能以及导线的自身性能、地形地貌等对振动的影响较大。
工程上行之有效的防振措施包括减小导线平均运行应力、采用护线条和采用防振锤、阻尼线等。
参照《电力系统光缆通信工程设计技术规定(送审稿)》的要求,OPPC平均运行应力应限制在20%UTS以下,这对于减少OPPC的振动较为有利(本工程OPPC的平均运行应力在20%UTS以下)。
同时,OPPC采用了预绞丝式的悬垂线夹和耐张线夹,对于增加导线线夹出口的刚度、减少弯曲应力以及动态冲击应力也都有较大的帮助。
根据本工程中标厂商对OPPC的配套防振设计,本工程采用预绞式防振锤进行防锤。
具体金具、防振锤使用数量、型号及安装方式、安装距离等,详见《架线明细表》,以及《机电施工图》及厂商提供的《安装手册》。
7OPPC接头和盘长要求
由于OPPC不允许在档内接头,只能在铁塔上将OPPC引下至接头盒进行接头,因此,OPPC的长度必须按配盘后各耐张段定长订货。
本工程OPPC的接头将在施设时确定。
根据制造厂家的生产能力,本初设OPPC的最大盘长定为4.4km。
8接头盒要求
光缆接续盒为不锈钢或铝合金材质,接续容量为24芯,接续盒有很好的密封性能、机械强度,以确保运行安全,接头盒安装形式根据中标厂家商定。
光缆接续由厂家负责,具体接续费用含在招标报价内。
OPPC接头盒设计要求
(1)电气性能:
适用电压等级为110kV,干工频耐受电压265kV,湿工频耐受电压200k。
(2)机械性能:
确保OPPC与接头盒之间连接用固定夹具的机械性能和抗拉强度。
(3)光学性能:
光纤单元的盘绕附加损耗最小。
(4)密封、耐环境性能:
水压密封要求满足2m水深,24h取出盒内无水滴,绝缘污秽等级为III级。
密封性能在25年内不失效。
(5)接头盒绝缘性能应满足规范的要求。
(6)接头盒的引流线推荐并沟线夹采用“安普”线夹。
(7)接头盒绝缘设计
按照电力行业标准《110-500KV架空送电线路设计技术规程》DL/T5092-1999Ⅱ级污秽区为2.0~2.5cm/KV,为使所选绝缘子片数对该区域有一定裕度,推荐本工程Ⅱ级污秽区单位泄漏距离为2.5cm/KV(标称电压),并按海拔1600米高程进行修正,结果取值为1220mm。
因此要求接头盒绝缘高度≥1220mm满足。
本工程推荐:
中间接头盒和终端接头盒均采用支撑式(如图附后)。
(8)OPPC架设位置
通常OPPC位置可架设在边相或中相。
由于OPPC在本工程中属于改建,为了施工方便,便于通过下方被跨越物(利用两边线塔跨越绳),同时中相也具有更好的防雷效果,故本工程推荐OPPC置换中相位置。
9OPPC对杆塔的要求
根据毕节供电局提供的运行资料及原设计资料,毕安I回线路于2003年9月建成投运,杆路较新,运行情况良好。
根据10mm冰区耐张杆塔用实际档距进行,经验算,10mm冰区OPPC-24B1-185/30配合的最大使用张力为24.885kN(安全系数为2.6),比原线路设计最大使用张力24.738kN大,不增加水平荷载。
根据选择的OPPC参数、按规程要求,由于本工程OPPC光缆参数选择与原导线基本一致,满足机械强度要求,同时满足原杆塔强度要求,原杆塔不需要补强。
具体在施工设计阶段,对原杆塔的运
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