復(fù)合架空地線光纜的設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng) 

文章類別：光纖通信   發(fā)表日期：2005-2-14　

　　摘　要：對(duì)復(fù)合架空地線光纜OPGW的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，并結(jié)合設(shè)計(jì)對(duì)OPGW施工中需注意的事項(xiàng)作了一些論述。 

　　關(guān)鍵詞：OPGW；設(shè)計(jì)選型；施工 

　　復(fù)合架空地線光纜（簡(jiǎn)稱OPGW）是電力系統(tǒng)獨(dú)有的，具備了電力線路地線和光纖通信雙重功能的新技術(shù)。OPGW作為一種新興的信息傳輸通道，近幾年在我國得到了迅速發(fā)展，它具有通信容量大、抗干擾、安全可靠、不占用線路走廊的特點(diǎn)；同時(shí)它將通信光纜和高壓輸電線路地線巧妙地結(jié)合成一個(gè)整體，其良好的機(jī)械性能和導(dǎo)電性能不僅滿足普通地線的防雷要求，還因具備良導(dǎo)體良好的屏蔽作用，可大大減小送電線路對(duì)鄰近弱電線路的電磁危害。目前OPGW尚沒有統(tǒng)一的生產(chǎn)系列號(hào)，其集機(jī)電特性、熱穩(wěn)定和通信光纖的各種要求于一體，各參數(shù)之間相互制約。OPGW的生產(chǎn)廠家由于生產(chǎn)工藝和制造設(shè)備的差異，其產(chǎn)品的參數(shù)各有偏重，因而即便各個(gè)廠家的OPGW的參數(shù)均分別滿足要求，該產(chǎn)品的整體特性是否滿足線路工程的要求還必須通過設(shè)計(jì)人員進(jìn)行驗(yàn)算確認(rèn)。 

　　1　OPGW的設(shè)計(jì)條件 

　　1．1　對(duì)光纖的要求 

　　OPGW基本作為通信干線，其對(duì)纖芯的質(zhì)量要求很高，目前一般采用單模光纖或色散位移光纖。在設(shè)計(jì)招標(biāo)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考察光纖的芯數(shù)、工作波長、衰減、色散、帶寬、彎曲附加衰減、熱穩(wěn)定性、使用壽命等，同時(shí)要求同一OPGW廠家給工程提供的光纖必須來自于同一制造商并屬同一技術(shù)范疇。 

　　1．2　對(duì)OPGW機(jī)電特性的要求 

　　OPGW作為架空地線，除滿足通信要求外還必須有足夠的抗拉強(qiáng)度滿足機(jī)械要求，同時(shí)滿足熱穩(wěn)定性要求。其設(shè)計(jì)須遵循DL／T5092—1999“110～500kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程”的規(guī)定，還應(yīng)考慮OPGW的特殊要求。在設(shè)計(jì)中應(yīng)具備如下條件：

?。?）送電線路電氣參數(shù)：電壓、10～20年遠(yuǎn)景規(guī)劃系統(tǒng)容量、單相接地短路電流、線路繼電保護(hù)切除時(shí)間、沿線的大地電導(dǎo)率分布、線路桿塔的允許荷載。 

　?。?）氣象條件：如最高氣溫、最低氣溫、年平均氣溫、最大覆冰厚度、最大風(fēng)速、年雷電日、線路所經(jīng)地的雷擊概率等。OPGW作為架空地線，其設(shè)計(jì)氣象條件應(yīng)與線路氣象條件完全一樣。 

　?。?）OPGW的機(jī)電要求：結(jié)構(gòu)應(yīng)能保證光纖防潮，防擠壓，不受損傷；在OPGW承受70％UTS時(shí)，光纖不受拉力；承力部分應(yīng)由鋁合金絲或鋁包鋼絲組成，不得含鋼絲；有良好的耐振性能和耐雷擊性能，運(yùn)行壽命30年以上。 

　　2　OPGW設(shè)計(jì)選型 

　　2．1　OPGW結(jié)構(gòu)形式 

　　OPGW結(jié)構(gòu)形式因生產(chǎn)廠家的不同存在著較大差異，各種結(jié)構(gòu)又具有各自的特點(diǎn)。OPGW作為信息傳輸工具，其光纖的受力對(duì)信號(hào)的衰減有很大的影響。光纖的受力分為側(cè)壓力和軸向拉力，減少側(cè)壓力的方法可采用鋁骨架和不銹鋼管光單元的結(jié)構(gòu)，減少軸向拉力的方法是使光纖保持適當(dāng)?shù)挠嚅L。按照光纖緩沖結(jié)構(gòu)在運(yùn)行中是否承受拉力來區(qū)分，可分為松套結(jié)構(gòu)和緊套結(jié)構(gòu)兩大類。緊套結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)緊密，光纖活動(dòng)空間較小（幾乎沒有余長），盡管各種氣象條件及大檔距下OPGW的延伸率不過千分之幾，生產(chǎn)緊套結(jié)構(gòu)OPGW的廠家也承諾其產(chǎn)品在光纜張力不超過自身UTS的情況下，其光纖不受影響，但從光纖的安全角度考慮，采用有適當(dāng)余長的松套結(jié)構(gòu)更為合理。從實(shí)際應(yīng)用角度來看，現(xiàn)在應(yīng)用較為廣泛的松套結(jié)構(gòu)主要有層絞式、骨架式、中心束管式結(jié)構(gòu)。松套結(jié)構(gòu)光纖余長在OPGW成纜時(shí)可控制到5‰～7‰（一次余長），基本上可保證各種氣象的變化導(dǎo)致OPGW伸長而光纖衰耗在允許值以內(nèi)。層絞式松套結(jié)構(gòu)光纖余長還可因工程需要控制到9‰～10‰（二次余長），但這種情況較少，也不主張過多實(shí)行?，F(xiàn)有OPGW各種結(jié)構(gòu)中，從結(jié)構(gòu)上來看以層絞鋼管式結(jié)構(gòu)最為緊湊，其有效承載面與總截面的比值最大，在相同張力情況下它的總截面最小，風(fēng)荷載也較小，能有效解決光纖的余長問題和重冰區(qū)的抗側(cè)壓?jiǎn)栴}。 

　　2．2　OPGW的熱穩(wěn)定 

　　當(dāng)輸電線路發(fā)生短路故障時(shí)，通過OPGW的短路電流較大，時(shí)間較長，會(huì)使OPGW的溫度急劇上升。為使OPGW中的光纖不至因過熱而破壞，必須要對(duì)OPGW進(jìn)行熱穩(wěn)定計(jì)算，也就是說，要根據(jù)系統(tǒng)短路電流和保護(hù)動(dòng)作切除故障時(shí)間來計(jì)算出線路短路后的地線溫度，滿足低于OPGW的最高允許溫度的條件。因此，熱穩(wěn)定容量是選擇OPGW的重要參數(shù)。由于送電線路故障持續(xù)的時(shí)間很短，熱量向外擴(kuò)散得很少，因此可以不考慮散熱過程，而近似地認(rèn)為地線上電流產(chǎn)生的熱量全部用于導(dǎo)體的溫升。 

　　通用計(jì)算公式如下所示： 

　　式中： 

　　IY———允許短路電流（A）； 

　　TY———最高允許溫度（℃）； 

　　T1———初始溫度（℃），一般取20℃； 

　　a1———初始溫度下的電阻溫度系數(shù)（1／℃）； 

　　R1———初始溫度下的綜合電阻（Ω／km）； 

　　C0———金屬部分綜合熱容量（J／km·℃）． 

　　其中　1．02為絞合常數(shù)；Sa及Ss分別為鋁（包括鋁合金）及鋼的截面（mm2）；綜合熱容量為各金屬部分熱容量之和；t為故障切除時(shí)間（s）。 

　　目前計(jì)算地線上返回電流的主要方法是利用地線阻抗（包括自阻抗和互阻抗）、桿塔接地電阻、兩端變電所接地電阻建立n個(gè)“Π”形等值電路組合的數(shù)學(xué)模型，利用計(jì)算機(jī)編程的方法解這個(gè)網(wǎng)孔矩陣方程，通過進(jìn)行多區(qū)段、多組合、多方案的計(jì)算來選擇OPGW和分流線的最佳組合方案。由于越靠近進(jìn)出線兩端，送電線路單相接地短路電流越大，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，通常在進(jìn)出線段將OPGW以外的另一根地線采用電阻小的良導(dǎo)體作為分流線，以減少送電線路短路時(shí)流過OPGW的返回電流，保護(hù)OPGW。 

　　2．3　OPGW機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn) 

　　OPGW除了滿足電氣性能的要求外，還必須進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)，保證其機(jī)械特性、抗拉強(qiáng)度和導(dǎo)地線應(yīng)力滿足規(guī)程規(guī)定的要求。OPGW的應(yīng)力、弧垂、荷載按照架空送電線路的計(jì)算方法計(jì)算。根據(jù)湖南院這幾年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，OPGW的機(jī)械強(qiáng)度通常比普通地線如GJ－50大，能滿足應(yīng)力、弧垂的要求，但由于OPGW中間有光纜單元，其截面積一般比普通地線大，因此在選取OPGW機(jī)械參數(shù)時(shí)，要重點(diǎn)驗(yàn)算各種工況下桿塔地線支架的荷載。 

　　3　OPGW金具及防振 

　　OPGW各種金具由廠家配套供應(yīng)，其中包括懸垂金具、耐張金具、防振錘、護(hù)線條以及引下卡具等。OPGW需要采取防振措施，不同檔距的安裝個(gè)數(shù)由廠家提供。 

　　4　施工中應(yīng)注意的事項(xiàng) 

　　施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照廠家提供的《OPGW施工說明書》進(jìn)行操作，認(rèn)真核對(duì)和清點(diǎn)OPGW盤號(hào)、金具型號(hào)等附件的數(shù)量。OPGW必須采用張力放線，在放線過程中，OPGW應(yīng)與地面和其他障礙物保持一定距離，注意限制OPGW彎曲半徑，以免損壞光纜纖芯；OPGW緊線采用廠家配套提供的緊線器和牽引網(wǎng)套；OPGW的鋁包鋼部分和鋁合金部分可以采用傳統(tǒng)的切割方式進(jìn)行切割，但放置光纖的不銹鋼管必須用廠家配套提供的不銹鋼切割進(jìn)行切割，必須注意不得碰傷光纖；除設(shè)計(jì)確定的接頭位置以外，OPGW在線路中任何地方不允許接頭，因此，除進(jìn)出接線盒位置的OPGW按施工要求可以進(jìn)行少量切割外，其它任何地方不得切割；OPGW的生產(chǎn)廠家需對(duì)OPGW放線、接續(xù)后整條OPGW線路的有關(guān)參數(shù)負(fù)責(zé)，因此OPGW放線過程中廠家會(huì)派出技術(shù)人員對(duì)OPGW的放線及接續(xù)的全過程進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)及施工督導(dǎo)。