淺談OPGW光纜設計

莊深俊

(福建永福電通技術開發(fā)有限公司，福建 福州 350108)

0 引言

OPGW光纜(也稱光纖復合架空地線)是電力系統(tǒng)獨有，同時具備地線(也稱避雷線)和光纖通信雙重功能。OPGW光纜作為一種新興的信息傳輸通道，具有通信容量大、抗電磁干擾、自重輕等特點，近年被廣泛應用于我國電力系統(tǒng)中，在變電站與調度所之間傳送調度信息、遠動信號、電視圖像等信息;同時它還能滿足普通地線的防雷和引流要求，為高壓輸電線路提供良好的保護作用。目前由于OPGW光纜生產(chǎn)標準只有企業(yè)標準，即便各個廠家的OPGW光纜的技術參數(shù)均分別滿足要求，但其技術參數(shù)因中標廠家不同而有所差異，中標產(chǎn)品的整體特性是否能完全滿足線路工程的要求還須通過設計人員進行驗算確認。下面就以某220kV高壓輸電線路中的一段為例，簡要講解OPGW光纜設計應注意的問題。

一 線路概況

某220kV線#74塔至#91塔段線路為單回路架設，線路長度為7350米，導線采用雙分裂LGJ-300/25型鋼芯鋁絞線，地線一根為OPGW光纜，另一根為JLB40-100型鋁包鋼絞線，該段線路共使用轉角塔3基，直線桿塔15基。本段線路跨越通訊線2處，10kV線3處，小溪1處，公路3處，380V線1處，磚瓦廠1處，房子5幢。該段線路的設計氣象條件組合見表1-1，桿塔明細表見表1-2。

表1-1 設計氣象條件一覽表

二 OPGW光纜設計原則

1.OPGW光纜工程設計必須遵循國家標準和行業(yè)標準(包括電力行業(yè)標準和通信行業(yè)標準)。

2.OPGW光纜工程設計必須統(tǒng)籌兼顧本期和遠期電力系統(tǒng)發(fā)展的要求，做到技術先進，經(jīng)濟合理，安全適用，能夠滿足施工和運行的要求。

3.OPGW光纜工程設計中所采用的產(chǎn)品必須使用經(jīng)相關部門試驗和鑒定合格的產(chǎn)品，且必須為國內成熟、水平先進的產(chǎn)品。

4.OPGW光纜工程設計中所采用的技術必須為適合我國國情的國內外成熟的先進技術。

表1-2 某220kV線#74塔～#91塔桿塔明細表

三 OPGW光纜選型

1.OPGW光纜選型原則

OPGW光纜具有光纖通信和架空地線兩項功能，其選型既要滿足通信的要求，同時也要滿足地線的電氣及機械特性的要求，OPGW光纜選型主要考慮以下幾個因素：(1)OPGW內光纖及光纖單元特性。(2)OPGW熱穩(wěn)定特性。

OPGW熱穩(wěn)定特性包括系統(tǒng)發(fā)生單相接地時故障電流特性及雷電流特性。故障電流特性即電力線發(fā)生單相接地短路時，地線返回電流通過OPGW使其發(fā)熱，其溫升不得超過允許值，以免造成對光纖的損壞。

雷電流幅值雖然很大，但由于放電時間短，對OPGW的熱穩(wěn)定一般不起控制作用。

(2)OPGW機械及抗疲勞特性

OPGW的機械強度及疲勞強度特性應能與另一根地線較匹配，并能滿足線路桿塔受力要求。根據(jù)相關規(guī)程規(guī)范規(guī)定，OPGW在最大使用應力時，安全系數(shù)應不小于導線安全系數(shù)。

在拉力為70%額定拉斷力，或者在最高線溫及最大短路電流引起的伸長工況下，光纖應不受力。

(3)送電線路特點

OPGW應滿足送電線路設計規(guī)程對地線的要求及本工程地形條件的要求。

(4)纖芯余長確定

纖芯余長是OPGW的重要參數(shù)。在多股絞合線受拉力后以及運行過程中，線體將發(fā)生伸長變形。如果纖芯余長不夠，將使光纖受力，造成光纖疲勞，引起傳輸衰減增加或光纖受損等問題。合理確定工程中所需OPGW纖芯余長，使其在任何情況下不受拉力影響，是OPGW設計中應考慮的重要問題之一。

絞合線體的伸長主要有兩種形式：1)塑性伸長即蠕變(初伸長);2)運行過程中隨環(huán)境條件的變化而產(chǎn)生的伸長。

OPGW的塑性伸長即蠕變與制造材料及結構有關。根據(jù)其蠕變率，采用降溫法補償。

架空線環(huán)境條件在不斷變化，隨著環(huán)境改變線長有伸長縮短。

考慮到在線路發(fā)生短路故障或受雷擊時，將有較高電流流經(jīng)OPGW，使OPGW光纜的溫度急劇升高。在OPGW最高允許溫度時，OPGW線長伸長遠大于正常運行時OPGW的線長伸長，應予以特別注意。

2.OPGW光纜型號確定

綜上所述原則，經(jīng)招標采購，該段線路工程選用江蘇某光纜有限公司生產(chǎn)的OPGW光纜，型號為OPGW-24B1-98[61;80]DL/T832-2003，其技術參數(shù)見表3-1。

表3-1 OPGW光纜技術參數(shù)一覽表

1.光纜盤長不宜超過6km。

2.光纜架線施工必須采用張力放線方法施工，其張力放線區(qū)段的放線滑輪個數(shù)不宜超過20個。

3.光纜應盡量在轉角度數(shù)較大處的轉角桿塔位置開斷，以方便施工。

4.光纜應盡量在標高低的塔位位置開斷，以方便施工及運行。

五 OPGW光纜盤長配置

OPGW光纜不能像普通光纜那樣在線路檔中任意接續(xù)，一般應選擇在線路耐張(轉角)塔上進行接續(xù)，而且接續(xù)次數(shù)不宜過多，如果接續(xù)次數(shù)較多，會增大光纖信號衰損，影響光纜的傳輸質量。另外野外工作條件艱苦，光纜盤長配置還應考慮整盤重量不宜太重，以方便施工單位運輸，如果過長會造成施工不便，過短則會增加接續(xù)次數(shù)。因此，OPGW光纜盤長的配置必須經(jīng)過詳細計算，首先要根據(jù)光纜的技術參數(shù)以及輸電線路的檔距、高差、桿塔高和串長等條件計算出光纜線長和光纜兩端桿塔上的牽引長度，其次要考慮施工損耗和盤上預留，最后還要考慮設計及施工誤差。因此，光纜盤長的計算在綜合考慮上述幾方面因素后，可按如下公式計算：

光纜盤長=光纜線長+兩端桿塔上的牽引長度+施工損耗+盤上預留+設計及施工誤差

根據(jù)表1-2的數(shù)據(jù)，該段線路總長為7350米，綜合考慮各方面因素，準備將光纜分為2盤，接續(xù)盒安裝在#85塔，即#74塔～#85塔為第一盤，按上述公式計算，第一盤光纜線長為4460米，兩端桿塔上的牽引長度分別為85米和63米，施工損耗計10米，盤上預留計15米，設計及施工誤差計20米，合計需要光纜盤長為4653米;#85塔～#91塔為第二盤，計算數(shù)據(jù)分別為3018米、63米、70米、10米、15米、15米，合計需要光纜盤長為3191米。

六 OPGW光纜附件

OPGW光纜附件主要指金具、引下線夾、余纜架和接續(xù)盒等。

一般情況下金具的選擇都能滿足要求，需要特別注意的是直線塔選擇懸垂金具串時應注意聯(lián)塔的首金具型號及螺栓方向，終端塔應選擇單側1套耐張金具，站內構架、屋頂?shù)鼐€柱等耐張金具應選擇絕緣型的耐張金具，其配套引下線夾、余纜架和接續(xù)盒均應帶絕緣墊。

七 結束語

OPGW光纜線路工程設計是一項涉及結構、機械、力學、氣象條件、電氣等許多方面的工作。隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，設計、施工及運行經(jīng)驗的不斷積累，必將使OPGW光纜線路的設計更加完善。

[1]國家電力公司東北電力設計院.電力工程高壓送電線路設計手冊第二版.北京：中國電力出版社，2002

[2]110kV～750kV架空輸電線路設計規(guī)范.GB 50545-2010

[3]66kV及以下架空電力線路設計規(guī)范.GB 50061-2010

[4]110～500kV架空送電線路施工及驗收規(guī)范.GB 50233-2005

[5]交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合.DL/T 620-1997

[6]電力系統(tǒng)同步數(shù)字系列(SDH)光纜通信工程設計技術規(guī)定.DL/T 5404-2007

[7]電力系統(tǒng)通信設計技術規(guī)定.DL/T 5391-2007