ADSS光缆电腐蚀探索

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adss光缆是一种全绝缘介质的自承式架空光缆。由于ADSS光缆诸多的优点，近年来，威海供电公司大力推广使用此类光缆，并大多安装在原有的220千伏线路电力杆塔上，随着光缆运行时间的推移，其自身的缺陷也逐步地暴露出来，近几年发生了多起ADSS光缆故障，影响了通信网络正常运行，从而影响电网的安全可靠运行。

一、故障原因分析

我们对2003年10月至2005年10月的故障记录进行了统计分析，共发生14次光缆故障，全部发生在220千伏线路上，且大部分故障都发生在多雾多雪等空气湿度比较大的恶劣气侯下。此种气候，故障处理工作人员会面临重重困难，一是交通不便，其次是高空带电作业，有时高空作业无法进行，只能等。这会耗费大量的人力、物力，而且拖延了处理故障时间，为此，我们迫切需要解决此问题。图1至图3为这些故障的典型照片。

图1

从图1中光缆表面出现的螺旋状痕迹是防振鞭剥离后的真实写照。从图中可以看出光缆护套出现深深的印痕，现场可清晰看出防振鞭与光缆接触部位的边缘护套有发白现象（炭化），除与防振鞭接触部位外，光缆表面完好，防振鞭表面有轻微龟裂。

图2

从图2可以看出光缆外护套被烧毁露出了芳纶纱，从现场可见内护套表面有破洞，中心FRP被拉断，防振鞭表面特别是断头附近龟裂严重，裂纹分布不均，拉断的芳纶纱有被烧的痕迹。

图3中螺旋状物为防振鞭。从图可以看出防振鞭与光缆接触部位护套有类似于被烙铁碰过的熔化现象，并露出芳纶纱。防振鞭表面出现裂纹，分布不均匀，在现场可以看出，两端部位较中间部位严重。

从故障现场及照片可知，防振鞭表面有明显的“电树枝”现象，而且分布是不规则和不均匀的，但除与防振鞭接触部位外，光缆表面没有树枝痕迹，也就是说光缆故障发生是局限在金具与防振鞭之间的区域，腐蚀痕迹沿防振鞭呈螺旋状，距离金具端明显，远离金具端则不明显，甚至没有。腐蚀严重时还会烧毁光缆护套，甚至露出芳纶纱；光缆上半部分和防振鞭的两端腐蚀现象比较严重。从故障现象上可以基本确定，此类故障主要是电腐蚀所引起，为此，我们来看看电腐蚀产生的机理。

二、电腐蚀现象产生的机理

影响或产生电腐蚀的原因较多，如：光缆挂点位置、挂点处的场强、光缆材料、防振鞭材料、施工质量、环境、气候等因素。挂点处的高场强是形成电腐蚀的主要原因。这里主要是解决已投运光缆的问题，我们从场强分析进行解决。

1、光缆表面接地电流的形成

运行中的光缆，处于导线周围的强大电磁场中，光缆对导线和大地之间的电容耦合使之处于一个空间电位的位置。在空间电位的作用下，光缆护套表面存在感应电压，随着时间的推移，光缆表面受污染且又遇潮湿时，光缆表面形成一电阻层,参见图4(2)等效电路图，由图可知，处于导线和地之间一小段光缆的空间电位是C1和C2两个电容的分压，R为污秽的光缆表面潮湿时的表面电阻，在感应电压的作用下，通过光缆表面电阻向金具、铁塔产生接地电流，参见图4(1)。

2、光缆表面电位变化和接地电流变化关系

在任意一段挡距内光缆表面的电位变化和接地漏电流的变化关系可以近似地由图5来表示；电位沿光缆表面走向分布可以近似地由图6来表示。

图5中AA1和BB1段由于杆塔、金具接地屏蔽因素的影响，在AA1和BB1的光缆表面承受很小的电位，而在金具的出口附近光缆表面依然承受很高的电位，由此，在金具附近光缆表面形成巨大的电位差，从而在光缆的金具附近产生明显的对地漏电流。

图七可以看出光缆悬挂点距离与电位的分布关系，距离越远，电位越高，但在中间段几乎是等电位，电位差可以忽略，即漏电流也可以忽略不计，只是在两端即金具出口处产生较大的表面漏电流。

3、电腐蚀故障形成的主要因素

在潮湿条件下，强电场会使光缆表面漏电流增加(0.5-5mA)，使得光缆表面局部受热，导致光缆表面水分失去，形成干燥带，阻碍接地电流的继续流动，当干燥带附近的电荷积累到一定程度时，即两端的场强足够高，超过介质（空气）的绝缘强度时，将产生拉弧放电，这就是我们常说的电弧，电弧瞬间温度可高达500度甚至更高，电弧现象重复发生导致光缆表面熔化形成电灼伤痕迹。一般电痕现实体现为材料表面的“树枝化”、灼伤、炭化、熔化等。如图7所示。由此可知，电腐蚀发生的基本条件是要有一定的漏电流和足够高的电位。

一般来讲，随着光缆运行时间的推移，受到各种环境因素影响（如环境污染、复冰复雪等）及通过护套的泄漏电流产生的热量等，使光缆表面聚合物慢慢失去结合力并最终失效，表现在光缆表面粗糙、护套减薄致使光缆腐蚀参见图8，这种腐蚀在光缆寿命期间是正常现象不会对光缆造成故障，但是，在光缆金具出口处，由于存在巨大的电位差，加上粗糙的光缆表面及交变感应电压的影响，就再次为干弧放电创造了条件，形成恶性循环，从而加剧了放电。以后由于电腐蚀作用的加强加深，在张力的作用下开裂并露出纺纶纱，最终使得光缆材料的物理性能遭到破坏或熔化形成空洞状，使光缆护套发生击穿，直到维持不了张力的那一刻，造成光缆断缆故障。

通过以上的分析我们知道电腐蚀现象通常发生在线路场强分布变化最激烈的光缆表面，即光缆挂点的金具附近，而实际发生电腐蚀的部位也与上面的分析相吻合。

三、光缆电腐蚀现象的应对措施

从上面的分析可知，对已投运的光缆，如果能有效阻止光缆表面与金具接合处电弧的产生就有可能减少光缆电腐蚀故障的发生。

针对已投运的光缆电腐蚀故障现象，通过调研分析，如果能在光缆表面形成保护层，防止干燥带的形成，使光缆表面不易形成污垢，即使有少量的污垢遇到雨水后，污垢能在雨水的冲洗下自行脱落，并具有耐高温性能和良好的阻燃特性及表面抗紫外线照射能力。防止光缆表面老化，增强光缆护套表面的绝缘能力，阻止光缆表面与金具接合处电弧的产生，就可以减少ADSS光缆电腐蚀故障。

为此，我们与研制单位合作，由研制单位开发了FD—X90特种无机纳米新型复合涂料，这种涂料部分参数甚至超过了我们提出要求。喷涂后在光缆表面形成一层保护膜，该保护膜阻止“干带电弧”形成的原理如下：

1、保护膜本身具有良好的防水性，自洁能力强，因此在其表面不易形成污垢；

2、具有极强的附着力，减轻了光缆表面的氧化作用，光缆表面不易形成干燥带，因此破坏了光缆表面发生电腐蚀的条件；

3、具有良好的绝缘性能，使得在保护膜表面承受高电位时产生的对地漏电流很微弱，达不到产生电弧的电流强度，同时又能将汇聚在保护膜表面的电能有效的泄放；

4、具有良好的耐高温性能和阻燃特性，其耐高温性能可达1000℃以上，而电弧产生的高温为500℃左右，故能有效防止电弧高温对光缆表面的伤害。

由于是新产品，我们在2005年11月初，分别对220千伏威凤线、车文线等400基杆塔上的光缆进行实验，自制了涂刷器械，采用新工艺，将涂料喷涂在最容易发生电腐蚀区域的光缆表面以有效抑制电腐蚀故障的发生。

目前该实验段光缆运行稳定可靠。2005年12月份，威海遭受了有气象资料记录以来最大的一场强暴风雪袭击，在威凤线未做实验的一段线路杆塔处光缆表面发生严重电腐蚀现象，而上述实验光缆段却经受住了考验，以往只要遇到恶劣天气都会或大或小的出现问题，实验光缆段到目前为止，未发生光缆电腐蚀故障，2007年春检又对上述实验光缆段进行了登杆巡视检查，光缆表皮良好，未有电腐蚀迹象，整个光缆系统运行稳定、可靠，达到了预期目的，大大提高了威海供电公司的光纤网络运行水平。■