OPGW復合光纜選擇設計探討
時間:2016-07-22 13:37:30 來源：
1.前言
地線復合光纜通信是將光纖單元復合于送電線路地線內(nèi)，利用光纖單元開通通信通道。它隨高壓輸電線路一起架設，不需占用新的敷設走廊，是一種傳輸容量大、可靠性高、不受強電干擾的通信方式。由于地線復合光纜(OPGW)尚未有統(tǒng)一的生產(chǎn)系列型號，在工程使用中必須根據(jù)具體的使用條件向各生產(chǎn)廠家提出詳盡的技術(shù)要求。OPGW是集機械強度、電氣性能及通信功能于一體的特殊產(chǎn)品。一方面某些關(guān)鍵限定指標(特別是在線路專業(yè)中使用的參數(shù))相互牽制，難于以其中少數(shù)幾項為條件勾勒出滿足要求的產(chǎn)品;另一方面由于不可能將所有限定過程羅列在技術(shù)規(guī)范中，即便產(chǎn)品的參數(shù)正確響應，但該產(chǎn)品的整體特性能滿足要求只能通過設計人員進行驗算后確認。
我院在九十年代末開始陸續(xù)完成了幾項的短距離OPGW工程。近年來隨著電力通信事業(yè)的發(fā)展，長距離、大容量OPGW工程接踵而來，對相關(guān)的線路專業(yè)提出了更高的要求。本文通過已完成的四個有代表性的工程實例，論述了在OPGW選型工程中如何按照具體條件提出限定和要求，提出應注意的技術(shù)問題。ADSS光纜
2. 工程實例
最近幾年，上海電網(wǎng)完成的OPGW工程，主要有以下幾項：
1
220kV機場站進線(唐鎮(zhèn)—機場)
OPGW-16B1/110
中心束管式
12/2.5+3/2.5+10/2
15
2
220kV春申—古美開斷環(huán)入泗涇站
OPGW-16B1/90(110)
層絞式
15/2.5+4/3.0+4.0/3.6
15
3
220kV吳涇八期送出線路
OPGW-16B1/110
層絞式
12/2.84+2/2.84+10.4/7.5
15
4
110kV 高東—高熱線
OPGW-16B1/100
層絞式
12/2.55+6/2.55+9.4/7.0
15
其中，220kV春申—古美開斷環(huán)入泗涇站OPGW及吳涇八期送出OPGW尚處于施工階段。唐鎮(zhèn)—機場站OPGW、吳涇八期送出線路、高東—高熱OPGW選型工作與線路本體工程同步進行，OPGW選型條件較為寬松，其它工程則為老線路上改換地線，鐵塔的原始條件、塔頭尺寸和安全系數(shù)均已確定，對OPGW纜徑和最大運行張力、安全系數(shù)、破壞強度、重量等相互關(guān)聯(lián)因素提出了一定要求。
但是通過對原有線路鐵塔進行驗算，并采取一定措施之后，在設計人員的努力后，又均滿足要求并保證工程及時進行。
3. 限定值選擇
一般，在編制招標技術(shù)規(guī)范前，應結(jié)合線路本體的實際情況，確定是否需要架設良導體地線、良導體地線型號及架設長度，控制地線最大使用張力的檔距條件和塔頭尺寸，并確定適合的OPGW熱穩(wěn)定容量I 2 t和鐵塔荷載條件所能接受的最大使用張力的限定值，并將后者乘以3～5的系數(shù)，即可成為對OPGW額定破壞強度的限定值，對OPGW纜徑和纜重的限定值則可根據(jù)鐵塔的荷載條件確定。ADSS光纜
值得注意的是，OPGW纜重、纜徑和破壞強度往往是相互關(guān)聯(lián)，在限定條件下，OPGW的產(chǎn)品參數(shù)必須經(jīng)過相關(guān)的“檔距中防雷間距--最大使用張力--運行安全系數(shù)”的驗算。此類驗算和短路電流分流驗算一樣，對產(chǎn)品的廠家來說是無能為力的，只有通過設計驗算確定。ADSS光纜
對一般新建220kV工程，上海電網(wǎng)OPGW限定值取熱穩(wěn)定值為 (25 KA)2 ·(0.2”) = 125 KA 2·S作為選型條件，以滿足系統(tǒng)要求。
4.光纖要求
上海電網(wǎng)一般采用美國康寧(corning)公司光纖，其性能可靠性高，參數(shù)應符合下表規(guī)定。
幾何特性
1
模場直徑(在1310nm下)
9.30±0.50μm
2
模場不圓度
<6%
3
包層直徑
125.0±2.0μm
4
包層不圓度
≤2.0%
5
模場/包層同心度偏差
≤1.0μm
6
涂層直徑
245.0±10μm
7
包層/涂層同心度偏差
≤12.5μm
光學特性
1
運行波長
1310nm或1550nm
2
衰減：1310nm
1550nm
<0.37dB/km
<0.25dB/km
3
零色散波長
1300nm～1320nm
4
色散：1285～1330nm
1270～1340nm
3.5Ps/(nm·km)
6.0Ps/(nm·km)
5
零色散斜率
0.092 Ps/(nm·km)
6
光纖截止波長-2m樣品
1190nm～1310nm
環(huán)境特性
1
使用溫度范圍
-30℃～+80℃
2
衰減-溫度關(guān)系
≤0.05dB/km
3
加速老化(70℃)的誘導衰減
≤0.05dB/km
對光纖，一般推薦采用單模光纖，并有較多芯數(shù)，為保持光纖長期工作可靠性，需進行光纖的強度篩選。同時制造時保證合理的光纖余長，以滿足線路運行中的光纖最小應力要求?？紤]到因短路或雷擊引起的短時溫升，對光纖的耐熱性能有較高要求，對光纖涂覆材料和護套材料進行優(yōu)化選擇。
5.機械性能
5.1 地線對OPGW的要求
a) OPGW對地線應具有兼容性，即OPGW外徑、重量和機械特性與原有地線相配合以保證在風荷、冰荷情況下安全可靠運行。
b) 保證OPGW具有較高的機械強度，使在允許的張力范圍內(nèi)，光纖不會因OPGW的伸長而受拉，影響壽命，增大損耗。
c)具有良好的熱穩(wěn)定性。
5.2規(guī)程對OPGW的要求
線路要求規(guī)定電線的強度設計安全系數(shù)不小于2.5;電線的平均應力(年平均氣溫狀態(tài)下)的上限不超過拉斷力的25%;防雷要求，在檔距中央導地線間的距離，應大于或等于0.012倍檔距加1米的間隙，此狀態(tài)為大氣過電壓或雷電過電壓：氣溫為15℃、無風、無冰。以導地線配合公式得到的應力為已知條件，解狀態(tài)方程求出控制狀態(tài)下地線最大使用應力;年平均運行應力。對照OPGW強度選擇型號。
6.復合光纜線長考慮和計算
復合光纜受制造和運輸?shù)南拗疲?公里左右就要接頭一次，由于接頭不僅有拉力的接續(xù)，同時有光的連續(xù)。復合光纜的接頭對光的損耗很大，應盡量減少中間接頭。因此，考慮計算好復合光纜的線長直接反應到工程質(zhì)量和投資。OPGW光纜
6.1弧垂對線長的影響
實際情況，架空電線是一條懸鏈線。為了工程計算簡便，忽略懸鏈線高次項的影響，用拋物線來代替懸鏈線分析架空電線，工程設計是可滿足要求的。一般平丘地區(qū)，線長考慮比線路路徑長1.5%就可以了;山區(qū)考慮線長比路徑長3%;
6.2接頭對線長的要求
復合光纜中間接頭要引到搭腳，一般離地面7～10米處安裝接頭盒。每一根復合光纜從施工的角度考慮，其長度除耐張塔之間的線長外，還要多留一段。從以往的工程施工經(jīng)驗看，只要計入中間接頭引下線的長度，就能滿足施工的要求。
7. 復合光纜對桿塔的影響和要求
由于復合光纜中間有一部分(鋁合金保護管內(nèi))基本不考慮抗拉強度，與普通地線相比，在相當?shù)睦ο拢琌PGW直徑會有所增大。在大風狀態(tài)下，桿塔水平負荷加大。對于已有的桿塔就要相應地減小水平檔距來使用。
8. OPGW的耐雷特性
當雷擊地線時，雷電流流經(jīng)地線將引起OPGW線體瞬間發(fā)熱，嚴重時還可能造成斷股現(xiàn)象。雷電流引起OPGW發(fā)熱與短路電流熱容量計算相似。上海地區(qū)雷暴日數(shù)約40日/年，屬雷電活動較強烈地區(qū)，但目前尚缺少有關(guān)雷電參數(shù)取值僅根據(jù)SD119-84《500kV電網(wǎng)過電壓保護絕緣配合及電氣設備接地暫行技術(shù)標準》，雷電沖擊電壓波按波頭1.2uS，波尾50uS考慮，雷電流幅值取200KA，雷擊點在桿塔附近，OPGW分流系數(shù)按0.9考慮，經(jīng)計算流經(jīng)OPGW的雷電流熱容量遠小于故障電流熱容量值。熱容量值主要取決于故障電流。
至于OPGW斷股問題，根據(jù)工程實際情況，按照廠家經(jīng)驗，OPGW外層線股按能承受80庫侖雷電荷進行選型，且其機械特性應滿足工程的要求。
9. OPGW金具
OPGW光纜中包含數(shù)根光纖，光纖受壓及彎曲都將影響其傳輸特性及使用壽命。因此OPGW配套金具的設計及選用要求充分考慮OPGW所需的握固力并保證光纖不受壓力和彎曲應力。
OPGW配套金具包括：耐張線夾、懸垂線夾、跳線線夾、OPGW接地線及固定引下線及防震錘等。配套金具一般應向OPGW供貨廠家訂購，其安裝方法也由廠家提供，確保OPGW安裝后正常運行。
10. 結(jié)束語
復合光纜芯數(shù)和允許短路電流的選擇是一般地線不存在的問題，選擇好芯數(shù)給系統(tǒng)通信留有發(fā)展余地，允許短路電流則影響到通信的可靠性;復合光纜長度考慮，可便于施工，減少中間接頭，提高通信質(zhì)量。OPGW投運時間較短，故對OPGW結(jié)構(gòu)及性能認識也較膚淺，尚須在今后的工作中進一步認識。相信在不久的將來，OPGW將為電網(wǎng)內(nèi)電話，調(diào)度繼保等信息提供優(yōu)質(zhì)通信通道，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。
