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摘要：本文综合叙述了近年来人们为了防止和控制ADSS光缆电腐蚀而做出的研究。文章从选择合适的光缆挂点位置、安装防电晕环、改进光缆护套材料、使用防振锤、预绞丝等多个角度论述了防止和控制ADSS光缆电腐蚀的常规办法。并分别从基于Sagnac光纤干涉仪和基于漏电流传感系统的角度描述了实现ADSS光缆电腐蚀在线监测技术的原理。
关键词：ADSS光缆 电腐蚀防治措施在线监测
1 引言
随着电力行业的快速发展，电网规模不断扩大，电网运行维护的现代化水平也不断提高。为了满足电网日益增长的信息传输需求，电力通信网也得到了快速的发展。其中，ADSS光缆（全介质自承式光缆）具有频带宽，传输容量大，工作温度范围广、架设方便等优点，已广泛应用于电力通信光传输网。但在实际工作中，由于受到环境因素和复杂电磁环境的影响，ADSS光缆因电腐蚀而断裂的事故时有发生，这不仅妨碍了电力通信网络的正常运行，更是威胁到了电网的安全性和稳定性。ADSS光缆的电腐蚀现象不容忽视。近些年来，一些研究机构都对ADSS光缆的电腐蚀现象做了研究分析，其研究现状主要表现在下面几个方面。
2 ADSS光缆电腐蚀机理分析
2.1 ADSS光缆电腐蚀原理
对于加挂在输电线杆塔上的ADSS光缆，由于光缆位于高压输电线路与地线形成的复杂电磁环境中，光缆的外表面会形成感应电压。因为固定光缆的末端金具与杆塔相连，而杆塔接地，所以光缆靠近杆塔的一端感应电压为0。在金具出口的一小段距离内，光缆外表面的感应电压值急速升高至最大值，并随着与杆塔和金具的距离越来越远，光缆外表面的感应电压逐渐减少，并呈现稳定状态，如图1所示。对于长时间工作在户外环境中的ADSS光缆，空气中的灰尘等污染物会堆积在光缆外表面，在潮湿的环境中，光缆外表面会形成电阻层。在感应电压的驱动下，光缆表面与金具、接地的铁塔间会形成电流，该电流被称作接地漏电流。由于接地漏电流的焦耳热效应，光缆外护套中的水分不断减少，并逐渐形成了具有一定绝缘性的干燥带。因为干燥带的绝缘性能，电流的流动受到了阻碍，从而积压电荷形成了感应电场。当感应场强足够大时，将击穿周围的空气并产生放电电弧，即“干带电弧”。电弧反复放电，产生的热量使光缆护套形成树枝状碳化电迹线，进而破坏外套的聚合物，形成腐蚀[1]。如果电弧热量足够，甚至会烧断光缆中的芳纶纱，使光缆断裂。
2.2 电腐蚀常见形式
由于电弧对光缆护套作用的外在表现不同，电腐蚀通常存在三种常见的形式：腐蚀、电痕、击穿[2]。腐蚀现象指的是接地漏电流和电弧产生的热量，减弱了护套材料的结合力，使得护套表层粗糙、变薄。电痕是指在电弧的作用下，光缆外套形成碳化通道，随着碳化程度的加深，在光缆张力的作用下外套开裂。击穿是指电弧烧化了光缆护套的边缘并造成穿孔。
3 ADSS光缆电腐蚀防治措施研究
3.1选择合适的光缆挂点
光缆挂点位置的選择是个复杂的问题，原则上选择挂点的位置应该满足以下几个条件：1、挂点处的电场强度应该尽可能地小，在不考虑金具对电场的影响下应尽量选择电场强度小于10kV/m的挂点位置;2、计算杆塔周围电场强度分布，确定挂点处的电场强度时，应把金具对挂点位置电场强度的影响考虑进去;3、注意校验挂点位置光缆的张力弧垂性能，对地面障碍物是否满足安全性要求[3-4]。
大型通用有限元软件ANSYS可以计算杆塔附近的电场强度分布。通过在ANSYS中建立杆塔、金具、跳线的三维模型，选择合适的单元进行网格划分，将杆塔上的输电线路看成电荷均匀分布的长直导体，施加合适的边界条件，即可求解出杆塔周围电场强度的分布值。此处的边界条件属于齐次第一类边界条件：在高压电线距离挂点最近处加载电压有效值89.7kV（如果是110kV输电线），加载电压有效值179kV（如果是220kV输电线），在杆塔和边界上加载电压0V[1]。求解计算即可得到杆塔周围的电场分布值，进而查看悬挂点处的电场强度值。当悬挂点处的电场强度值大于10kV/m时，应当重新选择ADSS光缆的悬挂点的位置。当悬挂点处电场强度值小于10kV/m时，应考虑悬挂金具出口位置的电场对电腐蚀的影响：在ANSYS中建立挂点金具模型，施加相应的边界条件，即可求出金具处ADSS光缆表面的电场强度分布，进而找出ADSS光缆在金具出口附近最容易腐蚀的区间[1]。
3.2安装防电晕环
ADSS光缆金具的末端形状不规则，金具周围的电场强度数值较高，容易引起光缆表面干带电弧，形成电腐蚀。将防电晕环安装到金具末端，可以将金具末端的起晕电压升高至1到1.6倍[5]，降低金具端的电场强度，使其不易击穿空气形成干带电弧，进而减轻了因电晕产生的电腐蚀。
3.3ADSS光缆护套的改进
ADSS光缆护套采用AT护套（抗电痕护套）可以更好地保护光缆，减轻电腐蚀现象。在光缆护套材料中加入无机填充物可以改善护套的耐热性能，降低接地漏电流，从而减轻电腐蚀的损害程度[6]。此外，国外也有研究表明使用半导体材质作为光缆护套能够减少电腐蚀损伤[7]。
3.4减少防振鞭的使用
防振鞭的电性能长久以来一直被忽视，然而在电力通信网中已经发生多起与防震鞭相关的电腐蚀事件。发生电腐蚀现象的防振鞭整个表面都存在外表皮树枝化的现象。如果防振鞭与金具的距离过近，那防振鞭与金具将形成放电通道，从而产生极高的热量，烧毁光缆外套。因此，应尽量减少使用防振鞭，并且可以考虑使用防振锤代替防振鞭。即便必须要使用防震鞭，安装时也应当确保防震鞭距离金具绞丝末端至少1.5米[7-8]。 3.5使用预绞丝保护ADSS光缆
对于在预绞丝和防振鞭之间发生的电腐蚀部分，如果情况不严重，可以将光缆置于预绞丝的屏蔽层中，使用预绞丝来保护受到电腐蚀的光缆部分[5-6]。另外，应当将防振鞭移动至远离预绞丝的位置，防止电腐损伤蚀进一步恶化。
3.6国外的研究
Dr.Cristian Militaru使用一种新的测试方法证实：光缆的电腐蚀是在输电线耦合电容的作用下，电流击穿空气到达ADSS光缆，最后经过地线流到大地[9]。K.S.Edwards等人研发了便携式的测量光缆表面污秽电阻层电阻的仪器。通过该仪器测量光缆外表面污秽的电阻值，如果电阻值不高，可以判断光缆发生电腐蚀的可能性不高[10]。
3.7其他措施
除上述研究外，在金具附近的光缆护套上刷绝缘漆或者缠上绝缘胶带也能短时间内预防电腐蚀的发生[3-4]。另外，金具的形状、大小都影响着电场的变化，合适的金具形状能减少干带电弧的产生。在光缆的接地夹具周围装置一些针形放电间隙，也能保护光缆表层避免干带放电。此外，应当规范施工，减少施工中对光缆外套的损伤。
4 ADSS光缆电腐蚀的在线监测
4.1使用Sagnac光纤干涉仪在线监测
传统的OTDR设备能够检测出光缆上断裂的点，但不能检测出光缆外护套破损但内部光纤未受损的故障。光缆发生电腐蚀后，光缆的外护套受到损坏，会影响到光缆受损位置内部光纤的折射率、散射效应等参数。Sagnac光纤干涉仪的结构见图2。干涉仪中耦合器的两端连接到ADSS光缆中的两根光纤，并且两根光纤在远端环接。耦合器将激光器发出的光分成两束，按顺时针和逆时针传播通过系统，并最终在耦合器处再次会聚形成干涉。由于电腐蚀而造成两束光的相位、功率发生变化，通过数学推导可以计算出光缆发生电腐蚀的位置[11-12]。
4.2使用漏电流传感系统在线监测
ADSS光缆产生电腐蚀的原理表明，在电腐蚀的初始阶段，光缆的外护套上会产生接地漏电流。如果在光缆容易发生电腐蚀的区域安装高精度的漏电流传感器，并将采集到的电流数据实时传送回数据监测中心，该系统可采集到大量实际运行的有效数据[13]。通过对这些数据的实时分析，可以建立ADSS光缆电腐蚀的在线监测系统。
5 结束语
ADSS光缆已广泛应用于电力通信光传输网中，但电腐蚀问题影响到了ADSS光缆的稳定性和可靠性。因此，国内外很多研究机构都对ADSS光缆电腐蚀问题做了研究。分析电腐蚀产生的原理机制，能够为多角度解决光缆电腐蚀问题提供思路。而研究在线监测光缆电腐蚀的技术，构建ADSS光缆电腐蚀在线监测系统，也能进一步提高电力通信网的稳定性。
参考文献：
[1]张金城.ADSS光缆防电腐蚀解决方案研究[D].北京：华北电力大学，2014，1-50
[2]董源.ADSS光缆电腐蚀故障的在线监测方法[J].科技与企业， 2016，（4）：81-81
[3]王全.ADSS光缆电腐蚀的成因及防范措施[J].湖北电力，2008，32 （s1）：68-69
[4]杨兴.高海拔盐雾地区架空ADSS光缆耐腐蚀措施分析[J].西北水电，2012（5）：81-84
[5]李正超.ADSS光缆电腐蚀机理及预防措施[J].江苏电机工程， 2005，24（3）：37-39
[6]许峻青.电力通信ADSS光缆电腐蚀效应分析及其治理[J].信息通信，2013（9）：186-187
[7]赵元珍.青海察尔汗盐湖地区ADSS光缆腐蚀及解决方法的探讨[J].西北水电， 2012（1）：53-55
[8]王永超.ADSS光缆电腐蚀分析[J].科技信息， 2009（9）：755-756
[9]Felix G Kaidanov.ADSS Cables - Recognizing the Problems and Solutions[J].Transmission & Distribution World， 2002 （10）：10-15
[10]KS Edwards.Portable ADSS surface contamination meter calibrated in high voltage environment[J]. Power Delivery IEEE Transactions on， 2003，18（3）：888-894
[11]Bravo M， Pinto AMR， Lopez-Amo M， Kobelke J， Schuster K.
High precision micro-displacement fiber sensor through a suspended-core
Sagnac interferometer[J].Optics Letters.2012， 37（2）：202 204.
[12]XuWenyuan，ZhangChunxi，LiangSheng，etal.Fiber-optic distributed
sensor based on a Sagnac interferometer with a time delay loop fordetecting time-varying disturbance[J].Microwave and Optical TechnologyLetters，2009，51（11）：2564-2567.
[13]車国军.基于漏电流在线监测技术的ADSS光缆电腐蚀研究[J].电子技术与软件工程，2015（16）：235-236
关键词：ADSS光缆 电腐蚀防治措施在线监测
1 引言
随着电力行业的快速发展，电网规模不断扩大，电网运行维护的现代化水平也不断提高。为了满足电网日益增长的信息传输需求，电力通信网也得到了快速的发展。其中，ADSS光缆（全介质自承式光缆）具有频带宽，传输容量大，工作温度范围广、架设方便等优点，已广泛应用于电力通信光传输网。但在实际工作中，由于受到环境因素和复杂电磁环境的影响，ADSS光缆因电腐蚀而断裂的事故时有发生，这不仅妨碍了电力通信网络的正常运行，更是威胁到了电网的安全性和稳定性。ADSS光缆的电腐蚀现象不容忽视。近些年来，一些研究机构都对ADSS光缆的电腐蚀现象做了研究分析，其研究现状主要表现在下面几个方面。
2 ADSS光缆电腐蚀机理分析
2.1 ADSS光缆电腐蚀原理
对于加挂在输电线杆塔上的ADSS光缆，由于光缆位于高压输电线路与地线形成的复杂电磁环境中，光缆的外表面会形成感应电压。因为固定光缆的末端金具与杆塔相连，而杆塔接地，所以光缆靠近杆塔的一端感应电压为0。在金具出口的一小段距离内，光缆外表面的感应电压值急速升高至最大值，并随着与杆塔和金具的距离越来越远，光缆外表面的感应电压逐渐减少，并呈现稳定状态，如图1所示。对于长时间工作在户外环境中的ADSS光缆，空气中的灰尘等污染物会堆积在光缆外表面，在潮湿的环境中，光缆外表面会形成电阻层。在感应电压的驱动下，光缆表面与金具、接地的铁塔间会形成电流，该电流被称作接地漏电流。由于接地漏电流的焦耳热效应，光缆外护套中的水分不断减少，并逐渐形成了具有一定绝缘性的干燥带。因为干燥带的绝缘性能，电流的流动受到了阻碍，从而积压电荷形成了感应电场。当感应场强足够大时，将击穿周围的空气并产生放电电弧，即“干带电弧”。电弧反复放电，产生的热量使光缆护套形成树枝状碳化电迹线，进而破坏外套的聚合物，形成腐蚀[1]。如果电弧热量足够，甚至会烧断光缆中的芳纶纱，使光缆断裂。
2.2 电腐蚀常见形式
由于电弧对光缆护套作用的外在表现不同，电腐蚀通常存在三种常见的形式：腐蚀、电痕、击穿[2]。腐蚀现象指的是接地漏电流和电弧产生的热量，减弱了护套材料的结合力，使得护套表层粗糙、变薄。电痕是指在电弧的作用下，光缆外套形成碳化通道，随着碳化程度的加深，在光缆张力的作用下外套开裂。击穿是指电弧烧化了光缆护套的边缘并造成穿孔。
3 ADSS光缆电腐蚀防治措施研究
3.1选择合适的光缆挂点
光缆挂点位置的選择是个复杂的问题，原则上选择挂点的位置应该满足以下几个条件：1、挂点处的电场强度应该尽可能地小，在不考虑金具对电场的影响下应尽量选择电场强度小于10kV/m的挂点位置;2、计算杆塔周围电场强度分布，确定挂点处的电场强度时，应把金具对挂点位置电场强度的影响考虑进去;3、注意校验挂点位置光缆的张力弧垂性能，对地面障碍物是否满足安全性要求[3-4]。
大型通用有限元软件ANSYS可以计算杆塔附近的电场强度分布。通过在ANSYS中建立杆塔、金具、跳线的三维模型，选择合适的单元进行网格划分，将杆塔上的输电线路看成电荷均匀分布的长直导体，施加合适的边界条件，即可求解出杆塔周围电场强度的分布值。此处的边界条件属于齐次第一类边界条件：在高压电线距离挂点最近处加载电压有效值89.7kV（如果是110kV输电线），加载电压有效值179kV（如果是220kV输电线），在杆塔和边界上加载电压0V[1]。求解计算即可得到杆塔周围的电场分布值，进而查看悬挂点处的电场强度值。当悬挂点处的电场强度值大于10kV/m时，应当重新选择ADSS光缆的悬挂点的位置。当悬挂点处电场强度值小于10kV/m时，应考虑悬挂金具出口位置的电场对电腐蚀的影响：在ANSYS中建立挂点金具模型，施加相应的边界条件，即可求出金具处ADSS光缆表面的电场强度分布，进而找出ADSS光缆在金具出口附近最容易腐蚀的区间[1]。
3.2安装防电晕环
ADSS光缆金具的末端形状不规则，金具周围的电场强度数值较高，容易引起光缆表面干带电弧，形成电腐蚀。将防电晕环安装到金具末端，可以将金具末端的起晕电压升高至1到1.6倍[5]，降低金具端的电场强度，使其不易击穿空气形成干带电弧，进而减轻了因电晕产生的电腐蚀。
3.3ADSS光缆护套的改进
ADSS光缆护套采用AT护套（抗电痕护套）可以更好地保护光缆，减轻电腐蚀现象。在光缆护套材料中加入无机填充物可以改善护套的耐热性能，降低接地漏电流，从而减轻电腐蚀的损害程度[6]。此外，国外也有研究表明使用半导体材质作为光缆护套能够减少电腐蚀损伤[7]。
3.4减少防振鞭的使用
防振鞭的电性能长久以来一直被忽视，然而在电力通信网中已经发生多起与防震鞭相关的电腐蚀事件。发生电腐蚀现象的防振鞭整个表面都存在外表皮树枝化的现象。如果防振鞭与金具的距离过近，那防振鞭与金具将形成放电通道，从而产生极高的热量，烧毁光缆外套。因此，应尽量减少使用防振鞭，并且可以考虑使用防振锤代替防振鞭。即便必须要使用防震鞭，安装时也应当确保防震鞭距离金具绞丝末端至少1.5米[7-8]。 3.5使用预绞丝保护ADSS光缆
对于在预绞丝和防振鞭之间发生的电腐蚀部分，如果情况不严重，可以将光缆置于预绞丝的屏蔽层中，使用预绞丝来保护受到电腐蚀的光缆部分[5-6]。另外，应当将防振鞭移动至远离预绞丝的位置，防止电腐损伤蚀进一步恶化。
3.6国外的研究
Dr.Cristian Militaru使用一种新的测试方法证实：光缆的电腐蚀是在输电线耦合电容的作用下，电流击穿空气到达ADSS光缆，最后经过地线流到大地[9]。K.S.Edwards等人研发了便携式的测量光缆表面污秽电阻层电阻的仪器。通过该仪器测量光缆外表面污秽的电阻值，如果电阻值不高，可以判断光缆发生电腐蚀的可能性不高[10]。
3.7其他措施
除上述研究外，在金具附近的光缆护套上刷绝缘漆或者缠上绝缘胶带也能短时间内预防电腐蚀的发生[3-4]。另外，金具的形状、大小都影响着电场的变化，合适的金具形状能减少干带电弧的产生。在光缆的接地夹具周围装置一些针形放电间隙，也能保护光缆表层避免干带放电。此外，应当规范施工，减少施工中对光缆外套的损伤。
4 ADSS光缆电腐蚀的在线监测
4.1使用Sagnac光纤干涉仪在线监测
传统的OTDR设备能够检测出光缆上断裂的点，但不能检测出光缆外护套破损但内部光纤未受损的故障。光缆发生电腐蚀后，光缆的外护套受到损坏，会影响到光缆受损位置内部光纤的折射率、散射效应等参数。Sagnac光纤干涉仪的结构见图2。干涉仪中耦合器的两端连接到ADSS光缆中的两根光纤，并且两根光纤在远端环接。耦合器将激光器发出的光分成两束，按顺时针和逆时针传播通过系统，并最终在耦合器处再次会聚形成干涉。由于电腐蚀而造成两束光的相位、功率发生变化，通过数学推导可以计算出光缆发生电腐蚀的位置[11-12]。
4.2使用漏电流传感系统在线监测
ADSS光缆产生电腐蚀的原理表明，在电腐蚀的初始阶段，光缆的外护套上会产生接地漏电流。如果在光缆容易发生电腐蚀的区域安装高精度的漏电流传感器，并将采集到的电流数据实时传送回数据监测中心，该系统可采集到大量实际运行的有效数据[13]。通过对这些数据的实时分析，可以建立ADSS光缆电腐蚀的在线监测系统。
5 结束语
ADSS光缆已广泛应用于电力通信光传输网中，但电腐蚀问题影响到了ADSS光缆的稳定性和可靠性。因此，国内外很多研究机构都对ADSS光缆电腐蚀问题做了研究。分析电腐蚀产生的原理机制，能够为多角度解决光缆电腐蚀问题提供思路。而研究在线监测光缆电腐蚀的技术，构建ADSS光缆电腐蚀在线监测系统，也能进一步提高电力通信网的稳定性。
参考文献：
[1]张金城.ADSS光缆防电腐蚀解决方案研究[D].北京：华北电力大学，2014，1-50
[2]董源.ADSS光缆电腐蚀故障的在线监测方法[J].科技与企业， 2016，（4）：81-81
[3]王全.ADSS光缆电腐蚀的成因及防范措施[J].湖北电力，2008，32 （s1）：68-69
[4]杨兴.高海拔盐雾地区架空ADSS光缆耐腐蚀措施分析[J].西北水电，2012（5）：81-84
[5]李正超.ADSS光缆电腐蚀机理及预防措施[J].江苏电机工程， 2005，24（3）：37-39
[6]许峻青.电力通信ADSS光缆电腐蚀效应分析及其治理[J].信息通信，2013（9）：186-187
[7]赵元珍.青海察尔汗盐湖地区ADSS光缆腐蚀及解决方法的探讨[J].西北水电， 2012（1）：53-55
[8]王永超.ADSS光缆电腐蚀分析[J].科技信息， 2009（9）：755-756
[9]Felix G Kaidanov.ADSS Cables - Recognizing the Problems and Solutions[J].Transmission & Distribution World， 2002 （10）：10-15
[10]KS Edwards.Portable ADSS surface contamination meter calibrated in high voltage environment[J]. Power Delivery IEEE Transactions on， 2003，18（3）：888-894
[11]Bravo M， Pinto AMR， Lopez-Amo M， Kobelke J， Schuster K.
High precision micro-displacement fiber sensor through a suspended-core
Sagnac interferometer[J].Optics Letters.2012， 37（2）：202 204.
[12]XuWenyuan，ZhangChunxi，LiangSheng，etal.Fiber-optic distributed
sensor based on a Sagnac interferometer with a time delay loop fordetecting time-varying disturbance[J].Microwave and Optical TechnologyLetters，2009，51（11）：2564-2567.
[13]車国军.基于漏电流在线监测技术的ADSS光缆电腐蚀研究[J].电子技术与软件工程，2015（16）：235-236