ADSS光纜電腐蝕模擬實驗與改進對策

曹熙

摘 要：全介質自乘式（ADSS）光纜使用特殊性質絕緣材料，并且逐漸成為主要光纜類型。在ADSS應用過程中會出現電腐蝕的情況，以對電腐蝕問題進行預防和解決，針對導致電腐蝕的因素進行分析，研究了ADSS光纜電腐蝕的問題，通過模擬正常到極端高電壓環境進行現場運行試驗，發現了與電暈放電和干帶電弧放電不同的電腐蝕原因，并提出了相應的對策，通過試驗驗證了防范措施的有效性，可使ADSS光纜斷纜故障頻率得到降低。

關鍵詞：電力通信；ADSS光纜；電腐蝕;模擬實驗;對策

中圖分類號：TQ325;TN913.33

文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2024）03-0189-04

Simulation experiments and improvement countermeasures of electrical corrosion of ADSS optical cables

CAO Xi

（Southern Power Grid Big Data Service Co.，Ltd.，Guangzhou 510655，China）

Abstract：All-medium self-multiplication （ADSS）optical cable uses special insulation materials and gradually becomes the main type of optical fiber.In the process of ADSS application，electrical corrosion may occur.To prevent and solve the problem of electrical corrosion，the factors that cause electrical corrosion were analyzed，and the problem of electrical corrosion in ADSS optical cables was studied.Through simulating normal to extreme high voltage environments for on-site operation tests，different causes of electrical corrosion from corona discharge and dry strip arc discharge were discovered，and corresponding countermeasures were proposed.The effectiveness of preventive measures has been verified through experiments，which can reduce the frequency of ADSS cable breakage faults.

Key words：power communication; ADSS optical cable;electrical corrosion;simulation experiment;countermeasure

電力通信網為通信網絡中的專用網，能夠促進電力系統生產和調度，還能夠傳輸辦公自動化信號、繼電保護信號，實現電網自動化、信息化，電力通信對通信質量、中繼距離長度、可靠性的要求比較高。ADSS一般在電壓等級為220 kV的線路中使用，包括電力電纜溝道、架空輸變電線路中，能夠節約大量建設成本。另外，還能夠在不停電情況下作業，避免雷擊損壞。所以，被廣泛應用在電力通信網中［1］。

1 試驗方法

1.1 高壓電模擬實驗

為了更全面地模擬ADSS光纜的實際運行環境，特別設計了工頻交流耐壓試驗裝置。該裝置在銅芯鋁導線上施加50 Hz的交流電壓，試驗電壓范圍設定為0～70 kV，以覆蓋各種極端電場環境。ADSS光纜安裝在導線距離地面50 cm的位置，并通過鋁制預絞絲實現ADSS光纜的接地［2-3］。關于高壓模擬實驗的內容，見圖1。

在試驗中，通過紅外成像儀觀察了兩種不同纖芯數的AT型外護套半干式結構的層絞式ADSS光纜的放電和發熱情況。隨著加壓時間的延長，發現發熱點的位置保持穩定，但溫度卻有所提高。變換ADSS光纜的局部發熱點和預絞絲位置時，并未改變局部發熱點的位置。同時，增加預絞絲端頭和發熱點之間的距離也未導致局部發熱點溫度的降低。通過紫外成像儀觀察光纜外護套表面的末端和局部發熱點，未發現干帶電弧等異常情況。這表明，在試驗條件下，ADSS光纜的局部發熱點位置相對穩定，且預絞絲的變化對其溫度沒有明顯影響。所以，此局部發熱情況并不是以上情況導致的［4］。ADSS光纜空間電位標準如表1所示。

經加壓試驗發現，在強電場下，光纜的內外護套未因局部發熱或放電而改變材質。阻水紗未持續放電，相關放電成像見圖2。在纜芯中，未發現扎紗放電的情況。去掉阻水紗后，松套管和中心加強件同樣未出現發熱和放電。這表明設計結構在一定程度上能抵御強電場，保持穩定性和可靠性。

1.2 阻水紗材質

若發現ADSS光纜阻水紗出現放電情況，需分析原因，并利用掃描電鏡觀察其微觀結構。這種分析有助于發現潛在的材料缺陷或制造過程中的問題，從而改進光纜的設計和制造工藝，提高其抗放電性能和可靠性。阻水紗中纖維排列的方向不同，纖維之間空隙比較大，致密性低，并且表面存在細微雜質［5］。

1.3 ADSS光纜局部放電機理

根據ADSS光纜軸向分布，預絞絲附件電場作用涵蓋了阻水紗、各種大小的空氣間隙、吸水填料、纖維以及臨近的松套管。阻水紗的纖維表面填料和空隙形成了復合介質，在交流電場中承受的電場強度和介電常數與各層介質成反比關系。金屬氧化物雜質表面的相對介電常數超過空氣的相對介電常數，可能引發局部放電。放電過程中，光子的撞擊會導致ADSS光纜材料老化、燒蝕凹坑，最終可能導致斷纜故障。

ADSS光纜的電腐蝕主要起因于干帶電弧放電，即光纜外護套表面放電導致發熱。阻水紗內含不均勻分布的金屬氧化物雜質，在受到交流電場影響時會發生放電，導致光纜內部材質發生放電發熱。這種放電可能加速光纜材料的老化和燒蝕，最終造成光纜故障和損壞。假如現有對半干式結構ADSS光纜內部阻水紗的材質沒有明確規定，在使用過程中會導致放電，以此導致斷纜故障和光纜劣化［6］。

2 試驗結果與改進

2.1 光纜護套材料改進

護套材料創新為ADSS光纜電腐蝕的防護重點，一般空間感應電勢U≤12 kV，使用普通PE材料。假如12 kV≤U≤25 kV，可以利用抗電蝕材料。通過護套材料高分子鏈交聯產生交聯聚合物，在添加特殊材料成分后使光纜抗電蝕性得到提高。即便是在污染嚴重的區域中，抗電蝕ADSS光纜也能夠成功運行［7］。表2為護套的等級。

2.2 使用防暈環

在改進光纜外護套外皮材料時，使光纜抵抗電腐蝕能力得到增強。光纜金具末端在高壓環境中，強電場還會導致電暈放電。國外在220 kV以上電力線路ADSS中，在金具末端安裝防暈環，使電場密度得到降低，并且降低金具末端放電。國內ADSS大部分使用在220 kV以下，在220 kV桿塔中尋找感應電勢低的掛點，避免出現電暈。就鐵塔來說，通過理論計算，塔中央部分為最佳的掛點，根據施工難易度、材料成本進行考慮，實際掛點大部分為塔側。在部分塔型中，假如存在多回相線相序運行，塔側感應電勢與安全范圍邊界值，電暈損傷比較輕微，雖然短時間看不出問題，但是長時間就會影響壽命；設置防暈環能夠降低電暈放電過程中光纜皮層的損傷，表3為防暈環的規格。

2.3 金具掛點位置改進

掛點金具位置降低，使光纜對地和障礙物距離的要求得到滿足，掛點金具和防震金具的距離增加，從而使兩者空間電位電勢梯度降低，控制接地漏電在0.3 mA以下，不構成連續電弧，使光纜護套電腐蝕得到降低［8］。

3 討論與對策

3.1 使用耐電腐蝕的光纜

為了有效防止電腐蝕現象的發生，光纜制造廠積極采用了一種名為抗電痕AT的外套材料。這種創新的應用不僅體現了對光纜性能優化的深入探索，也反映了制造廠對產品質量和客戶安全的高度重視?？闺姾跘T外套材料的核心在于其半導電特性，這一特性是通過采用耐電痕PE外護套材料并添加特定的無機填料和炭黑來實現的。這些無機填料和炭黑的加入，使得光纜外護套層具備了優異的抗電痕能力，從而在惡劣的電氣環境下也能保持穩定的性能。在耐電痕PE外護套材料的配方中，一個值得關注的細節是添加了50%的無機化合物填料。這一舉措顯著提升了光纜的耐電痕性能，但同時也可能對光纜的其他綜合性能產生一定影響。因此，在選擇這種光纜時，用戶需要結合自身實際需求和運行環境，進行全面的考量。

結合上述分析，建議用戶在選擇耐電痕ADSS光纜和金具時，應充分考慮其運行環境、安全需求以及成本預算等因素。只有綜合考慮這些因素，才能確保選購到既符合自身需求，又能有效防止電腐蝕的優質光纜產品。此外，為了更直觀地了解材料的結構和性能，圖3作為參考。

圖3展示了材料的微觀結構和關鍵組成部分，從圖3中可理解抗電痕AT外套材料的優異性能和工作原理。

3.2 避免磨損光纜表層

保持ADSS光纜外護套表面光滑可減少污物附著，有效預防電腐蝕。然而，一旦外護套受損，如破裂、劃傷或磨損，可能導致表面積水，降低表面電阻，增加感應電流，從而引發電腐蝕，縮短光纜壽命。因此，定期檢查和維護外護套的完整性至關重要，以確保長期穩定運行和可靠性。在ADSS光纜施工過程中，使光纜無法與桿塔、地面、樹枝、房屋等物體產生摩擦和碰撞，并且不會由于金屬工具使光纜劃傷，保證布放光纜表面光滑，使光纜抗電痕性能得到提高［9］。

3.3 加大防震鞭和預絞線的距離

在電力線路中布置ADSS光纜時，尤其在檔距較大、風速為3～9 m/s的情況下，光纜可能會受到振動的影響。為了防止光纜振動失控，常規做法是在光纜兩端安裝防震鞭。通常情況下，每100～250 m設置一對防震鞭，而在250～500 m的距離上則設置2對。為了降低光纜振動，近年來，膠絲和防震鞭之間的距離逐漸增加至1 m，以減少電暈放電風險。由于推離防震鞭的金具較為復雜，通常需要專用工具進行操作，先將其頂住近端，然后沿著防震鞭的旋轉方向逆向推動，以增加間距。圖4描述了防震鞭的安裝過程。

在金具的周圍精心涂覆一層非線性有機硅絕緣漆，這不僅僅是一個簡單的涂抹過程，而是為了確保光纜系統的高效、穩定運行所采取的重要措施。這層絕緣漆的作用遠不止于簡單的裝飾或覆蓋，它實際上形成了一道堅固的保護膜，有效地阻擋了水分和污垢的侵入。在復雜多變的環境條件下，金具接頭往往容易受到外部因素的影響，如潮濕、塵埃等，這些都可能引發電氣故障，影響整個光纜系統的正常運行。而有了這層非線性有機硅絕緣漆的保護，金具接頭就能夠在很大程度上抵御這些外部威脅，確保其持續穩定地工作。這種技術的應用不僅提高了光纜系統的穩定性和可靠性，大大延長了其使用壽命。在減少了環境因素引起的潛在電氣故障后，整個系統的運行將更加順暢，維護成本也會相應降低。這意味著，除了技術上的升級和改造，還可以通過這些日常維護的小技巧來延長光纜系統的使用壽命，提高運行效率，進一步減少維護成本?？偟膩碚f，涂覆非線性有機硅絕緣漆是一項既實用又經濟的維護措施，它為光系統的穩定運行提供了有力保障，同時也為運營商和用戶帶來了更多的便利和經濟效益。

3.4 提高施工質量

通過專用ADSS牽張設備敷設光纜，可避免光纜在施工過程中受到不均勻力的影響，保護光纜光滑表層，減少積污附著，進而降低光纜電腐蝕的風險。這種牽張設備考慮了光纜的結構和施工環境，確保光纜在安裝過程中保持良好狀態，減少外界環境對光纜的不利影響。此外，使用牽張設備提高了施工效率和安全性，減少了施工過程中的風險和損壞可能性，為光纜的長期可靠運行提供了保障。

3.5 選擇電纜

相關研究指出，光纜電腐蝕主要受感應電壓和干帶漏電電流的影響。在工程設計階段，根據光纜廠家和相關部門提供的不同回路、塔型及運行方式下的桿塔點位圖，可以將感應電壓低于12 kV的點設置為掛點，以減少電弧發生的風險。這種設計策略有助于降低光纜電腐蝕的可能性，提升光纜系統的穩定性和可靠性。

在電纜選擇過程中，需重點考慮每段線路光纜的最高感應參考電壓。當感應電壓低于12 kV時，選擇普通護套光纜通常足夠。而當感應電壓為12～25 kV時，則需要選擇經過交聯處理的特殊護套光纜，以提高其耐電腐蝕性能。對于在高感應帶區域架設的光纜，可通過器件設置來降低漏電電流，從而減少電腐蝕的風險。同時，金屬外層和絕緣內層的屏蔽筒必須確保金屬外層有效接地，以確保屏蔽筒光纜的電壓為0。此外，結合光纜絕緣體的良好密封性，有效防止水流進入屏蔽光纜部分。對機械強度進行保證，避免屏蔽筒在風擺的過程中不會和光纜接觸［10］。

4 結語

通過實踐表明，使ADSS光纜外護套耐電腐蝕能力得到加強，避免在運行過程中的光纜外護套受到電腐蝕，保證ADSS光纜能夠可靠、安全的運行。除了使用耐電腐蝕性能良好的護套材料，還能夠對電場強度計算，從而選擇光纜掛點，以氣象條件對弧垂進行設計，保證光纜在低場強空間中運行。所以，在保證ADSS光纜質量、施工與維護運行時，在電力線路中ADSS光纜能夠控制電腐蝕。在220 kV電纜線路中，可以對ADSS光纜進行改造。

【參考文獻】

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［10］ 謝曉華，藍波，張均偉，等.耦合光纖和GIS技術的地下通信光纜智能系統優化設計［J］.粘接，2023，50（2）：184-187.

收稿日期：2023-10-12；修回日期：2024-02-13

作者簡介：曹 熙（1982-），男，碩士，研究方向：能源數據分析應用;E-mail：3257787587@qq.com。

引文格式：曹 熙.ADSS光纜電腐蝕模擬實驗與改進對策［J］.粘接，2024，51（3）：189-192.