OPGW技术

OPGW技术（精选9篇）

OPGW技术 篇1

摘要：OPGW作为一种电力特种光缆, 在运行中易受雷击、覆冰、短路、外力损伤等各种因素的影响而出现断股、甚至断纤等故障, 严重威胁到电网的安全运行。文章以OPGW中的通信光纤作为临界点, 提出了OPGW在各种典型故障下的断股、断纤修复技术, 通过实施修复达到对故障OPGW的临时或永久修复, 消除了电网运行故障及灾害导致的安全隐患, 对推动电力光纤通信网络建设和保障智能电网安全可靠运行具有重要意义。

关键词：OPGW,断股断纤,故障修复,预绞式修补条,运行维护

0 引言

随着国内以特高压为核心的电力通信骨干网的基本建成, 光纤复合架空地线 (Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire, OPGW) 在国内电力系统的应用越来越广泛, 这为我国电力系统的安全运行带来了巨大的影响, 更为建立高速、大容量电力光纤通信网提供了最佳的传输媒介。这些OPGW经受了不同气象条件的考验, 但也先后发生过多起运行故障, 如电网冰灾、雷击断股、外力损伤等, 给人们的生产、生活带来了很大的影响。

OPGW内含传输信号的通信光纤不同于普通地线, 其发生运行故障后的处理方法也有所不同。通过对历年来OPGW不同运行故障的分析, 总结得出以通信光纤作为临界点可将OPGW的运行故障大致分为2类:①外层单线断股或散股, 未影响光纤通信;②外层单线断股或散股, 光单元受损伤, 断纤或光纤衰减增大, 影响光纤通信。这2种分类虽不是很全面, 但却具有一定的代表性。

1 OPGW运行故障原因分析

首先, OPGW作为地线, 运行中最常见的故障是外层单线断股或散股, 其原因有多种[1]。

1) 原材料或制造质量方面的原因, 如原材料存在杂质或拉伸性能不佳、制造时外层单丝存在接头、绞线时单丝张力不均匀等。

2) 高雷暴区的OPGW遭遇雷击断股。

3) 重覆冰地区不均匀覆冰引起的过荷载, 或不同期脱冰引起跳跃或舞动, 产生较大的冲击力及不平衡张力, 导致外层单线断股。

4) 某些不可预知的外力, 如采石场放炮、猎人枪击、强台风等外来因素导致的断股。

其次, OPGW作为电力特种光缆, 还具有通信功能, 运行中导致光纤衰减增大或断纤的原因如下。

1) 原材料或制造质量方面的原因, 如光纤的固有损耗, 光纤内含有杂质, 光纤材料的折射率不均匀等造成的损耗。

2) 结构设计不合理, 如早期从国外进口的铝骨架、铝管结构的OPGW, 因长期运行中PBT管有水汽进入, 导致光纤衰减增大。

3) 张力过载, 超过OPGW的极限运行张力, 导致光纤受力, 甚至断纤, 或受某些不可预知的外力损伤, 影响到OPGW的光单元。

4) 光缆接续盒进水结冰, 引起光缆衰耗急剧增加, 造成传输中断;当气温在0℃上下波动时, 晚上结冰, 白天融化, 可能造成光缆传输时断时续[2]。

2 不同OPGW运行故障情况下修复技术的探讨

2.1 外层单线断股或散股, 未影响光纤通信的修复技术

2.1.1 OPGW断股修复的条件

《架空输电线路运行规程》中规定, 对OPGW:①断损截面积不超过总面积7% (光纤单元未损伤) , 采用金属单丝、预绞式补修条 (也称修补条) 修补;②断股损伤截面占面积的7%~17%, 光纤单元未损伤, 采用预绞式护线条 (也称修补条) 修补[3]。

这种光纤单元未损伤, 采用修补条修补OPGW的技术已在国内多条输电线路上得到应用, 如浙江、江苏、甘肃、新疆等地电网线路。OPGW运行于野外电力线路, 经受自然界各种气象条件考验, 采用预绞式修补条/护线条修复故障OPGW, 虽然短期内OPGW能够继续使用, 但为避免故障的进一步扩大或产生严重后果, 建议应选择合适的时机对故障OPGW进行更换, 以永久修复。

2.1.2 OPGW预绞丝修补条的使用

对于OPGW外层断股, 在未影响正常光纤通信的情况下, 采用预绞丝修补条对断股处进行修补, 这是目前行业内修复OPGW断股事故的一个非常简便、快速的公认方法。

预绞丝修补条是随着OPGW的预成型金具的成熟应用而诞生的一种接续工具。采用预绞丝修补条, 相当于在OPGW的外层再绞合了一层线, 对其四周施加了均匀的环箍压力, 而不至于对内部光纤和钢管产生局部应力, 因此非常适合OPGW断股强度修复[4]。

2.1.3 采用预绞丝修补条对OPGW雷击断股进行修复案例 (未损伤光纤)

OPGW发生雷击断股后, 一般通信信号都保持畅通, 但是断股后散开的单线下垂后, 容易引起线路跳闸等事故的发生, 必须及时进行修补[5]。某工程OPGW遭受雷击后断股如图1所示, OPGW断股后采用修补条进行修补如图2所示。

经过修补后的OPGW能够满足今后一段时间的使用, 为安全起见, 建议在适当的时候再将受损点相邻耐张塔之间的OPGW进行换线。

2.2 外层单线断股或散股, 光纤单元受到损伤, 影响光纤通信的修复技术

2.2.1 线路某档距中间OPGW断股, 导致断纤

OPGW内部含有通信光纤, 断股导致断纤后不能像普通地线那样采用接续管进行压接。而往往发生故障的线路又是重要的电力供应线路, 无法长期停电, 在此紧急情况下, 可采用一种新型的临时快速修复技术对线路进行抢修 (见图3) 。这种新型抢修技术可以临时抢通光纤通信, 但这种方法的可靠性较差, 不适宜作永久性修复。

另一种修复技术是采用光缆悬垂耐张金具串在普通直线杆塔上实现光缆接续 (见图4) , 使得在确定光缆具体损坏的部位后, 仅需更换受损光缆到最近的耐张塔光缆接头盒处的几档光缆, 或甚至仅仅更换损坏光缆的那一档光缆, 同时增加2个中间接头盒, 则可不必将整个耐张段的OPGW换掉, 这大大提高了光缆线路抢修的工作效率[6]。这种故障修复技术用时比更换整个耐张段OPGW要短, 也能起到永久性修复的作用, 但前提是工程必须配备一定量的适合本工程应用的悬垂耐张金具串及中间接头盒, 这可在工程建设招标中进行招标, 也可在应急物资招标中进行招标。

相比而言, 最保险的故障修复方法还是更换故障点所在的整个耐张段的OPGW, 这种方法可以对线路进行永久性修复, 但此方法受各种因素的影响以致周期较长, 需要设计人员先找到工程原始设计资料, 核对所需OPGW及金具附件数量, 再交物资采购部门向厂家采购, 加之厂家的备料、生产、检测、运输等, 货物到达施工现场需要较长时间, 此时, 可先采用图3所示的快速修复技术对线路进行临时性快速修复, 确保通信不中断, 这样临时快速修复与永久性修复同时展开, 待永久性修复所需物资到达现场后, 再选择合适的停电时间, 对线路进行永久性修复。

2.2.2施工不当, 运行一段时间之后的OPGW断股断纤故障

1) OPGW在运行中与铁塔碰撞摩擦引起断纤。如某工程发现OPGW断纤点处于直通型耐张跳线弧垂内, 检查后发现OPGW在直通型耐张塔跳线弧垂处没有安装引下线夹, 光缆在风力作用下长时间与铁塔碰撞摩擦, 将外层铝合金单丝磨断散股 (见图5a) , 然后再将不锈钢管光纤单元磨破而引起光纤断纤 (见图5b) [5]。

这起案例很明显是由于施工时没有按照DL/T5344-2006《电力光纤通信工程验收规范》[7]要求进行施工。跳线弧垂如果与金具及塔材相接触, 应使用引下线夹进行固定。当OPGW外层单线被磨断, 且没有损伤内部钢管时, 应立即采用小型预绞丝修补条进行修复, 并及时加装引下线夹进行固定。若光纤被磨断应采取换缆等措施进行永久性修复。

2) OPGW在运行中因短路电流引起断纤。我国110 k V及以上变电站多次发生进站OPGW对变电站构架放电而断股甚至熔断的故障, 严重影响通信系统和电网的安全与正常运行。根据现场调研、对研究现状进行分析、仿真计算和试验研究, 可以得到以下结论[8]:①OPGW和构架处于“似接非接”状态是OPGW烧熔断股的基本条件;②正常运行条件下, 变电站OPGW引下线未良好接地是OPGW烧熔断股的必要条件;③雷电过电压或在接地故障情况下, 在变电站OPGW引下线与门架之间产生的高电压是引起烧熔断股的触发因素;④正常运行条件下, 感应电压和电流是引起烧熔断股的持续作用因素。

OPGW进站未接地的危害如图6所示。

要解决这个问题必须从源头加以杜绝, 规范施工, 在变电站门型构架处, OPGW要正确安装接地线, 并且在变电站构架引下, OPGW要用绝缘引下线夹固定好并与平台钢板保持一定的距离, 避免间隙放电而将OPGW烧断。若未按规范正确施工, 运行后该处OPGW被烧断, 只有对该段OPGW进行更换, 以永久性修复。更换光缆建议采用介质光缆复合架空地线 (Dielectric Optical cable Composite overhead Ground Wire, OD GW) 。浙江宁波220 k V芦江变修复后现场如图7所示[8]。

图7中, “1”是线路终端塔至线路出线间隔构架之间的ODGW, 两侧采用预绞丝耐张线夹固定, 在终端塔用专用接地线接地, 并与OPGW接续;“2”是构架侧附有放电间隙的绝缘子, 与另一根常规地线相同;“3”是带延长杆的构架连接金具, 用于调节安装间距;“4”是ODGW支撑绝缘子, 安装间距为1.5 m;“5”是ODGW开拨点, 为防止介质光缆的电腐蚀, 开拨高度视空间电位分布情况确定 (开拨过程不能损伤介质光缆外护套;铝合金末端制成“伞”状, 并打磨光滑, 防止尖端放电) ;“6”是介质光缆;“7”是出线构架, 支撑绝缘子底座安装固定要与之匹配。

2.2.3 OPGW运行中光纤衰减增大故障

OPGW在线运行一段时间后光纤衰减增大有以下原因:①受外力损伤, 影响到内部光纤;②厂家在生产时没有采用吸氢纤膏, 长期运行导致氢损, 影响光纤衰减;③自身结构设计原因, 结构设计不合理。

对于原因①, 可视损伤情况, 采用临时或永久性修复;对于原因②, 可通过工厂监造及抽检等, 加强管控;对于原因③, 只能通过改进OPGW的结构设计, 将不合理的结构进行更换。如江苏某线路采用早期进口国外某厂家的铝管干式OPGW, 经过长期运行后光纤内缩, 导致接头盒中光纤被拉直, 甚至拉断, 衰减增大明显;湖南某线路塔上接线盒发生断纤故障, 原因为纤芯向OPGW内收缩, 盘内纤芯凌乱、部分纤芯拉断 (其中1根纤芯在热缩管处扯断后, 缩进OPGW光缆内30 cm) [9];广东某线路采用早期进口的国外某厂家的铝骨架式OPGW, 骨架槽中的塑料管光纤单元存在缺陷, 长期运行后有水汽进入, 光纤发生氢损, 导致光纤衰减增大, OTDR测试后, 曲线事件点增多。这些都是OPGW自身结构不合理所造成的运行故障, 要解决此类故障, 唯一的办法就是在合适的时机, 对尚在运行的该类型OPGW进行更换, 建议更换为先进的不锈钢管式OPGW。

3 OPGW的日常运行维护[10]

3.1 光缆线路巡查

安装投运后的OPGW线路应定期巡视检查, 如有特殊情况时应增加巡线, 可由输电线路部门 (专业) 与电力线路巡查同时进行。线路巡查内容包括:①OPGW弧垂有无变化, 与其他电力设施间距有无变化;②OPGW表面有无异物, 有无吊挂现象;③OPGW是否有单丝断股;④金具有无变形、滑移现象, 引下线夹、紧固螺栓、销钉是否齐备;⑤余缆、余缆架、接续盒是否牢固, 是否受损、被盗等;⑥检查防振锤、防振鞭、防舞鞭等是否有滑移、脱落现象。

3.2 定期进行系统光纤测试

通信维护部门应定期采用OTDR测试线路光衰减。建议在线路竣工后的1年内平均每3个月测试1次, 以后每6个月测试1次, 特殊情况可以缩短周期。主要对中继段光纤通道进行正反向OTDR信号曲线检查, 对比竣工时的数据或曲线进行及时分析处理。

3.3 特殊区域线路运行维护

特殊区域一般指大跨越、覆冰区、舞动区、多雷区、易受外力破坏区、污秽区、大风区等, 这些地区可能对OPGW的机械、电气和传输特性有影响, 也可能会污染、腐蚀OPGW的金属绞线, 还可能破坏光缆线路和杆塔等, 应结合电力系统运行维护要求设立专责班组对光缆加强运行维护。

4 结语

随着OPGW技术的越来越成熟, 故障率正逐步减少, 为进一步减少或避免OPGW故障的发生, 建议今后应做好以下几方面工作:

1) 不断完善、改进OPGW的结构设计, 使OPGW结构合理化、规范化、适用化;

2) 尽量采用全铝包钢结构的OPGW, 增大外层单线直径, 提高OPGW的防雷性能及抗外力损伤能力;

3) 对早期进口的铝管式、铝骨架式OPGW进行统计备案, 随时观测运行情况, 选取适当时机进行更换;

4) 工程招标时, 一并备齐必要的备品备件, 包括OPGW、导引光缆、金具附件等, 包括与OPGW相配套的预绞丝修补条;

5) 按电力规程, 加强对OPGW的日常运行维护工作, 并尽量避开自然环境中不利因素的影响, 使OPGW能更好地为电力通信事业服务。

参考文献

[1]张宇东, 谢书鸿, 李海全.预绞丝修复OPGW断股方法的研究[J].电力系统通信, 2005, 26 (11) :21–24.ZHANG Yu-dong, XIE Shu-hong, LI Hai-quan.Method of repairing OPGW wire breakage by using preformed repair rods[J].Telecommunications for Electric Power System, 2005, 26 (11) :21–24.

[2]翟章.一起OPGW故障分析[J].电力系统通信, 2008, 29 (6) :13–14.ZHAI Zhang.Analysis on an OPGW malfunction[J].Telecommunications for Electric Power System, 2008, 29 (6) :13–14.

[3]DL/T 741—2010.架空输电线路运行规程[S].2010.

[4]张宇东, 谢书鸿, 李海全.预绞丝修复OPGW断股方法的研究[J].电力系统通信, 2005, 26 (11) :21–24.ZHANG Yu-dong, XIE Shu-hong, LI Hai-quan.Method of repairing OPGW wire breakage by using preformed repair rods[J].Telecommunications for Electric Power System, 2005, 26 (11) :21–24.

[5]吴斌, 谢书鸿.OPGW光缆典型事故案例分析及反事故措施[J].电力系统通信, 2008, 29 (1) :69–72.WU Bin, XIE Shu-hong.Analysis and countermeasures for OPGW failure[J].Telecommunications for Electric Power System, 2008, 29 (1) :69–72.

[6]韩立奎, 杨宝华, 王强.OPGW在输电线路普通直线杆塔上的接续[J].光纤与电缆及其应用技术, 2011 (3) :37–43.HAN Li-kui, YANG Bao-hua, WANG Qiang.The connection of OPGW on common tangent towers of transmission line[J].Optical Fiber&Electric Cable and Their Applications, 2011 (3) :37–43.

[7]DL/T 5344—2006.电力光纤通信工程验收规范[S].2006.

[8]朱发强, 毛秀伟, 王彦波, 等.解决OPGW进站安全运行问题的研究与实践[J].电力信息与通信技术, 2013, 11 (12) :67–70.ZHU Fa-qiang, MAO Xiu-wei, WANG Yan-bo, et al.Research on the safety of OPGW access to transformer substations and its applications[J].Electric Power Information and Communication Technology, 2013, 11 (12) :67–70.

[9]唐智翀, 刘志, 杨自强.电力通信特种光缆OPGW典型故障分析[J].电力系统通信, 2012, 33 (1) :70–73.TANG Zhi-chong, LIU Zhi, YANG Zi-qiang.Typical fault analysis of special OPGW optical cable in electric power[J].Telecommunications for Electric Power System, 2012, 33 (1) :70–73.

[10]谢书鸿, 吴斌.电力特种光缆的运行管理和维护[J].电力系统通信, 2007, 28 (4) :14–18.XIE Shu-hong, WU Bin.Operation management and maintenance of electric optical fi ber cable[J].Telecommunications for Electric Power System, 2007, 28 (4) :14–18.

OPGW技术 篇2

摘 要：本文简要介绍了浙江电网应用OPGW的情况及建设施工中的体会。关键词：大芯数OPGW的应用电力系统通信是电力系统的重要组成部分。随着电网的建设和发展，对通信提出了更高的要求。浙江电力通信为适应通信发展的新形式，注重不断巩固和提高通信网的功能，优化通信网的结构，正以一个全新的面貌服务于电力事业的生产中。浙江电网采用光纤通信方式较早，1985年我们就建成了浙江省第一条从省局至500KV瓶窑变电所的光缆线路，十多年来我们遵循“电力通信网的建设要结合电网一次建设”的宗旨且适度超前的原则，以规划为依据建设了以500KV变电所为枢纽结点的全省OPGW光纤干线通信网。现全省已建成光缆线路6570公里，芯数最大的为120芯，其中OPGW约658 .46公里，最大芯数为72芯。省网2.5G容量的SDH光通信设备已投入运行，全省同步网的建设已在实施中，目前，浙江电力通信网已为实现数字化、网络化打下了良好的基础。下面简要介绍我们在建设OPGW中的体会。1. 选择采用OPGW的必要性1.1近年来，城市的改造和扩建加快了步伐。为满足城市市政规划的要求，以前沿10KV电力杆架设的光缆逐步转入地下管道。因此，在考虑城市外围架设光缆时，我们应尽量利用输电线路的优势，充分利用现有的杆塔，在110KV及以上的输电线路上架设OPGW通信线路，实现光缆环网，为SDH通信网的组建提供一种质量好、可靠性高的`传输通道。1.2 我国是一个人口多耕地面积少的国家，利用电力杆塔架设OPGW，不仅能解决通信问题，还节省了耕地的占用。欧洲一些国家的电信、铁道等部门均租用或买断电力的OPGW光纤而不再自行敷设，避免了诸多部门同站址同路径的重复建设。1.3 因OPGW是架设在铁塔上，所以它既安全又可靠，抵抗自然灾害力强，且人为破坏的可能极小。2. OPGW芯数的选择2.1根据业务量我省建设的OPGW工程中，芯数选择为16、24、48芯，且含有G.655光纤。随着业务量的不断增长，以前建设的光缆芯数已不够分配。根据“十五”规划，预计到，仅浙江信息中心所需容量相当可观。且在干线网的组建中要兼顾地区局的规划，以避免同一路径的重复建设，因此，在OPGW芯数的选择上应考虑留有余量。例如：在500KV金华变――500KV温州变全程180公里的OPGW干线中，含有48芯光纤(其中G.655纤8芯)，我们在线路中间将8芯G.652纤和4芯G.655纤接入丽水局。今年初，我们在建设500KV乔司变――220KV钱塘变的线路上，开通了72芯(G.6552纤60芯,G.655纤12芯)OPGW。因为这是省调通往全省OPGW干线网的“瓶颈”，所以选择了较大的芯数。2.2根据市场需要进入WTO后，外商纷纷来我国投资，只要安装调试好光端设备，就能实现DWDM功能。而OPGW是最佳选择。2.3据通信网的发展，随着形势的变化，国家电力公司决定将以前单列省就近并网。福建省与华东电网联网是其中的一项工程，这就涉及到国家干线与网局、省局干线的新建、合建以及资源共享等问题。为此我们在芯数的选择上应考虑余量，避免因芯数不够再更换老地线,从而造成人力、物力、财力的浪费。3. OPGW结构的选择3.1骨架式中心单元结构在前几年建设的线路中，我们根据世界各国的经验，较多的采用了日本古河公司的骨架式结构的OPGW，最大芯数为48芯。3.2无缝铝管式中心单元结构近年来，随着厂商新产品的不断推出，也选用比瑞利和特恩驰公司的产品。最大芯数为16芯。3.3不锈钢管层绞式单元结构由于光纤芯数不断增加，综合考虑各方面因素，我们也选用了上海阿尔卡特公司的偏心不锈钢管式结构的OPGW，芯数从16～48芯不等(其全部光纤均在一个钢管内)。初，在建设500KV乔司变―220KV钱塘变工程中，江苏中天日立光缆有限公司的OPGW产品中标，全程24公里。因光纤为72芯，故我们要求在三根不锈钢管中平均放入光纤，每管24芯。该公司首次生产如此大芯数的OPGW产品，难度较大，经过多次实验，提供了合格的产品，各项指标均满足要求。其中短路电流容量在300KA2S时为3层铠装，100KA2S时为2层铠装。自今年5月投产以来运行正常。4.OPGW施工中应注意的问题4.1光缆的到货验收OPGW到货后，除检查缆盘外表、引出缆头及各种标签是否合格外，主要是对光纤的测试。根据到货光纤的折射率与所需波长测试每根纤的长度和损耗，并保存好数据。4.2架设光缆OPGW的施工架设很重要，施工人员应认真听取供货厂方督导人员的指导，任何疏忽都会给施工造成损失。架设时应依照线路施工方法，照章施工，金具、防震锤等安装按照施工设计，严禁不正当操作工序引起对OPGW的潜在危害。架设时应注意光缆的盘号及A、B端，敷设时必须按编号顺序布放，且前一盘的B端与后一盘的A端相连，不得跳号和错号。这样可以避免因光纤模场直径不一致而导致光纤熔接损耗偏大的现象。4.3最外层单丝的保护OPGW施工架设时，要注意对最外层单丝的保护。根据我们的经验，施工中如OPGW上的外层铝绞线断股，应采取如下方法解决：断1股，可用铝丝在断点处绕10公分扎牢;断2股，只能采取预绞丝的方法修复，不得使用补修管;断3股，则需要更换整个耐张段上的OPGW。OPGW中的钢芯不得有断股，若有断股则需要更换整个耐张段。4.4防止OPGW的微弯在OPGW的施工中，不允许将OPGW弯成锐角。而我们在施工中，由于线路工人未注意，曾发生过微弯过大，造成增加一个接头的教训。4.5连续放缆的问题OPGW放线中，应严格控制连续放线。限制连续放线的线路夹角≤30°。在一个放线的耐张段内，转角后OPGW的走向应呈“C”字型，而不能形成“S”字型。如施工时由于地形、环境、施工条件等限制而需采取连续放缆的方法，应在设计联络会议上先请设计部门及供货商确认，且注意施工中地线不允许从线夹中

滑出或脱离悬垂串及地线在施工中受到机械损伤、拉断等现象出现。

4.6紧线时应注意的问题

一般在放线时各环节都很重视，但在紧线时往往疏忽某个细节，紧线时要注意铁塔上滑轮的位置，最好塔上有人，此时负责张力机的人要监视OPGW在滑轮与铁塔间的距离，严防滑轮向铁塔角钢方向倾斜，划伤OPGW的铝绞线。

4.7光缆的接续及熔接损耗的测量

光缆的接续主要是光纤的接续，该工作应由能熟练使用熔接仪并经过培训的合格人员来完成。并做到使用仪表(OTDR)监测光纤的熔接损耗，边接边测。最好从接续点的两个不同方向向该点测试,取其平均值(接续中，熔接仪上显示的接续损耗是在理想情况下采用轴心直视法的物理值，只能做为参考)。如接头损耗不符合要求时应重新熔接，至合格为止，但一般反复次数在3―4次为宜。我们在浙江南部山区施工中，因山高，手机收不到信号。且该站点距两端站约90公里和80余公里，接续中只有凭经验，不合格的接续损耗曾数次返工，给施工人员造成很大困难。

4.8盘纤、固定及复测

光缆进入接头盒出入孔必须固定牢固，以免由于光缆的松动、扭亏为盈而使光缆受损，导致接头损耗过大。光纤应盘在接头盒的光纤托盘内，半径尽量大，光纤盘得半径过小，不仅会使接头损耗增加，也会使该处光纤增加传导损耗。光纤在托盘内应摆放平整、层次清楚。在盒体密封前应用OTDR对盘好的纤复测一下损耗，确认正常后再封盒;否则应查找原因。铁塔上的接头盒固定好后应在光缆出口处标明大、小号方向，以便维护。

4.9熔接仪的正确使用和保养

熔接仪的正确使用与否直接影响光纤的接续质量。熔接时要根据光纤类型正确设置熔接参数，经常注意保持熔接仪的清洁和防潮处理。一般在熔接50次左右就应对电极棒清洗一次。同时要注意电极棒的使用寿命，如藤仓FSM―30S型熔接机放电次数超过1000次时要更换电极棒，藤仓FSM―40S型熔接机放电次超过4000次时要更换电极棒。

4.10文明施工

施工人员应注意文明施工，每个接头地点完工后应将切下来的缆皮、塑料套管、杂物及食品袋等清理干净，保持现场环境不受污染。

4.11资料整理

施工中每天应做好日记，记录当天完成的工作量、所遇到的问题、故障,并记录测试结果，以作为竣工报告依据，如施工中出现问题应及时提出，需要整改的要立即向设计部门汇报，力求尽快整改。

参考文献

[1] IEEE Std 1138-1994 美国电气与电子工程学会(IEEE)关于用于公用电力线路OPGW的建设标准

[2] 上海电缆研究所 黄豪士 光纤复合架空地线的特性及其应用

OPGW光缆结构设计程序开发 篇3

关键词：局域网；OPGW光缆；结构设计；功能模块；输出设计

中图分类号：TN818 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 09-0000-03

随着国内OPGW的广泛应用，光缆制造技术的不断提高，OPGW结构设计也越来越成熟。但OPGW设计相对于其它光电缆来讲，设计参数多，设计过程复杂，同一个环境条件下不同人员设计的结构很可能就不一样，成本也会有一定的差异，在实际的设计过程中，很多公司采用EXCEL计算，但由于不同规格的铝包钢和铝合金线参数不同，在不断调整的过程很容易出错；同时由于每根OPGW需要单独设计，财务在计算成本的过程中也容易出现错误。怎样快捷、有效地设计出满足用户要求的光缆结构，在设计出结构后，材料成本、价格能一步到位，成为我们急需解决的问题。

针对OPGW光缆设计与使用过程中出现的种种问题，结合公司的实际情况，根据公司现有内网数据库的运行情况，结合我们自身编程的能力，决定对OPGW光缆设计实现同一界面的操作，简化设计过程，在选择材料的同时自动计算各种参数和相对应的价格，从而减少工作量，优先选用具有运行效率高、代码资源丰富的Delphi为程序开发软件，后台数据库采用SQL SERVER 2000，用于存放各种铝包钢、铝合金及其它材料的各种参数，这样在实际设计过程当中保证数据的统一性。该软件设计必须与现有内网连接，能被设计者共享使用并保存。

1 设计原则

该OPGW光缆设计的总原则是不仅要满足OPGW设计需要，同时满足局域网内联系使用，同时，留出ADSS光缆程序接口，以便以后ADSS光缆程序设计的直接接入。结构设计操作须简便，结果输出时即自成WORD文档，并可根据需要直接包含产品结构、产品图型、设计参数及价格。

2 界面设计

整个界面主要分为三大块：光缆结构、图型、计算参数输出。

目前国内流行的OPGW光缆一般由光单元（以下简称OP单元）、承力及载流单元组成。按其结构可分为中心管式和层绞式。在光缆结构布局设计时应当考虑到该两种结构不同的设计方式。界面左侧为光缆结构设计，分为中心层、第一层、第二层、第三层及第四层。第四层的设置，主要考虑大跨越所需抗拉能力较大时采用。在中心层右侧为光纤类型及光纤芯数。根据光缆结构及材料的选择，自动计算出的光缆结构图形显示于界面右上方，右下方则设计要求参数及输出参数值，并且自动判断所设计的光缆参数是否满足设计要求。

3 功能性模块设计

3.1 光单元（以下简称OP单元）

一般OP单元由不绣钢管内包含光纤及油膏组成。当中心层为OP单元时，在其余1-4层不可以输入OP单元，否则程序进行报警。当中心层为承力单元时，第二层可以放置1-2个OP单元，最外层不考虑OP单元的设置。光纤芯数及类别可选择为G.652及G.655光纤。在编程时，应当考虑OP单元放置光纤的极限值，通过与不锈钢管直径、容纳的光纤芯数结合光结余长控制，自动判断该OP管是否能生产，如不能满足生产要求，则跳出对话框报警，需重新调整OP管直径或者光纤芯数。

3.2 承力、载流单元

承力单元和载流单元并非绝对分开的，而是相辅相成的。所谓的承力单元同时也能承受一定的载流量；载流单元也能承受一定的力，在设计时应充分考虑承力与载流的配比。在满足用户要求的情况下，所用单丝型号或规格应尽量统一。每层单丝排序规则，应遵循选择内部抗拉强度较高的铝包钢、外部选择过载能力较强的铝包钢或铝合金等材料，材料的选用以最终满足用户参数要求为准。在本软件设计时，每层根据实际设计要求，不同层的单丝直径不一定完全相同，这就需要判断不同层容纳的单丝根数是否合理，过疏过密均不符合设计要求。在程序设计上，同样对每一层的根数进行判断，如超出范围，则跳出对话框予以警示并要求重新调整，同时在界面上可以直观显示每层放置不同直径单丝的数量，这为设计带来极大的方便。

3.3 图形设计

本软件开发中，对图形进行了重点设计。根据要求，在完成结构设计时，就要求将图形显示出来，从图形上可以给设计者一个直观形象。在此过程中，重点考虑在同一层中，如有两种或三种以上不同单丝时（当然有三种不同单丝的情况较少，在设计中应避免），如何排列单丝组合？

每层中如有两种单丝：

考虑到受力均匀的原则，如单丝数量相等，则不同单丝自动选取间隔排列。如单丝数量不等，需通过一步步的计算，逐步计算出该放置的根数。将单丝数量多的除以单丝数量少的，取整数部分为X，按X（数量多的单丝）：1（数量少的单丝）的比例进行排列。后分别减去已排列根数，再将单丝数量多的除以单丝数量少的，同样取整数部分排列，以此类推直至全部排列完成。

举例：如有一层绞式OPGW光缆，内层为1+6结构，最外层有两种单丝，分别是铝包钢7根和铝合金5根。

计算一：7÷5=1.4，X=1，按间隔1根排列；如图1所示；

计算二：6÷4=1.5，X=1，再按间隔1根排列；如图2所示；

计算三：5÷3=1.7，X=1，同样按间隔1根排列，如图3所示；

计算四：4÷2=2，X=2，按铝包钢2根，铝合金1根排列，如图4所示；

计算五：2÷1=2，X=2，最后将剩余2根铝包钢及1根铝合金排列完，如图5所示。

至此，图形计算设计完成。当然我们在真正设计中应尽量避免这种不对称结构的出现。

图一 图二 图三 图四 图五

4 光缆参数计算公式

软件编程应遵循以下公式进行：

4.1 短路电流容量计算

由于短路持续时间很短，假设短路电流产生的热量基本不能发散而全部用于导线温度的升高，按绝热过程计算，短路电流与导线温升的关系如下式：

I2R0（1+αθ）dt = Cdθ

由此可求得：

若式中所有值均以20℃时值表示，则

式中：I——短路电流（A）；

t——短路持续时间（S）；

R0——20℃时直流电阻（Ω/cm）；

α——电阻温度系数（1/℃）；取0.0036/℃

C——热容量J/（cm.℃）；

θ1——初始温度（℃）；

θ2——短路时最高温度（℃）。

λ钢=0.48 λ铝=0.91

热容量C=ρ铝λ铝S铝+ρ钢λ钢S钢

4.2 破断强度计算

OPGW的破断强度为铝包钢线的破断强度总和，即T=σAS·SAS +σAA·SAA

式中：T――OPGW的总拉断力

σAS--铝包钢线的抗拉强度

SAS--铝包钢线面积

σAA--铝合金线的抗拉强度

S AA--铝合金线面积

额定抗拉强度RTS=90%T

4.3 截面积计算

铝包钢丝截面积 SAS=N×π/4×dAS2

铝合金丝截面积 SAA=N×π/4×dAA2

不锈钢管截面积 SST=1×π/4×（D2-d2）

总截面积 S=SAS+SAA（不含不锈钢管截面积）

4.4 单位重量计算 W=SST×ρST×λ中心层+ SAS×ρAS×λ第一层+ SAS×ρAS×λ第二层+WOP

4.5 直流电阻计算

R0=RAA*RAS/RAA+RAS

式中：R0=直流电阻（20℃）

RAA=铝合金线的直流电阻

RAA=ρ20AA*1000/SAA

RAS=铝包钢线的直流电阻

RAS=ρ20AS*1000/SAS

4.6 弹性模量计算

E= E=SAA*EAA+SAS*EAS/SAA+SAS

4.7 线膨胀系数计算

α=SAA*EAA*αAA+SAS*EAS*αAS/（SAA+SAS）*E

按使用习惯，将起始温度、最高温度和短路时间放在要求值的上部，这也是直接关系到光缆的重要参数——短路电流容量。另外，根据用户的要求，依次将外径、重量、RTS直流电阻、短路电流容量等参数对应排列，如图1所示。

结构设计：基于OPGW结构设计人员已具有相当的技术水平，我们考虑将OPGW结构设计定义为中心层、第一层、第二层及第三、四层。考虑到层绞式结构一般为二层（不包括中心层），第三、四层在正常情况下隐藏，在设计大跨越线路时可将第三、第四层展开。如图1所示。

在实际操作当中，结构设计区域的每一次变更都会触发相应的事件，实现参数与价格的同步变动，为使运行速度更快，避免因网络问题引起计算的延迟，实际设计当中，将主要材料参数一次性加载到内存中，以后每一次更改都从直接内存读取数据，从而运算速度更快。

图1结构设计及参数显示（界面）

说明：以上OPGW光缆参数中，有一部分涉及公司技术、商业秘密的信息已被覆盖。

在调整结构或单丝参数的过程中，OPGW光缆的所有参数均在跟随变化，同时在最右侧有“是否满足”的显示，满足时打“∨”，不满足时打“×”，给予设计者很直观的判断。当设计完成时，光缆的型号即自动显示。

5 输出设计

考虑到目前投标文件的实际需要，需将光缆结构、图形、参数以及报价集中打印在一页纸上。最终考虑用WORD版本做输出，输出内容可直接被投标文件或技术参数表引用，带来相当大的方便。同时，在输出保存过程中，自动抓取光缆的型号为文件名，同时又可以增加包号或省份加以区分，并直接保存至公司数据库中。这样，以后有相近要求的OPGW光缆设计时，可直接查询调用，相当方便。

6 结论

经过笔者公司的技术人员使用测试后，参数数据与原用EXCEL设计时基本一致。使用本软件可更直接、简便，也更为直观，设计效率大大提高。本软件可以满足OPGW光缆生产企业产品设计、报价的需要，也可以供OPGW设计单位对选用产品进行参数对比与价格核算之用。

参考文献：

[1]电力行业标准.DL/T-832-2003 光纤复合架空地线国电通信中心、中国电力科学研究院.

OPGW热力融冰技术方案 篇4

输电线路上覆冰的种类繁多, 有湿雪、混合淞、雾淞、雨淞、冻雾覆冰和冻雨覆冰等。覆冰主要由风速、气温和空气湿度等条件组合而形成, 在特定地区会反复出现。电网在覆冰初期或冰灾相对较轻时的主要危害表现为覆冰闪络、导线舞动和脱冰跳跃等引起的输电线路事故。随着灾情的发展和覆冰的加剧, 作用在杆塔上的覆冰荷载将超过设计值 (简称“过冰载”) , 从而导致断线、铁塔倾覆, 严重时可造成电网解列甚至全系统瓦解[1]。电网覆冰灾害的后果通常很严重, 电网恢复难度大、周期长, 如2008年初我国南部省份的低温雨雪冰冻天气给电网带来了巨大损失, 直接损失高达2 000亿元人民币[2]。

为减轻冰雪灾害对输电线路的影响, 国内外电力工作者开展了各种除冰、融冰技术的研究, 提出几十种除冰、融冰方法, 其工作原理大致可分为热力融冰法、机械除冰法、自然被动法和化学涂料法等[3]。就融冰技术而言, 目前主要是指各类热力融冰法, 热力融冰法又称为电能融冰法、加热融冰法等, 其基本原理是在线路上通过高于正常电流密度的传输电流, 以获得焦耳热进行融冰[4]。

我国从20世纪70年代就在220 k V线路上采用交流短路方式对导线融冰, 因交流线路存在电抗, 致使实际融冰的功率只有变压器视在功率的1/5~1/10, 对使用范围有一定限制。而后发展了直流融冰技术, 因导线的直流电阻仅为交流阻抗的1/10左右, 即采用直流融冰需要提供的功率容量仅为交流时的1/10, 故有广泛的应用。多年的研究和实践已使我国导线的热力融冰技术基本成熟[4,5]。

相对于导线, 架空地线 (含OPGW) 在正常工作时不承载电流, 故在相同气象条件下覆冰厚度可能更大些, 而它们的机械强度通常比导线低。从某些地区的统计资料看, 当架空地线上的覆冰达到一定程度时, 会引起地线断线、金具脱落、绝缘子断裂等, 甚至导致杆塔折断或倒塌;也不排除因架空地线的不均匀覆冰及不均匀脱冰产生的纵向不平衡张力, 引起杆塔折断或倒塌[6]。

OPGW是一种具有传统架空地线和通信能力的双重功能的线[7], 我国大部分输电线路都架设有OPGW, OPGW断线将导致电力通信通道中断, 会危及电力控制系统的正常运行, 因此, 架空地线和OPGW融冰与导线一样重要。OPGW因逐基塔接地, 导线热力融冰法不完全适用;又因缆内含光纤, 过高的融冰温度可能会危及光纤的安全。

1 OPGW绝缘化融冰方案

我国从1985年在葛洲坝项目上引进第1条OPGW以来, 一直是逐基塔接地。OPGW接地的主要目的是: (1) 泄放来自导线的感应电流, 以降低工作温度, 进而保证光纤安全; (2) 提高OPGW的“引雷”性能, 以提高输电线路的“避雷”性能。

OPGW因逐塔接地分流而不能实施像导线融冰那样的直接通流, 除非将OPGW整段或分段与“地”也就是与杆塔绝缘。在技术上将OPGW与杆塔绝缘并不困难, OPGW与杆塔绝缘的示意如图1所示。OPGW及金具可以与杆塔通过绝缘子串隔离连接, 与此同时, OPGW的引下线夹、接头盒、余缆架等均可采用绝缘物与杆塔隔离。

OPGW绝缘化融冰的主要特点是:OPGW结构可保持不变, 只需对线路作绝缘化处理, 可用成熟的导线融冰技术通流, 以OPGW本体作为发热元件, 故简单易行。

绝缘化的OPGW通常采用直流融冰, 加热电流回路可借用某一相导线, 也可用大地回路。但是, 如果线路中有不同规格的OPGW, 在恒流源驱动下, 因直流电阻不同而发热状态不同, 则融冰程度也不相同。这时, 可按规格分段通流, 或改变部分OPGW规格, 使通流段电阻率接近。

另外, 我国OPGW多为“全铝包钢结构”, 因考虑耐雷击性能, 外层股线多为低导电率的铝包钢线, 故OPGW的直流电阻普遍比导线大得多。要维持融冰电流, 需要比导线融冰更高的电压, 这时所有的线路器材要达到相应的绝缘水平。

2 OPGW外外加加缠缠绕绕绝绝缘缘导导线线融冰方案

此方法是在现有OPGW上附加融冰用绝缘导线, 通过对绝缘导线中的导体 (通常采用铜质材料) 施加一定的电压和电流, 使绝缘导线产生温度而融冰, 这是一种“外发热”方式。同步缠绕在OPGW本体上的绝缘导线一般为2根 (1对) 。

绝缘导线的绝缘性能与融冰所需的电压有关, 导体截面积与融冰所需的电流有关。绝缘导线的绝缘性能好、导体截面积大可以增大融冰的距离。当导体的截面积一定时, 绝缘导线缠绕的节距大小与融冰效果紧密相关, 节距越小则融冰效果越好。

该方法的主要特点是:原来的OPGW线路可保持不变, 即使全程有不同规格OPGW也无需变动, 只要在OPGW上附加缠绕用于融冰的绝缘导线。2根 (1对) 绝缘导线可自成融冰电流回路, 既可全程也可分段融冰。如需要更大的融冰电流, 可双芯并联增大载流截面, 这时需另外的通流回路。

但是, 由于绝缘导线附加在OPGW表面, 暴露在空气中, 其护套除了有绝缘要求外, 还应具有耐腐蚀、耐磨损、耐高低温冲击、抗紫外老化、阻燃等性能, 在某些区段还可能有抗虫害、抗鸟啄和抗枪击要求。

另外, 绝缘导线是有限长度, 在施工时需要接续。如果在较长线路上要求较大的融冰电流, 则绝缘导线中导体的截面积大且自重也大, 会增大原OPGW的弧垂, 这时需要校核。增加的缠绕线会改善原OPGW线路的风动特性并延缓覆冰。

这种方式的施工方法类似于地线缠绕式光缆 (Ground Wire Wind Optical Cable, GWWOP) , 需要图2所示的缠绕机具, 不同的是在OPGW上附加缠绕的是绝缘导线而不是全介质光缆。

该机具原用于体积和自重较小的全介质光缆 (可装载直径和自重分别约为8 mm和60 kg/km的光缆2 km左右) , 当用于缠绕绝缘导线时, 就需要更大规格的缠绕机具。如导体截面大, 势必增加绝缘导线的直径和整体重量, 除了单盘缠绕距离会受到影响外, 还需要验证缠绕机具的爬坡能力和绝缘导线的放线张力。

3 OPGW内置绝缘导线融冰方案

我公司开发的一种内置绝缘导线OPGW, 其结构示意如图3所示。该结构是在传统的OPGW结构中用绝缘导线置换若干根内层股线而成。绝缘导线中的导体通常是铜材料, 也可以是铝等其他导电材料, 其实际上是一种复合绞线。

在不需要融冰时, 绝缘导线中的导体可与结构中的铝包钢股线共同承载短路电流。当需要融冰时, 可向结构中绝缘导线中的导体施加电压和电流, 产生温度后传导给外层铝包钢股线融冰, 所以是一种“内热”方式。绝缘导线的绝缘性能与融冰所需的电压和电流有关, 导体截面积与融冰距离有关, 绝缘导线的绝缘性能好, 导体截面积大可以提高融冰的距离。

内置绝缘导线OPGW的主要特点是:结构简单, 可以用传统的生产设备制造;安装方式 (包括金具、接头盒及附件等) 与传统OPGW相同;根据不同的融冰条件, 不需另外的通流回路, 可以1对 (2根) 、也可以2对 (4根) 并联送电。

但是, 由于铜导体的抗拉强度比铝包钢要小, 故若要保持外径不变, OPGW全截面机械强度将减小, 内置绝缘导线越多则强度下降越多;若要求与传统OPGW保持相同的机械强度, 则缆外径要增大。另外, 对内置导线的护套材料还要有绝缘和耐温的要求。

内置绝缘导线OPGW的接头盒可有整体和分体2种型式。整体接头是指OPGW的光纤接头和绝缘导线的接头在一个接头盒内完成。在接头盒内, 光纤的接头按常规方式熔接, 绝缘导体之间相互连接并附加绝缘保护材料。分体接头是将OPGW中的光纤接头和绝缘导线的接头按如图4所示分成2个独立接头盒。

在图4中, 绝缘导线接头盒中的导体可以直接连接, 也可以根据需要采用开关连接并进行控制。由于绝缘导体接头盒同光缆接头盒一样安装在露天的杆塔上, 所以该接头盒具有密封性能要求。

该OPGW的绝缘水平按常用的直流融冰电源输出电压3~6 k V考虑。成缆后, 实测绝缘耐压≥9 k V, 机械性能和光纤性能都达到了设计技术要求, 已交相关单位进行融冰性能试验。

4 总结和讨论

OPGW与输电导线热力融冰的不同之处在于导线是绝缘的, 而OPGW是逐基塔接地的。

如直接对OPGW通流融冰, 要对线路进行绝缘化处理以阻断大地分流通道, 需进一步研究OPGW线路的绝缘水平、绝缘结构和绝缘化后对输电系统耐雷水平的影响及对继电保护的影响。绝缘化OPGW热力融冰还需要另设通流回路, 如利用某一输电导线或大地回路。

在原有OPGW上缠绕绝缘导线通流融冰, 可不改变原OPGW结构和相关线路设施, 但对该绝缘导线的外护套要求比较高, 需进一步研究附加绝缘导线后对OPGW的耐雷水平、弧垂等的影响, 还需要考虑施工时缠绕机具的迴转半径, 以及加上绝缘导线后的自重对原OPGW和杆塔荷重的影响。

OPGW内置绝缘导线通流融冰, 需要更换原有的OPGW。在不融冰时, 绝缘导线中的导体可承载短路电流, 还可向线路中可能有的中继放大器或传感器供电。虽然安装方式和相关线路设施可与传统OPGW基本相同, 但如保持直径不变, 则OPGW机械强度将明显下降;反之, 直径会增大。

用这3种方式热力融冰通流, 都需要进一步研究并验证温度升高对光纤的影响, 包括融冰电压和电流的选择和控制, 以免对光纤造成不可逆转的永久性伤害或寿命的下降。若以大地回路通流, 还需评估融冰电流对杆塔接地装置和变电站接地装置及其他地下设施的腐蚀。

5 结语

本文主要讨论了3种OPGW热力融冰技术, 并提出了一种内置绝缘导线的OPGW结构, 经检测, 这种结构的绝缘耐压≥9 k V, 机械和光学性能满足设计要求, 实际的融冰效果有待于在实际试验线路的验证。

参考文献

[1]胡毅.电网大面积冰灾分析及对策探讨[J].高电压技术, 2008, 34 (2) :215–219.HU Yi.Analysis and countermeasures discussion for large area icing accident on power grid[J].High Voltage Engineering, 2008, 34 (2) :215–219.

[2]伍智华.电力线路冰厚测量及融冰方法研究[D].长沙:长沙理工大学, 2010.

[3]赵国帅, 李兴源, 傅闯, 等.线路交直流融冰技术综述[J].电力系统保护与控制, 2011, 39 (14) :148–154.ZHAO Guo-shuai, LI Xing-yuan, FU Chuang, et al.Overview of de-icing technology for transmission lines[J].Power System Protection and Control, 2011, 39 (14) :148–154.

[4]候荣升, 肖红霞, 柯磊.输电线路融冰技术探讨[J].江西电力, 2008, 32 (s) :29–32.

[5]陆佳政, 李波, 张红先, 等.新型交直流融冰装置在湖南电网的应用[J].南方电网技术, 2009, 4 (4) :77–79.LU Jia-zheng, LI Bo, ZHANG Hong-xian, et al.Application of new-type AC and DC de-icers in Hunan power grid[J].Southern Power System Technology, 2009, 4 (4) :77–79.

[6]徐大成, 黄欲成, 柏晓路, 等.输电线路冰灾事故原因及按新国标提高设计标准的措施[J].电网与清洁能源, 2011, 27 (1) :9–14.XU Da-cheng, HUANG Yu-cheng, BAI Xiao-lu, et al.Causes of transmission line icing damages and how to improve the design according to new national standard[J].Power System and Clean Energy, 2011, 27 (1) :9–14.

OPGW技术 篇5

目前电力通信网主要复合在架空地线和架空相线中,而光纤复合架空地线(Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire,OPGW)尚无有效的融冰手段,OPGW光缆一旦重覆冰后可能会带来以下严重后果:光缆因覆冰受力过大被直接拉断;光缆因覆冰被拉伸过度使得光纤也受到拉力,造成内部纤芯有台阶或断点,影响传输质量;光缆覆冰后再次发生舞动,导致OPGW光缆与导线间的距离小于安全距离,导线向OPGW发生多次放电产生高温电弧,将外层单丝熔断,其余股线不足以承受OPGW的张力,最终断线;OPGW光缆中断,引起线路跳闸或杆塔受到不平衡张力引起塔头折断或倒塔等[1]。

总之,覆冰对OPGW产生的危害,严重威胁到线路的安全运行和电力通信的可靠性,成为电力系统亟待解决的问题[2]。

采用直流融冰[3]的温度应该限制在多少,才能对光纤通信的质量和寿命没有影响或影响甚微,可以通过对光纤、纤膏及整个光单元受温度的影响进行分析,从而得出结论。

1 光纤受温度影响分析

石英玻璃光纤结构示意如图1所示。

纤芯是掺杂的高折射率的石英玻璃材料,其作用是传导光波;包层的材料是掺杂的低折射率的石英玻璃或纯石英玻璃,其作用是将光波限制在纤芯中传播;涂敷层目前采用紫外固化的丙烯酸树脂涂料,保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤,同时增加光纤的柔韧性。

目前我国的光纤拉丝温度基本上在2 000℃以上,玻璃表面张力使光纤结构与预制棒的结构相同,光纤迅速从2 000℃左右冷却至室温,中间关键的生产工艺是一次涂料的被覆,使刚刚从高温中出来的光纤在超净化的装置里(充有纯度很高的惰性气体—氩气或氦气)迅速降温,并对光纤进行保护。OPGW的融冰温度会改变石英光纤的结构及损耗,至少要在1 800~2 000℃的温度范围。而真正影响光纤质量的是保护光纤受损的一次被覆涂层及光纤填充油膏[4]。

光学涂层材料的主要作用有2个:(1)和光纤的芯层材料形成一种全内反射的结构,使光波向前传输;(2)阻止石英玻璃表面的微裂纹的增大,起到保护光纤的作用,同时还可以增强光纤的弹性模量和抗剪切力,提高光纤的使用寿命。

目前,我国的光纤涂覆材料[5]大多是丙烯酸树脂,使用的温度一般在–60~+80℃,光纤应用在电信、移动、有线电视,矿山、铁路、军事及电力通信方面,这个温度范围基本能够满足,这里指的是长期工作温度,只有特殊的油井、火箭发射等地才采用耐高温的光纤。

为了把OPGW的融冰温度控制在不影响光纤传输质量及光纤机械强度的范围内,对光纤的温度性能进行试验。

1.1 光纤温度性能试验

试验样品是G.652单模光纤,长1 058 m;试验工具有高低温试验箱、光时域反射仪(Optical Time Domain Reflectometer,OTDR)、熔接机;试验温度从室温开始,60,70,80,90,100,110,120,130,140,150℃,查看光纤损耗及光纤接续损耗。光纤温度性能试验报告见表1所列。光纤温度性能试验衰减值曲线如图2所示。

试验结果分析如下。

1)光纤在60~150℃的温度下,每档温度保温2 h,光纤在1 310/1 550 nm处的损耗不超过0.03 d B,符合国标要求。但试验光纤在150℃时,衰减相对增加较大。

2)在100~150℃的温度下,抽出保温箱内光纤做熔接,每次的接头状态完好。接头损耗在0.03 d B以下。符合南网企标损耗不得大于0.05 d B的要求。

3)在50~150℃的温度下完成试验后,所测光纤未见涂覆层软化脱落及开裂等现象,与光纤芯能紧密结合。

1.2 光纤温度循环试验

因为OPGW的融冰并不是一次性的行为,也许在气候恶劣及反常的情况下,某些线路可能要做到反复多次的融冰,所以还补充做了光纤温度循环试验。

试验样品是G.652单模光纤,长1 057 m;试验工具有高低温试验箱、OTDR、熔接机、不锈钢盘;从室温到150℃保温3 h,连续做6个循环,测试光纤在1 310/1 550 nm处的损耗,同时做光纤熔接的试验。光纤温度循环试验报告见表2所列。光纤温度循环试验衰减值曲线如图3所示。

试验结果分析如下。

1)在常温到150℃的温度循环试验下,光纤在1 310/1 550 nm处的衰减范围符合行标及南网企标相对于20℃时的附加衰减应不大于0.1 d B/km的要求。但试验光纤在多次循环恢复到常温后,衰减值与常温初测值有微小增加。

2)在每次循环后,抽出保温箱内光纤做熔接,每次的接头状态完好,接头损耗在0.03 d B以下。符合南网企标接头损耗不得大于0.05 d B的要求。

3)在完成温度循环试验后,所测光纤未见涂覆层软化脱落及开裂等现象,与光纤芯能紧密结合。

2 纤膏受温度影响分析

光纤松套管和不锈钢光单元中填充的油膏,通常称作光纤油膏,是一种对通信光缆中光纤性能影响很大的材料。

光纤油膏对光纤起到防止潮气入侵和机械缓冲的保护作用。出于对光缆长期稳定性的慎重考虑,国内各大光缆制造厂商通常选用进口或外商独资企业的光缆油膏产品。目前,国内大多数厂家均使用全合成触变性化合物的纤膏,几乎适用于所有光缆光纤的填充,其稳定性、阻水性、析氢性能特别适用于OPGW的不锈钢管的光纤油膏填充。

为了分析纤膏受温度的影响情况,做以下2个试验。

2.1 纤膏温度性能试验

试验样品是高低温箱、纤膏、500 mml烧杯;将装着纤膏的烧杯放入高低温箱中,试验温度从室温开始,60,70,80,90,100,110,120,130,140,150℃,中间温度无法打开门,连续20 h,查看最后结果。

试验最后打开高低温箱,取出光纤油膏烧杯,查看经过20 h的光纤填充油膏的性能。从试验的器具上看到粘度下降,但是仍然是粘稠的膏状,在没有外力的作用下不具有流动性。

2.2 纤膏温度循环试验

试验样品是高低温箱、纤膏、500 mml烧杯;从60~150℃,每一档温度准备1个烧杯(共10个烧杯),从室温开始到指定的温度,再自然降温到室温,再测试光纤油膏的参数:锥入度、滴点、油分离、蒸发量。纤膏温度性能试验报告见表3所列。

试验证明,光纤纤膏短期能耐受的高温可达150℃,各项性能指标均可满足YD/T839.3-2000标准要求。

3 光单元受温度影响分析

分析完纤芯、涂覆层、纤膏受温度的影响后,还要分析整个光单元受温度的影响情况。为此做了如下2个试验。

3.1 光单元温度性能试验

试验样品是1 632 m/24芯G.652光纤;试验工具有高低温试验箱、OTDR、不锈钢盘;将光单元放入高低温箱中,从室温开始,50,60,70,80,90,100,110,120,130,140,150℃,每个温度维持2 h,查看光纤损耗变化。从24芯中选取衰减值变化较大的8根光纤,分别作出1 310/1 550 nm曲线图(见图4)。

试验结果分析:光单元在60~150℃的温度下,每档温度保温2 h,24根光纤在1 310/1 550 nm处的损耗均不超过0.03 d B/km,符合国标相对于20℃时的附加衰减应不大于0.1 d B/km要求。光单元内纤膏未见溢出或滴流现象,光单元整体良好。

3.2 光单元温度循环试验

试验样品是1 632 m/24芯G.652光纤;试验工具有高低温试验箱、OTDR、不锈钢盘;同一盘光单元,从室温到150℃保温2 h,连续做6个循环,测试光纤在1 310/1 550 nm处的损耗,同时做光纤熔接的试验。从24芯中选取衰减值变化较大的8根光纤,分别作出1 310/1 550 nm曲线图(见图5)。

试验结果分析:光单元在常温到150℃的温度循环下,24根光纤在1 310/1 550 nm处的损耗不超过0.03 d B/km;熔接接头状态完好,接头损耗在0.03 d B以下,符合标准要求。

4 试验分析

1)通过对光纤、纤膏、光单元的试验,可认为光单元的耐高温性能远超过80℃,可耐受近150℃高温。

2)在光纤温度性能试验中,150℃时试验光纤损减相对140℃增加较大,在5次常温至150℃温度循环回到常温后,衰减值与常温初测值有微小增加的现象;但在光单元的整体试验中,24根光纤到达150℃后损减没有出现以上情况,衰减值均不超过0.03 d B/km;从150℃恢复到常温后,衰减值可恢复到常温初测值。这可能是光纤在光单元中受油膏保护,避免了涂覆层在高温下与空气接触产生不良反应。

3)单根光纤在150℃时的温度试验中出现过损减相对增加较大的情况,但140℃以下的光衰减均正常。因此,建议光单元在融冰期间的温度控制在140℃以内。

5 光缆经受融冰温升后的寿命评估

根据国际国内的参考文献记录及相关的试验,认为以光纤失重最小值5%为好。资料介绍如下。

1)光纤失重5%时,可以在174℃时工作24 h,如果融冰时的温度设定在174℃,融冰时间控制在2 h,假设温度与时间对失重的影响是线性关系,光纤失重不到0.5%。

2)光纤失重5%时,可以在135℃时工作1个月(30×24 h),如果融冰时的温度设定在135℃,融冰时间控制在2 h,假设温度与时间对失重的影响是线性关系,则光纤失重不到0.014%。这个影响是很小的。

3)光纤失重5%时,可以在111℃时工作1年(12×30×24 h),如果融冰时的温度设定在111℃,融冰时间控制在2 h,假设温度与时间对失重的影响是线性关系,则光纤失重不到0.001 16%。这个影响是完全可以忽略的。

6 结语

综合考虑OPGW直流融冰的温升过程,以及对光单元的影响和光缆经受融冰温升后寿命评估,认为融冰期间光单元的温度控制在110℃对光纤的影响是完全安全的;光单元的温度控制在135℃对光纤的影响是可以接受的。

摘要：目前光纤复合架空地线(OPGW)是电力通信网的主要形式,而OPGW尚无有效的融冰手段,OPGW光缆一旦重覆冰后有可能会断裂,从而导致电力通信通道中断,危及电力控制系统的正常运行。文章通过分析OPGW直流融冰的温升过程对光纤、纤膏及整体光单元的影响,得出OPGW融冰过程中光单元合适的控制温度,为地线融冰提供借鉴。

关键词：OPGW,直流融冰,温升,光单元,影响

参考文献

[1]滕玲.OPGW光缆覆冰性能的研究[J].电力系统通信,2010,31(1):8–12.TENG Ling.Study on performance of ice-coating OPGW[J].Telecommunications for Electric Power System,2010,31(1):8–12.

[2]刘浩梁.架空线路防冰技术研究[D].长沙:长沙理工大学,2011.

[3]孙鹏,陈绍辉.架空地线的直流融冰研究[C]//2011年云南电力技术论坛论文集(优秀论文部分),2011.

[4]包宏前.两种光纤油膏流变学性能的比较[J].光通信技术,2004,28(9):61–63.BAO Hong-qian.The contrast of two kinds of fiber filling gels on rheological property[J].Optical Communications Technology,2004,28(9):61–63.

OPGW技术 篇6

光纤复合架空地线 (OPGW--Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire) 兼具地线与通信光缆双重功能, 安装在电力架空线杆塔顶部, 与ADSS光缆相比, 无需考虑电磁腐蚀、人为破坏等不利因素。从80年代初, OPGW以其高可靠性、优越的机械、电气性能及良好的经济实用性得到广泛的运用。笔者根据国内外相关标准规范和自己的施工经验, 现就OPGW安装技术问题与大家交流。

2 OPGW安装的前期准备

OPGW安装技术依据IEEE 1138-1994、IEEE 524-1992等电力部门架空线安装安全管理规程和操作技术, 为防止OPGW在架设中被损伤, 不同结构形式的OPGW, 机械、物理特性会稍有差异, 在安装方法上某些要求会有所区别, 故施工单位首先要熟悉该工程OPGW结构和光缆路径具体情况, 由设计单位向施工单位对施工设计图纸交底, 施工单位根据整个系统通信网光缆的路由、交叉跨越、预留等编制“OPGW施工方案”, 并听取供应厂商的相关技术要求。

2.1 O PGW架设主要施工

OPGW架设原则采用张力放线法, 使其均衡受力, 始终保持一定的张力而处于悬空状态, 避免光缆着地使外铠装层表面受损, 减轻劳动强度, 提高施工进度。

2.2 故障清除与场地准备

OPGW架空敷设前, 对整条线路进行勘察, 清除障碍, 与相关部门签署交叉跨越协议, 搭建防护架, 准备张力机、牵引机操作场地及必要安全措施。

2.3 O PGW光缆储运

OPGW光缆盘不得处于平放状态, 不得堆放;盘装光缆应按OPGW盘标明的旋转箭头方向短距滚动;缆盘装卸不得遭受冲撞、挤压和任何机械损伤, 应用叉车装卸。

2.4 O PGW光缆及金具附件现场验收

OPGW光缆及金具附件运抵现场后, 应立即进行现场外观检查及开盘测试, 对比产品出厂报告, 验证运输过程中的变化。

2.5 人员培训

严格贯彻电力工业技术管理、电力安全与现场检修规程等, 对施工操作人员进行有效的培训。交待对光纤的特殊保护, 对有关设备进行试组装和试操作, 保证人身和设备安全, 确保工程质量和施工进度。

3 光纤复合架空地线

OPGW架设时, 原输电线路必须停电, 禁止在大风、雷雨、严寒酷暑等恶劣气候下施工。执行“电业安全工作规程”, 填写工作票, 在交通要道、通信线、电力线等跨越处, 设专人监护。确保光缆弯曲半径大于缆径的30倍以上, 防止受到过大挤压和扭曲;最大紧度时放线张力一般不超过OPGW15-20%UTS (拉断力) 负荷。

3.1 布缆

OPGW光缆采用张力牵引放线, 将光缆盘放在放线架或缆盘车上, 通过放线机后, 先展放无扭牵引钢丝绳, 通过退扭器、防扭鞭和牵引网套连接OPGW, 然后穿于耐张段内每基塔的滑轮内, 到达牵引机。老线路通信改造项目, 老地线先全部替换成无扭钢丝绳, 牵引更可靠和迅速。

整个布放过程必须保持通信畅通, 张力机、牵引机必须服从统一的调度指挥, 确保OPGW均衡受力。OPGW经过正确的设计配盘, 一般每盘OPGW的段长为3公里左右, 每盘光缆必须安装在指定区间, 并做好接续预留, 不得随意切割, 端头在接续前一直保护密封防水。牵引张力控制在300-500kgf, 牵引机应慢速启动至5米/分, 如果情况正常, 可逐步平衡增到30米/分, 每天要保证每个架上线路的盘长施工完毕, 预防牵引中的光缆过夜时滑落或人为破坏;非得过夜或长时间放置时, 须用尼龙绳将OPGW固定滑轮上, 防止OPGW滑动和与滑轮接触点光纤疲劳损伤。为防止OPGW光缆在首尾杆塔处受到过度的侧压力, 牵引机和张力机分别到末端和始端杆塔的距离为3~4倍的杆塔高度, 引线方向与铁塔垂线的夹角大于60°, 不能满足时必须采用滑轮组。跨越放缆时, 按施工方案检查各项准备, 包括停电事宜、防护架、监管人员安排、验电及接地保护等。对特殊的需要加固保护, 临时拉线不允许绑扎在横担和塔身的一根主材上。布放时, OPGW从缆盘放出保持松弛弧形状态, 防止在牵引过程中打圈、浪涌、劲钩、表面磨损等现象发生。由专人指挥, 保持畅通的联络, 发现有不合质量标准之处, 迅速处理, 禁止未经培训人员上岗和无联络情况下作业。

3.2 紧缆及弧垂观测

在牵引侧进行紧线, 沿线路方向牵引速度要平衡。在档距中央, OPGW与导线的距离按设计要求进行验算。针对每个耐张段操作时, 以紧线耐张预绞丝、手板葫芦、临锚绳组合, 使滑车内光缆松脱, 逐个紧线、划印及挂线。OPGW弧垂观测:一般采用等长法, 绑缚弧垂板来进行, 或者采用异长法, 配以经纬仪, 用角度法来观测。观测点一般选取在悬挂高差较小、接近代表档距的线档。经质量负责人认可后方可划印, 以便金具安装。

4 OPGW配套金具及附件安装

一个耐张段内OPGW紧缆后, 应及时进行附件安装。OPGW采用预绞丝式金具组件, 与ADSS光缆用金具基本相同, 一般包括:耐张线夹、悬垂线夹、专用接地线、防震锤、护线条、引下线夹、中间接续盒、终端盒、尾纤等。

耐张线夹:一般用于终端塔、大于15度转角塔或高差大的杆塔上, 每个塔配两套。悬垂线夹:将光缆吊挂在直线塔上, 起支撑作用, 每个直线塔配一套。防震锤:为减少风振影响, 保护OPGW金具, 延长OPGW使用寿命, 放置在每个塔的耐张、悬垂金具两侧, 配置数量和挂点位置根据线路情况而定。引下线夹:主要是将从杆塔上引下或引上的OPGW紧固在杆塔上, 避免光缆外铠磨损, 每隔1.5-2M配一只夹具。专用接地线:在系统接地时为短路电流提供通路, 它由铝线绞合而成一定长度, 与金具、铁塔的连接应接触良好, 通常与耐张、悬垂金具配套。

5 光纤接续与测试

1) 普遍采用光纤固定熔接法, 熔接法的原理是利用高压放电产生电弧, 使光纤端面局部熔化而达到接续目的, OPGW光纤熔接过程与普通光缆熔接相同。2) OPGW线路光传送性能测试。利用光时域反射仪对OPGW线路进行全程的光纤测试, 包括线路长度、光纤衰耗特性、接续衰耗等, 为系统开通验收做准备。

6 文件归档处理

现场原始记录应一式多份, 工程施工单位、维护部门、供应厂商各持一份。

摘要：光纤复合架空地线 (OPGW--Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire) 兼具地线与通信光缆双重功能, 安装在电力架空线杆塔顶部, 与ADSS光缆相比, 无需考虑电磁腐蚀、人为破坏等不利因素。从80年代初, OPGW以其高可靠性、优越的机械、电气性能及良好的经济实用性得到广泛的运用。

OPGW技术 篇7

1 OPGW施工

1.1 OPGW施工准备

OPGW安装技术的依据是按IEEE 1138-1994、IEEE 524-1992等架空线安装安全管理规程和操作技术, 原输电线路必须停电作业, 禁止在大风、雷雨、严寒酷暑等恶劣气候下施工, 最大紧度时放线张力一般不超过OPGW15-20%UTS (拉断力) 负荷。因此, 施工单位在施工前要制定严格的施工方案, 做好施工准备。

首先要熟悉该工程OPGW结构和光缆路径具体情况, 设计单位做好施工设计交底, 施工单位根据整个通信网系统光缆布放的路由, 交叉跨越、光缆预留等编制“OPGW施工方案”, 并注意供应厂商的相关技术要求。

其次对整条线路进行勘察, 清除障碍物, 与相关部门签署交叉跨越协议, 搭建防护架, 准备张力机, 牵引机的操作场地及必要的安全措施。

OPGW都经过正确的设计配盘, 一般每盘OPGW光缆长为3km, 接续点通常落装在耐张塔或转角塔上, 每盘光缆都必须安装在指定的区间, 并预留接续长度。

1.2 OPGW储运

OPGW光缆盘不得处于平放状态, 不得堆放;缆盘装卸不得遭受冲撞、挤压和任何机械损伤, 应用插车装卸;盘装光缆应按OPGW盘标明的旋转箭头方向短距滚动。OPGW光缆及金具附件运抵现场后, 应立即进行现场外观检查及开盘测试, 对比产品出厂报告, 验证运输过程中的变化。

1.3 OPGW布缆

OPGW光缆采用张力牵引放线, 将光缆盘放在有转轴的放线架或缆盘车上, 通过张力放线机后, 先以人力展放无扭牵引钢丝绳, 通过退扭器、防扭鞭和牵引网套连接OPGW, 然后, 穿在耐张段内每基塔的滑轮内, 到达牵引机。旧线路通信改造项目, 如果以拆换的旧地线牵引OPGW, 要事先串接好所有地线接头;旧地线先全部替换成无扭钢丝绳, 牵引更可靠和迅速。

整个布放过程必须始终保持通信的畅通, 张力机、牵引机必须服从统一的调度指挥, 确保OPGW均衡受力, 防止在牵引过程中打圈、浪涌、劲钩、表面磨损等现象发生。牵引张力一般控制在300～500kgf, 牵引机应慢速启动至5m/min, 如果情况正常, 可逐步平衡地增加到30m/min, 每天要保证每个架上线路的盘长施工完毕, 预防牵引中的光缆过夜时滑落或人为破坏非得过夜或长时间放置时, 必须用尼龙绳将OPGW固定的滑轮上, 防止OPGW滑动和与滑轮接触点光纤疲劳损伤。

为防止OPGW光缆不致于在首尾杜塔处受到过度的侧压力, 牵引机和张力机分别距末端和始端杆塔的距离为3～4倍的杆塔高度, 引线方向与铁塔垂线的夹角大于60°, 不能满足时必须采用滑轮组。

跨越放缆时, 按施工方案检查各项准备, 包括停电事宜、防护架、监管人员安排、验电及接地保护等。对特殊的要做加固保护, 临时拉线不允许绑扎在横担和塔身的一根主材上。个别采用人力布放OPGW光缆时, 为便于两头布放, 缆盘可放在放线区间的中间, 先放一头;防止打扭, 另一头以大“8”字形式步放在地面, 再布放;在高差大的山区, 缆盘最好放在较高一侧。

1.4 OPGW紧缆及弧垂观测

在牵引侧进行紧线, 沿线路方向牵引速度要平衡, 如受地形限制, 须改变方向, 则应设置地滑车, 并严格按弧垂设计说明书的要求操作。

OPGW弧垂观测:一般采用等长法, 绑缚弧垂板来进行, 或者采用异长法, 配以经纬仪, 用角度法来观测。观测点一般选取在悬挂高差较小, 接近代表档距的线档。经质量负责人认可后方可划印, 以便配套金具安装。

1.5 OPGW配套金具及附件安装

一个耐张段内OPGW光缆紧缆后, 应及时进行附件安装。OPGW采用预绞丝式金具组件, 与ADSS光缆用金具基本相同, 一般包括:耐张线夹、悬垂线夹、专用接地线、防震锤 (或螺旋减振器) 、护线条、引下线夹、中间接续盒、终端盒、尾纤等, 安装方法详见厂家使用说明。

耐张线夹:一般用于终端塔、大于15°转角塔或高差大的杆塔上, 每个塔配两套。

悬垂线夹:将光缆吊挂在直线塔上, 起支撑作用, 每个直线塔配一套。

防震锤:是为了减少风振的影响, 保护OPGW的金具, 延长OPGW使用寿命, 放置在每个塔的耐张、悬垂金具两侧, 配置数量和挂点位置根据线路情况而定。

引下线夹:主要是将从杆塔上引下或引上的OPGW紧固在杆塔上, 不让其晃动, 避免光缆外铠磨损, 通常每隔1.5～2m配一只夹具。

专用接地线:在系统接地时为短路电流提供通路, 它由铝线绞合而成一定长度, 与金具、铁塔的连接应接触良好, 通常与耐张、悬垂金具配套。

1.6 OPGW光纤接续与测试

OPGW光纤端面处理、熔接过程、测试记录与普通光缆的光纤熔接基本相同, 但不得随意切割OPGW, 端头在接续前一直保护密封防水, 防潮处理。

针对不锈钢管或复合不锈钢管式OPGW, 在距端面1m左右的地方, 用1～2首尼龙扎带将光缆扎紧, 以防扭动松股, 用细齿钢锯和边剪钳切去OPGW光缆铠装层, 在切去AA线、ASS线时, 不能损伤钢管单元, 包括切痕和扭结。用十字捋直轮将钢管捋直, 在离端面50～100mm处做好标记, 用钢管切割刀切割钢管, 慎防钢管变形及断裂后锐边擦伤光纤;内含PBT内衬管结构的, 在开口处纵向开剥不锈钢管时, 保留内衬管口15～20mm;用无水酒精棉球擦净光纤表面油膏, 套上PE过渡软管和热缩管, 用热风枪加热将其固定, 并在OPGW横截面铠装层间隙注入环氧树脂阻水胶, 用自粘胶带裹覆。

光纤复合架空地线 (OPGW) 一般选用金属外壳的帽式架空通信光缆接头盒, 以期达到良好的耐电磁老化、抗外力损伤及防水等性能。通常进出OPGW光缆位于接头盒的一端, 用双槽引下线夹将OPGW先行扣夹紧固, 防止在扭动或盘固光缆时, 使接头部分松动或扭伤。OPGW不宜作小半径盘绕预留, 每间隔1.5～2.0m用引下线夹固定在铁塔构件上, 将接头盒固定在铁塔的内侧, 通过铁塔作电场屏蔽保护引入光缆在室内光终端盒里与光纤跳线作固定连接。

利用光时域反射仪 (OTDR) 进行全程的光纤测试, 包括线路长度、光纤衰耗色散特性、接续衰耗等, 提供测试报告, 为系统开通验收做准备。

2 OPGW防雷

2.1 防雷情况

OPGW既含有光缆, 又有避雷地线, 由于其特殊性, 在通常情况下, 110kV及以上的输电线路OPGW较普通避雷线要易被雷击而断股或报废。

OPGW和普通避雷线的接地方式与被击次数有密切关系, OPGW的被击次数占了绝大多数。在OPGW逐基接地的情况下, OPGW上会感应出与导极性相反的异性电荷, 使二者之间的电场增强, 放电更易在OPGW上发生。

接地方式的不同对被击概率有一定影响:当普通避雷线分段接地, OPGW逐基接地时, OPGW的被击比例仍略高于普通避雷线。

2.2 防雷措施

2.2.1 避雷线逐塔接地

送电线路如经过雷击频繁地带, 采用普通避雷线逐塔接地、多点接地的接地方式, 对OPGW遭雷击有一定帮助。

2.2.2 增高避雷线

普通避雷线架设高度略高于OPGW设计可降低其遭雷击的概率。当OPGW与普通避雷线采用不等高布置时, 即普通避雷线的高度增高1.8mm时 (实际上相当于0.68m) 。

普通避雷线的被击次数高于OPGW, 可对OPGW起到一定的保护作用。

2.2.3 加装放电尖针

在普通避雷线的档距中加装一放电尖针, 放电针较短 (2.2mm, 相当于0.84m) 时, 普通避雷线的被击次数有所增加;当放电尖针增长 (5mm, 相当于1.9m) 时, 普通避雷线的被击次数明显增加。加装放电尖针可将雷击击着点引向普通避雷线, 由于普通避雷线熔点高, 在雷击时不易发生断股。

2.2.4 选用耐雷型OPGW

根据送电线路经过地区的雷电活动情况和线路运行的张力条件, 选用相应的耐雷型OPGW, 可使OPGW即使遭到雷击也一般不会出现断股。

摘要：主要介绍光纤复合架空地线 (OPGW) 施工及防雷技术。它具有优越的机械和电气性能, 以及亮红灯经济性和实用性, 其可靠性高, 并得到广泛地应用。

关键词：OPGW,施工,防雷

参考文献

[1]DL/T741-2001, 架空送电线路运行规程[S].

[2]张建明.OPGW光缆的应用[J].光通信技术, 2001, 25 (4) :286-289.

[3]胡毅, 叶廷路, 汪峰, 等.光纤复合架空地线雷击断股的防治研究[J].高电压技术, 2005, 31 (12) :4-5, 8.

浅谈OPGW光缆设计 篇8

OPGW光缆 (也称光纤复合架空地线) 是电力系统独有, 同时具备地线 (也称避雷线) 和光纤通信双重功能。OPGW光缆作为一种新兴的信息传输通道, 具有通信容量大、抗电磁干扰、自重轻等特点, 近年被广泛应用于我国电力系统中, 在变电站与调度所之间传送调度信息、远动信号、电视图像等信息;同时它还能满足普通地线的防雷和引流要求, 为高压输电线路提供良好的保护作用。目前由于OPGW光缆生产标准只有企业标准, 即便各个厂家的OPGW光缆的技术参数均分别满足要求, 但其技术参数因中标厂家不同而有所差异, 中标产品的整体特性是否能完全满足线路工程的要求还须通过设计人员进行验算确认。下面就以某220kV高压输电线路中的一段为例, 简要讲解OPGW光缆设计应注意的问题。

一 线路概况

某220kV线#74塔至#91塔段线路为单回路架设, 线路长度为7350米, 导线采用双分裂LGJ-300/25型钢芯铝绞线, 地线一根为OPGW光缆, 另一根为JLB40-100型铝包钢绞线, 该段线路共使用转角塔3基, 直线杆塔15基。本段线路跨越通讯线2处, 10kV线3处, 小溪1处, 公路3处, 380V线1处, 砖瓦厂1处, 房子5幢。该段线路的设计气象条件组合见表1-1, 杆塔明细表见表1-2。

二 OPGW光缆设计原则

1.OPGW光缆工程设计必须遵循国家标准和行业标准 (包括电力行业标准和通信行业标准) 。

2.OPGW光缆工程设计必须统筹兼顾本期和远期电力系统发展的要求, 做到技术先进, 经济合理, 安全适用, 能够满足施工和运行的要求。

3.OPGW光缆工程设计中所采用的产品必须使用经相关部门试验和鉴定合格的产品, 且必须为国内成熟、水平先进的产品。

4.OPGW光缆工程设计中所采用的技术必须为适合我国国情的国内外成熟的先进技术。

三 OPGW光缆选型

1.OPGW光缆选型原则

OPGW光缆具有光纤通信和架空地线两项功能, 其选型既要满足通信的要求, 同时也要满足地线的电气及机械特性的要求, OPGW光缆选型主要考虑以下几个因素: (1) OPGW内光纤及光纤单元特性。 (2) OPGW热稳定特性。

OPGW热稳定特性包括系统发生单相接地时故障电流特性及雷电流特性。故障电流特性即电力线发生单相接地短路时, 地线返回电流通过OPGW使其发热, 其温升不得超过允许值, 以免造成对光纤的损坏。

雷电流幅值虽然很大, 但由于放电时间短, 对OPGW的热稳定一般不起控制作用。

(2) OPGW机械及抗疲劳特性

OPGW的机械强度及疲劳强度特性应能与另一根地线较匹配, 并能满足线路杆塔受力要求。根据相关规程规范规定, OPGW在最大使用应力时, 安全系数应不小于导线安全系数。

在拉力为70%额定拉断力, 或者在最高线温及最大短路电流引起的伸长工况下, 光纤应不受力。

(3) 送电线路特点

OPGW应满足送电线路设计规程对地线的要求及本工程地形条件的要求。

(4) 纤芯余长确定

纤芯余长是OPGW的重要参数。在多股绞合线受拉力后以及运行过程中, 线体将发生伸长变形。如果纤芯余长不够, 将使光纤受力, 造成光纤疲劳, 引起传输衰减增加或光纤受损等问题。合理确定工程中所需OPGW纤芯余长, 使其在任何情况下不受拉力影响, 是OPGW设计中应考虑的重要问题之一。

绞合线体的伸长主要有两种形式:1) 塑性伸长即蠕变 (初伸长) ;2) 运行过程中随环境条件的变化而产生的伸长。

OPGW的塑性伸长即蠕变与制造材料及结构有关。根据其蠕变率, 采用降温法补偿。

架空线环境条件在不断变化, 随着环境改变线长有伸长缩短。

考虑到在线路发生短路故障或受雷击时, 将有较高电流流经OPGW, 使OPGW光缆的温度急剧升高。在OPGW最高允许温度时, OPGW线长伸长远大于正常运行时OPGW的线长伸长, 应予以特别注意。

2.OPGW光缆型号确定

综上所述原则, 经招标采购, 该段线路工程选用江苏某光缆有限公司生产的OPGW光缆, 型号为OPGW-24B1-98[61;80]DL/T832-2003, 其技术参数见表3-1。

1.光缆盘长不宜超过6km。

2.光缆架线施工必须采用张力放线方法施工, 其张力放线区段的放线滑轮个数不宜超过20个。

3.光缆应尽量在转角度数较大处的转角杆塔位置开断, 以方便施工。

4.光缆应尽量在标高低的塔位位置开断, 以方便施工及运行。

五 OPGW光缆盘长配置

OPGW光缆不能像普通光缆那样在线路档中任意接续, 一般应选择在线路耐张 (转角) 塔上进行接续, 而且接续次数不宜过多, 如果接续次数较多, 会增大光纤信号衰损, 影响光缆的传输质量。另外野外工作条件艰苦, 光缆盘长配置还应考虑整盘重量不宜太重, 以方便施工单位运输, 如果过长会造成施工不便, 过短则会增加接续次数。因此, OPGW光缆盘长的配置必须经过详细计算, 首先要根据光缆的技术参数以及输电线路的档距、高差、杆塔高和串长等条件计算出光缆线长和光缆两端杆塔上的牵引长度, 其次要考虑施工损耗和盘上预留, 最后还要考虑设计及施工误差。因此, 光缆盘长的计算在综合考虑上述几方面因素后, 可按如下公式计算:

光缆盘长=光缆线长+两端杆塔上的牵引长度+施工损耗+盘上预留+设计及施工误差

根据表1-2的数据, 该段线路总长为7350米, 综合考虑各方面因素, 准备将光缆分为2盘, 接续盒安装在#85塔, 即#74塔～#85塔为第一盘, 按上述公式计算, 第一盘光缆线长为4460米, 两端杆塔上的牵引长度分别为85米和63米, 施工损耗计10米, 盘上预留计15米, 设计及施工误差计20米, 合计需要光缆盘长为4653米;#85塔～#91塔为第二盘, 计算数据分别为3018米、63米、70米、10米、15米、15米, 合计需要光缆盘长为3191米。

六 OPGW光缆附件

OPGW光缆附件主要指金具、引下线夹、余缆架和接续盒等。

一般情况下金具的选择都能满足要求, 需要特别注意的是直线塔选择悬垂金具串时应注意联塔的首金具型号及螺栓方向, 终端塔应选择单侧1套耐张金具, 站内构架、屋顶地线柱等耐张金具应选择绝缘型的耐张金具, 其配套引下线夹、余缆架和接续盒均应带绝缘垫。

七 结束语

OPGW光缆线路工程设计是一项涉及结构、机械、力学、气象条件、电气等许多方面的工作。随着电力系统的不断发展, 设计、施工及运行经验的不断积累, 必将使OPGW光缆线路的设计更加完善。

摘要：以某一OPGW光缆线路工程设计为例, 提出在OPGW光缆线路设计中有关设计原则、光缆选型、光缆分段原则和光缆盘长配置等方面应注意的问题。

关键词：输电线路,OPGW光缆,设计

参考文献

[1]国家电力公司东北电力设计院.电力工程高压送电线路设计手册第二版.北京:中国电力出版社, 2002

[2]110kV～750kV架空输电线路设计规范.GB50545-2010

[3]66kV及以下架空电力线路设计规范.GB50061-2010

[4]110～500kV架空送电线路施工及验收规范.GB50233-2005

[5]交流电气装置的过电压保护和绝缘配合.DL/T620-1997

[6]电力系统同步数字系列 (SDH) 光缆通信工程设计技术规定.DL/T5404-2007

OPGW融冰光纤热稳定研究 篇9

关键词：OPGW,OPGW融冰,涂层剥离力,光纤拉出力,光纤长期稳定性

0引言

2008年在中国南方、华中、华东地区出现了历史上罕见的低温雨雪凝冻灾害,对电网造成极大破坏。目前,采用直流大电流加热方式对导线融冰的技术已基本成熟。在对导线融冰取得经验的基础上, 2011年至今,中国南方电网覆冰多发的省份已经对近百条输电线路OPGW进行绝缘化改造,以达到在覆冰季节可以对OPGW进行融冰的目的。

南方电网在OPGW融冰时对融冰电流的选择依据是:融冰时间1 h,OPGW表面温度90 ℃。由于融冰过程是一个对OPGW的加热过程,因此在OPGW 20~30年寿命期内,反复融冰加热过程对光纤衰减及寿命是否会带来不利影响是广大线路设计、运管和通信维护人员普遍关心的问题。

本文针对OPGW地线融冰对光纤热稳定性能的影响进行了试验研究。通过试验,了解了地线融冰温升过程对OPGW光纤长期寿命、光纤传输性能的影响,为OPGW融冰操作提供决策依据。

1试验内容及结果

对某线路 所用7种OPGW进行电流—温升试验,仅给出其中的OPGW-140结构的试验结果。 OPGW-140结构如图1所示,参数如下:光纤芯数24芯,外径15 mm,额定拉断力(Rated Tensile Strength, RTS)147 k N,20 ℃ 时直流电 阻0.557 Ω/km。 为了达到用分布式光纤测温系统(Distributed Optical Fiber Temperature Testing System,DTS)监测升温时光纤的环境温度,试验样品皆按原结构重新生产, 重新生产时光纤单元内增加2根多模A1a光纤供DTS测试用。

试验室内用于架设试验样品的2个杆塔距离100 m,高度10 m。将试验所用OPGW样品100 m张力架设在100档距试验杆塔之间,两端耐张线夹加装绝缘子与杆塔绝缘。A端留出5 m用于光纤测试,B端余缆OPGW留在盘上。在杆塔A、B两端用并沟线夹将交流大电流发生器通流母线与OPGW相连形成 回路。G.652D光纤测试 回路长度 约为4 000 m,较长的测试回路使得光纤衰减变化测试结果可信。A1b光纤回路用于测试OPGW光纤钢管内光纤环境温度变化,测试长度约为200 m。在试验段中间的OPGW表面间隔3 m用纱线捆绑若干热电偶探头。用可调式轴流风机模拟环境风速。

试验时,用光时域反射仪(Optical Time Domain Reflectometer,OTDR)监测光纤衰减变化,用DTS监测光纤温度变化,用热电偶监测OPGW表面温度变化及试验室环境温度,用风速计测试OPGW表面处风速。

1.1温升试验

OPGW-140的电流 – 温升、风速 – 温升、衰减变化曲线如图2所示。在整个升温过程中,OPGW内部光纤温度始终高于表面温度,温度越高,温差越大。 当表面温度为90 ℃时,内部光纤温度接近110 ℃。 而当OPGW处于2 m/s风速的环 境下,内部光纤 温度与表面温度相差不大,约在5 ℃。当无风处的OPGW表面温度达到110 ℃时,2 m/s风速下的OPGW表面温度仅有63 ℃。在整个试验过程中,光纤衰减变化小于0.02 d B/km。

1.2模拟20年寿命期内OPGW的融冰加热过程

自然界覆冰现象每年都会出现,对架空输电线路而言,每年都要经受冰灾的考验。这就要求对输电线路导、地线进行反复融冰,而OPGW含有通信用的光纤,是否能承受这种反复的长时间的通流融冰操作,还需要进行试验验证。考虑到OPGW设计寿命一般为20~30年,假设平均每年融冰2次,每次融冰时间1 h。对OPGW-140进行了20次、每次2 h的电流 – 温升试验,模拟输电线路20年寿命期内,每年2次的融冰过程。

试验缆长度200 m,在2个杆塔之间“U”型架设。每天对OPGW通入230 A的电流,保持OPGW表面温度在100 ℃左右,维持2 h,此时内部的光纤温度约在120 ℃,试验周期20天,同时监测光纤衰减变化情况。在整个试验过程,光纤衰减保持不变。 20年寿命期内的OPGW融冰加热过程的衰减变化如图3所示。

虽然融冰时OPGW的表面温度设定为90 ℃, 考虑到20年寿命期的光纤自然老化过程,将试验时的OPGW表面温度提高了10 ℃。以下为描述方便,将经受过这个加热过程的OPGW称为“热老化OPGW”,热老化OPGW内光纤单元的光纤称为“热老化光纤”。

1.3热老化OPGW的各项性能试验

将热老化OPGW样品做机械、环境试验,检验在经过120 ℃、40 h的热老化后,在各种试验条件下的光纤衰减变化性能。试验参照IEEE 1138–2009及DL/T832–2003标准进行。部分试验结果见表1所列。由试验结果可知,热老化OPGW的各项机械、 环境性能满足标准要求。

1.4涂层剥离力和光纤拉出力试验

在研究光纤涂层老化性能时,一般采用光纤拉出力(pull-out force)表示光纤涂层与光纤包层之间的粘结力。尽管一般认为涂层剥离力与涂层粘结力的关系不大[2],但还是有较多文章采用涂层剥离力 (coating strip-force)[1]表示涂层的老化性能。文章按2种试验方法进行了试验,由于光纤拉出力目前国际上暂无统一标准,本次试验是按照某光纤涂料厂家企业标准进行。

试验中,试样1— 9为经过热老化的光纤,试样A/B是与试样1— 9同一批、未经过热老化的着色光纤。试样C/D与试样A/B是同一根光纤,但是经过了125 ℃、48 h的连续快速老化。这个老化过程为:从试样A、B光纤上折取约5 m长的光纤,成圈后放入一个装有光纤膏的容器中,光纤浸入纤膏内以模拟光纤单元中光纤的实际环境。将此容器放入125 ℃的高温试验箱,保温48 h。对比3种光纤的涂层剥离力和光纤拉出力变化,了解光纤加热过程对光纤涂层与光纤包层之间粘结力的影响。涂层剥离力试验结果见表2所列,光纤拉出力试验结果见表3所列。

在表3中,试样2和试样3的着色层在试验中脱落,数据不是真实反映。从试验结果可以看出,老化光纤的涂层剥离力及光纤拉出力与未老化光纤相比,有明显下降。快速老化光纤的涂层剥离力与试验前相比变化不大,但光纤拉出力明显下降。由于光纤拉出力更能真实反映涂层粘结力的大小,因此, 试验结果说明光纤的加热老化过程会使涂层粘结力降低。

2融冰过程与光纤衰减、光纤寿命的讨论

2.1融冰过程与光纤衰减

Andrei A.Stolov等人利用TGA方法研究 了光纤涂层在不同高温环境下的失重速率,利用阿累尼乌斯公式推算了不同失重情况下的寿命[3,4]。康宁及DSM公司Valery A.Kozlov等人在研发中温光纤涂料时,就是以涂层失重10% 做为光纤寿命终结的判据[5],即将光纤放置在某一特定高温环境下维持一定的时间,当涂层失重达到10% 时,所用时间即为此温度下的光纤寿命。

虽然上述研究结果给出了光纤在不同高温环境下的热失重计算寿命,但该结论在实际应用中无法预测光纤涂层的失重会对光纤衰减有多大的影响。 目前尚不能确认的是,在OPGW 30年寿命期内,每年冬季1~2次的融冰过程是否会使得光纤涂覆层出现例如5% 或更小的失重,这个失重值是否会对光纤衰减带来0.01 d B/km的衰减增加。因为这个衰减增加对于长距离的电力光纤传输也是不能容忍的。

由于目前绝大多数光缆的应用环境皆为大气环境,温度在 –30~+60 ℃。因此,对光缆中光纤使用寿命(或衰减增加)的影响因素研究较多集中在如应力、弯曲、氢损、潮气、溶剂等方面,而对于光纤处在一个相对较高的温度下(高于85 ℃)的长期使用寿命研究相对缺乏。特别是光纤经受高温环境后对光纤衰减变化量影响的研究未见有详细报导,大多研究涂层热老化后模量或伸长率的变化,而对模量或伸长率变化是否会带来光纤衰减的变化,变化量有多少,还未见有研究报导。

因此,对OPGW内光纤进行加热老化后检验其在各种试验环境下的衰减变化,可在OPGW融冰过程对光纤的热老化影响,以及对光纤衰减的影响有较清晰、全面的了解。通过模拟20年寿命期融冰操作对OPGW的加热过程,可以了解经历过高温的光纤是否还能满足光纤通信的要求。如果由于光纤经受了高温过程,引起光纤涂层失重或劣化,缓冲功能降低,在OPGW受到风激振动、舞动等外力作用时, 这些外力有可能传导到光纤表面引起光纤损耗增加。在低温时,由于纤膏和涂层的冷缩导致光纤受力等原因,因光纤涂层缓冲功能降低,也可能会导致光纤衰减增加。

热老化OPGW的各项机械、环境试验结果表明, 在经历了120 ℃的20年寿命期模拟融冰加热过程后,光纤衰减性能在各项试验中显示正常。试验结果表明,20年寿命期的融冰加热过程不会对光纤衰减产生明显影响。

2.2融冰过程与光纤寿命

光纤涂层的作用有2个:一是保护光纤不受外力破坏,减小光纤弯曲损耗;二是涂层与光纤包层之间的粘结力可防止包层微裂纹扩大,增加光纤强度和寿命。Skutnik等人的研究结果表明,涂层粘结性能较强的涂覆光纤具有较高的n值[6]。

从试验结 果得知,老化光纤 的涂层剥 离力和光纤拉出力与同一批次的未老化光纤相比,均有明显下降,意味着光纤一次涂层与玻璃的粘结力下降。由于粘结力与光纤长期寿命有关,粘结力下降意味着光纤断裂的可能性增加。在中国,220 k V以下电压等级输电线路OPGW的设计寿命要求一般为25年,而电压等级在500 k V以上的输电线路, 对OPGW的寿命要求为30~40年。当融冰电流使OPGW外层温度达到90 ℃时,长期融冰过程的高温可能会对光纤寿命产生影响。因此,OPGW融冰电流的选取应以光纤的安全使用温度为依据。建议融冰电流的选取以OPGW表面温度为70 ℃控制,尽量减少融冰电流,延长融冰时间,以保证光纤长期安全寿命。

3结语

根据试验结果可以得出以下结论。

1)在对OPGW进行融冰操作时,内部光纤温度要高于OPGW表面温度。表面温度越高,该温度差越大。当OPGW表面温度为90 ℃时,内部光纤温度有可能超过110 ℃。

2)当融冰时OPGW表面温度选取90 ℃时,模拟了20年寿命期、每年2次的OPGW融冰加热试验过程。试验后OPGW在各机械、环境温度试验条件下的光纤衰减没有明显增加。