OPGW光纜結(jié)構(gòu)設(shè)計程序開發(fā)

摘 要：介紹了一種采用以Delphi為開發(fā)程序、SQL Server 2000作為數(shù)據(jù)庫，提出一種OPGW光纜結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的方案，并對其中設(shè)計要點加以闡述，以期給該類特種光纜設(shè)計提供一定的參考之用。

關(guān)鍵詞：局域網(wǎng)；OPGW光纜；結(jié)構(gòu)設(shè)計；功能模塊；輸出設(shè)計

中圖分類號：TN818 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 （2013） 09-0000-03

隨著國內(nèi)OPGW的廣泛應(yīng)用，光纜制造技術(shù)的不斷提高，OPGW結(jié)構(gòu)設(shè)計也越來越成熟。但OPGW設(shè)計相對于其它光電纜來講，設(shè)計參數(shù)多，設(shè)計過程復(fù)雜，同一個環(huán)境條件下不同人員設(shè)計的結(jié)構(gòu)很可能就不一樣，成本也會有一定的差異，在實際的設(shè)計過程中，很多公司采用EXCEL計算，但由于不同規(guī)格的鋁包鋼和鋁合金線參數(shù)不同，在不斷調(diào)整的過程很容易出錯；同時由于每根OPGW需要單獨設(shè)計，財務(wù)在計算成本的過程中也容易出現(xiàn)錯誤。怎樣快捷、有效地設(shè)計出滿足用戶要求的光纜結(jié)構(gòu)，在設(shè)計出結(jié)構(gòu)后，材料成本、價格能一步到位，成為我們急需解決的問題。

針對OPGW光纜設(shè)計與使用過程中出現(xiàn)的種種問題，結(jié)合公司的實際情況，根據(jù)公司現(xiàn)有內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的運行情況，結(jié)合我們自身編程的能力，決定對OPGW光纜設(shè)計實現(xiàn)同一界面的操作，簡化設(shè)計過程，在選擇材料的同時自動計算各種參數(shù)和相對應(yīng)的價格，從而減少工作量，優(yōu)先選用具有運行效率高、代碼資源豐富的Delphi為程序開發(fā)軟件，后臺數(shù)據(jù)庫采用SQL SERVER 2000，用于存放各種鋁包鋼、鋁合金及其它材料的各種參數(shù)，這樣在實際設(shè)計過程當(dāng)中保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性。該軟件設(shè)計必須與現(xiàn)有內(nèi)網(wǎng)連接，能被設(shè)計者共享使用并保存。

1 設(shè)計原則

該OPGW光纜設(shè)計的總原則是不僅要滿足OPGW設(shè)計需要，同時滿足局域網(wǎng)內(nèi)聯(lián)系使用，同時，留出ADSS光纜程序接口，以便以后ADSS光纜程序設(shè)計的直接接入。結(jié)構(gòu)設(shè)計操作須簡便，結(jié)果輸出時即自成WORD文檔，并可根據(jù)需要直接包含產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品圖型、設(shè)計參數(shù)及價格。

2 界面設(shè)計

整個界面主要分為三大塊：光纜結(jié)構(gòu)、圖型、計算參數(shù)輸出。

目前國內(nèi)流行的OPGW光纜一般由光單元（以下簡稱OP單元）、承力及載流單元組成。按其結(jié)構(gòu)可分為中心管式和層絞式。在光纜結(jié)構(gòu)布局設(shè)計時應(yīng)當(dāng)考慮到該兩種結(jié)構(gòu)不同的設(shè)計方式。界面左側(cè)為光纜結(jié)構(gòu)設(shè)計，分為中心層、第一層、第二層、第三層及第四層。第四層的設(shè)置，主要考慮大跨越所需抗拉能力較大時采用。在中心層右側(cè)為光纖類型及光纖芯數(shù)。根據(jù)光纜結(jié)構(gòu)及材料的選擇，自動計算出的光纜結(jié)構(gòu)圖形顯示于界面右上方，右下方則設(shè)計要求參數(shù)及輸出參數(shù)值，并且自動判斷所設(shè)計的光纜參數(shù)是否滿足設(shè)計要求。

3 功能性模塊設(shè)計

3.1 光單元（以下簡稱OP單元）

一般OP單元由不繡鋼管內(nèi)包含光纖及油膏組成。當(dāng)中心層為OP單元時，在其余1-4層不可以輸入OP單元，否則程序進行報警。當(dāng)中心層為承力單元時，第二層可以放置1-2個OP單元，最外層不考慮OP單元的設(shè)置。光纖芯數(shù)及類別可選擇為G.652及G.655光纖。在編程時，應(yīng)當(dāng)考慮OP單元放置光纖的極限值，通過與不銹鋼管直徑、容納的光纖芯數(shù)結(jié)合光結(jié)余長控制，自動判斷該OP管是否能生產(chǎn)，如不能滿足生產(chǎn)要求，則跳出對話框報警，需重新調(diào)整OP管直徑或者光纖芯數(shù)。

3.2 承力、載流單元

承力單元和載流單元并非絕對分開的，而是相輔相成的。所謂的承力單元同時也能承受一定的載流量；載流單元也能承受一定的力，在設(shè)計時應(yīng)充分考慮承力與載流的配比。在滿足用戶要求的情況下，所用單絲型號或規(guī)格應(yīng)盡量統(tǒng)一。每層單絲排序規(guī)則，應(yīng)遵循選擇內(nèi)部抗拉強度較高的鋁包鋼、外部選擇過載能力較強的鋁包鋼或鋁合金等材料，材料的選用以最終滿足用戶參數(shù)要求為準。在本軟件設(shè)計時，每層根據(jù)實際設(shè)計要求，不同層的單絲直徑不一定完全相同，這就需要判斷不同層容納的單絲根數(shù)是否合理，過疏過密均不符合設(shè)計要求。在程序設(shè)計上，同樣對每一層的根數(shù)進行判斷，如超出范圍，則跳出對話框予以警示并要求重新調(diào)整，同時在界面上可以直觀顯示每層放置不同直徑單絲的數(shù)量，這為設(shè)計帶來極大的方便。

3.3 圖形設(shè)計

本軟件開發(fā)中，對圖形進行了重點設(shè)計。根據(jù)要求，在完成結(jié)構(gòu)設(shè)計時，就要求將圖形顯示出來，從圖形上可以給設(shè)計者一個直觀形象。在此過程中，重點考慮在同一層中，如有兩種或三種以上不同單絲時（當(dāng)然有三種不同單絲的情況較少，在設(shè)計中應(yīng)避免），如何排列單絲組合？

每層中如有兩種單絲：

考慮到受力均勻的原則，如單絲數(shù)量相等，則不同單絲自動選取間隔排列。如單絲數(shù)量不等，需通過一步步的計算，逐步計算出該放置的根數(shù)。將單絲數(shù)量多的除以單絲數(shù)量少的，取整數(shù)部分為X，按X（數(shù)量多的單絲）：1（數(shù)量少的單絲）的比例進行排列。后分別減去已排列根數(shù)，再將單絲數(shù)量多的除以單絲數(shù)量少的，同樣取整數(shù)部分排列，以此類推直至全部排列完成。

舉例：如有一層絞式OPGW光纜，內(nèi)層為1+6結(jié)構(gòu)，最外層有兩種單絲，分別是鋁包鋼7根和鋁合金5根。

計算一：7÷5=1.4，X=1，按間隔1根排列；如圖1所示；

計算二：6÷4=1.5，X=1，再按間隔1根排列；如圖2所示；

計算三：5÷3=1.7，X=1，同樣按間隔1根排列，如圖3所示；

計算四：4÷2=2，X=2，按鋁包鋼2根，鋁合金1根排列，如圖4所示；

計算五：2÷1=2，X=2，最后將剩余2根鋁包鋼及1根鋁合金排列完，如圖5所示。

至此，圖形計算設(shè)計完成。當(dāng)然我們在真正設(shè)計中應(yīng)盡量避免這種不對稱結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。

圖一 圖二 圖三 圖四 圖五

4 光纜參數(shù)計算公式

軟件編程應(yīng)遵循以下公式進行：

4.1 短路電流容量計算

由于短路持續(xù)時間很短，假設(shè)短路電流產(chǎn)生的熱量基本不能發(fā)散而全部用于導(dǎo)線溫度的升高，按絕熱過程計算，短路電流與導(dǎo)線溫升的關(guān)系如下式：

I2R0（1+αθ）dt = Cdθ

由此可求得：

若式中所有值均以20℃時值表示，則

式中：I——短路電流（A）；

t——短路持續(xù)時間（S）；

R0——20℃時直流電阻（Ω/cm）；

α——電阻溫度系數(shù)（1/℃）；取0.0036/℃

C——熱容量J/（cm.℃）；

θ1——初始溫度（℃）；

θ2——短路時最高溫度（℃）。

λ鋼=0.48 λ鋁=0.91

熱容量C=ρ鋁λ鋁S鋁+ρ鋼λ鋼S鋼

4.2 破斷強度計算

OPGW的破斷強度為鋁包鋼線的破斷強度總和，即T=σAS·SAS +σAA·SAA

式中：T――OPGW的總拉斷力

σAS--鋁包鋼線的抗拉強度

SAS--鋁包鋼線面積

σAA--鋁合金線的抗拉強度

S AA--鋁合金線面積

額定抗拉強度RTS=90%T

4.3 截面積計算

鋁包鋼絲截面積 SAS=N×π/4×dAS2

鋁合金絲截面積 SAA=N×π/4×dAA2

不銹鋼管截面積 SST=1×π/4×（D2-d2）

總截面積 S=SAS+SAA（不含不銹鋼管截面積）

4.4 單位重量計算 W=SST×ρST×λ中心層+ SAS×ρAS×λ第一層+ SAS×ρAS×λ第二層+WOP

4.5 直流電阻計算

R0=RAA*RAS/RAA+RAS

式中：R0=直流電阻（20℃）

RAA=鋁合金線的直流電阻

RAA=ρ20AA*1000/SAA

RAS=鋁包鋼線的直流電阻

RAS=ρ20AS*1000/SAS

4.6 彈性模量計算

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

4.7 線膨脹系數(shù)計算

α=SAA*EAA*αAA+SAS*EAS*αAS/（SAA+SAS）*E

按使用習(xí)慣，將起始溫度、最高溫度和短路時間放在要求值的上部，這也是直接關(guān)系到光纜的重要參數(shù)——短路電流容量。另外，根據(jù)用戶的要求，依次將外徑、重量、RTS直流電阻、短路電流容量等參數(shù)對應(yīng)排列，如圖1所示。

結(jié)構(gòu)設(shè)計：基于OPGW結(jié)構(gòu)設(shè)計人員已具有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)水平，我們考慮將OPGW結(jié)構(gòu)設(shè)計定義為中心層、第一層、第二層及第三、四層?？紤]到層絞式結(jié)構(gòu)一般為二層（不包括中心層），第三、四層在正常情況下隱藏，在設(shè)計大跨越線路時可將第三、第四層展開。如圖1所示。

在實際操作當(dāng)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計區(qū)域的每一次變更都會觸發(fā)相應(yīng)的事件，實現(xiàn)參數(shù)與價格的同步變動，為使運行速度更快，避免因網(wǎng)絡(luò)問題引起計算的延遲，實際設(shè)計當(dāng)中，將主要材料參數(shù)一次性加載到內(nèi)存中，以后每一次更改都從直接內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)，從而運算速度更快。

圖1結(jié)構(gòu)設(shè)計及參數(shù)顯示（界面）

說明：以上OPGW光纜參數(shù)中，有一部分涉及公司技術(shù)、商業(yè)秘密的信息已被覆蓋。

在調(diào)整結(jié)構(gòu)或單絲參數(shù)的過程中，OPGW光纜的所有參數(shù)均在跟隨變化，同時在最右側(cè)有“是否滿足”的顯示，滿足時打“∨”，不滿足時打“×”，給予設(shè)計者很直觀的判斷。當(dāng)設(shè)計完成時，光纜的型號即自動顯示。

5 輸出設(shè)計

考慮到目前投標文件的實際需要，需將光纜結(jié)構(gòu)、圖形、參數(shù)以及報價集中打印在一頁紙上。最終考慮用WORD版本做輸出，輸出內(nèi)容可直接被投標文件或技術(shù)參數(shù)表引用，帶來相當(dāng)大的方便。同時，在輸出保存過程中，自動抓取光纜的型號為文件名，同時又可以增加包號或省份加以區(qū)分，并直接保存至公司數(shù)據(jù)庫中。這樣，以后有相近要求的OPGW光纜設(shè)計時，可直接查詢調(diào)用，相當(dāng)方便。

6 結(jié)論

經(jīng)過筆者公司的技術(shù)人員使用測試后，參數(shù)數(shù)據(jù)與原用EXCEL設(shè)計時基本一致。使用本軟件可更直接、簡便，也更為直觀，設(shè)計效率大大提高。本軟件可以滿足OPGW光纜生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計、報價的需要，也可以供OPGW設(shè)計單位對選用產(chǎn)品進行參數(shù)對比與價格核算之用。

參考文獻：

[1]電力行業(yè)標準.DL/T-832-2003 光纖復(fù)合架空地線國電通信中心、中國電力科學(xué)研究院.

[作者簡介]尹鋒雷（1975-），男，江蘇無錫人，江蘇宏圖高科技股份有限公司，工程師。