OPGW 光纖衰減的原因及對策

李柯舟

摘 要：OPGW（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire）也稱為光線復(fù)合架空地線在電力通信系統(tǒng)中得到了廣泛的運(yùn)用。目前、隨著電網(wǎng)中OPGW使用規(guī)模的逐步擴(kuò)大、OPGW運(yùn)行中的各種問題也逐漸的顯現(xiàn)出來。文章主要針對500 kV 電網(wǎng)中OPGW所出現(xiàn)的衰減問題及其相應(yīng)對策做出合理的分析。

關(guān)鍵詞：光線復(fù)合架空地線；OPGW；電網(wǎng)

0引言

隨著社會的發(fā)展，電力部門對電力網(wǎng)絡(luò)的安全和自動(dòng)化的要求越來越高的前提下，對OPGW的要求也在逐步提高[1]。但是，目前OPGW在運(yùn)行過程中卻存在很多問題比如光纖衰減嚴(yán)重、可靠性不足等都會對電網(wǎng)安全性產(chǎn)生很大影響。以500kv電網(wǎng)的OPGW為例，光纖傳輸中如果衰減超出標(biāo)準(zhǔn)的上限會造成誤碼情況的出現(xiàn)，嚴(yán)重者造成通道中斷，外加上500kv電網(wǎng)的超高壓系統(tǒng)，負(fù)載很大，如果因?yàn)楣饫w衰減而出現(xiàn)威脅電網(wǎng)可靠性的情況，那造成的損失將會非常巨大，所以做好電網(wǎng)中OPGW的維護(hù)工作，提高對電網(wǎng)維護(hù)人員的管理水平也是非常必要的。

1 OPGW代表結(jié)構(gòu)

隨著電網(wǎng)自動(dòng)化進(jìn)程的發(fā)展，OPGW運(yùn)用的增多，其結(jié)構(gòu)已經(jīng)從原先的幾種發(fā)展到了幾十種，但是總的來說可以歸結(jié)為三大類分別是：鋁管型，鋁骨架型以及不銹鋼管型。

（1）鋁管型OPGW

圖1-1中左面第一個(gè)為鋁管型，在此結(jié)構(gòu)中，鋁管主要起導(dǎo)電

的作用，屬于導(dǎo)電截面，這種鋁管大致還可以劃分為無縫、焊接、縱包三種管型，分別起不同的作用。光纖管也可以劃分為：單松套光纖管、層松套光纖管兩類。使用時(shí)首先將光纖置于鋁管中，在鋁管中還要充滿防水的油膏或者形成隔熱層。標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的鋁管型，一般情況下使用鋁包鋼線作為內(nèi)層絞合，鋁合金線作為外層絞合，并且這兩個(gè)絞合的方向正好相反。

（2）鋁骨架型OPGW

圖1-1中間的結(jié)構(gòu)為鋁骨架型結(jié)構(gòu)，和鋁管型結(jié)構(gòu)一樣鋁骨架也是屬于導(dǎo)電橫截面，和鋁管型結(jié)構(gòu)不同的是它在骨架上面有很螺旋槽，在這些槽的內(nèi)部設(shè)置上了松套管和一次被復(fù)光纖束以及帶纖。標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的鋁骨架型OPGW，有鋁保護(hù)管在骨架的外層起到保護(hù)的作用，但是有時(shí)候也會根據(jù)客戶的要求設(shè)計(jì)無鋁管保護(hù)的鋁骨架型OPGW，這樣的鋁骨架型OPGW使用壽命會相對較短。另外，內(nèi)部所使用的絞線則會根據(jù)鋁管型號而加以配備。

（3）不銹鋼管型OPGW

圖1-1最右面便是不銹鋼管型結(jié)構(gòu)。不銹鋼管型OPGW標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)是首先將光纖放置在內(nèi)部填充防水油膏的鋼管中，然后用鋼管來代替單絲，單絲可以認(rèn)定為一根到三根之間不等，最后將鋼管設(shè)置在內(nèi)絞層中，這樣就完成了現(xiàn)在比較標(biāo)準(zhǔn)的不銹鋼管型OPGW結(jié)構(gòu)。同時(shí)需要注意的是絞絲的配置也是根據(jù)鋼管型號來選擇的。這種結(jié)構(gòu)的OPGW和常用的架空地線結(jié)構(gòu)相類似，很容易和現(xiàn)有設(shè)備相匹配，所以運(yùn)用最為廣泛。

2 光纖傳輸?shù)奶匦?/p>

探究光纖衰減的原因首先要了解光纖傳輸?shù)奶匦?，電力系統(tǒng)中的OPGW的傳輸通常具有遠(yuǎn)距離、大容量的特點(diǎn)，單模光纖正好可以同時(shí)滿足這兩個(gè)要求。單模光纖主要是由兩部分組成纖芯層和包層，這兩層的主要成分都是石英也就是通常我們說的二氧化硅但是折射率不同，纖芯層主要作用是使光信號在內(nèi)部傳播，包層主要作用是使光信號盡量的在纖芯中傳播，起保護(hù)作用。

通過光纖傳輸特性的了解，可以得出只要使光信號在纖芯層和包層內(nèi)發(fā)生全反射就可以使光信號的衰減降到最低。但是影響其出現(xiàn)衰減的因素是多種多樣的。

（1）

公式（1）中 P1（K）為通過纖芯的光功率的大小， P2（K）為通過包層的光功率的大小，L為所使用的光纖，長度單位一般是Km， 則是衰減常數(shù)和外界環(huán)境有關(guān)，單位是dB /km。

3 光纖衰減的原因

OPGW損耗形式一般分為兩種，一種是在光纖制備過程中材料本身的原因造成損耗稱為固有損耗；另一種是光纖在運(yùn)行過程中受到施工或者外界環(huán)境的影響所造成的損耗稱為附加損耗。對于附加損耗如果維護(hù)得當(dāng)是可以控制在合理的范圍內(nèi)。首先來講固有損耗，如果將固有損耗細(xì)分，它還包含了散射損耗，吸收損耗以及翹曲損耗等[2]。

吸收損耗主要是光纖中含有氧離子和氫離子在特定條件下會相互結(jié)合，成為OH-離子，OH-離子對1380nm附近的光線有很強(qiáng)的吸收能力。然而電力網(wǎng)絡(luò)中所使用的光信號的波長恰恰為1310nm或者1550nm。有資料顯示0. 00 1% OH-所產(chǎn)生的損耗就可以達(dá)到300dB /km左右，如果光纖所處的環(huán)境比較潮濕，那么光纖中的OH-離子會隨著潮氣的浸入而增加，并且產(chǎn)生的OH-離子在光纖中具有不可逆轉(zhuǎn)的特性，所以光纖中OH-離子的含量是需要長期監(jiān)控的數(shù)據(jù)之一。一般情況下單模光纖規(guī)定的衰減系數(shù)為：0. 45

翹曲損耗則是隨機(jī)出現(xiàn)的損耗，主要是由于拉絲過程中光纖軸線傾斜造成的。

（2）

（3）

公式（2）（3）中n表示包層光纖中折射率的大小、 表示為模場的半徑、 為光纖中軸線的傾斜角度、Y 為定位槽長度； H翹曲半徑。從公式中可以很明顯的觀測出 的大小直接關(guān)系著損耗的程度。

以上三種都是固有損耗，附加損耗則和外界環(huán)境聯(lián)系的更加緊密，施工工程中難免會遇到光纖彎曲情況出現(xiàn)，但是光纖彎曲直接會導(dǎo)致光信號傳輸時(shí)纖芯全反射條件的破壞，從而造成彎曲損耗的產(chǎn)生。另外，如果光纖內(nèi)外兩層材料的熱膨脹系數(shù)相差比較大，當(dāng)外界環(huán)境出現(xiàn)極熱極寒的變化時(shí)，光纖會無法避免的出現(xiàn)彎曲[3]。

光纖的密閉性對光纖的壽命起著舉足輕重的作用，造成吸收損耗的一個(gè)主要原因就是，光纜接續(xù)盒密閉失效，造成了水汽侵入到纖芯中，從而造成了光纖的衰減。

4 控制和預(yù)防措施

4.1 施工控制

（1）為了將施工所造成的光纖損傷降到最低，必須嚴(yán)密監(jiān)控光纖每一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)上的參數(shù)，做到每一個(gè)施工點(diǎn)測試一次。

（2）保證同一條線路上的光纖必須是同一批次、同一型號的OPGW，將接續(xù)損耗控制到最低。

（3）OPGW使用前做好監(jiān)測，保證使用前和出廠時(shí)的參數(shù)一致，避免運(yùn)輸時(shí)出現(xiàn)損傷的光纖被再次使用。

（4）合理控制放線時(shí)的牽引力，設(shè)置在額定拉斷力20%，放線直徑要大于OPGW直徑的40倍。

（5）光纖切割及續(xù)接時(shí)保證環(huán)境的干凈，盡量避免在潮濕、多塵的環(huán)境下作業(yè)。

4.2 OPGW的維護(hù)

首先必須建立完善的監(jiān)測制度，依據(jù)OPGW的工作環(huán)境運(yùn)用合理的監(jiān)測手段，制定出嚴(yán)格的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)。對于嚴(yán)寒、多雨、多雷的地區(qū)做重點(diǎn)監(jiān)測。

1、監(jiān)測必須是在溫度、風(fēng)力相對穩(wěn)定的環(huán)境下進(jìn)行。

2、針對光纜接頭盒進(jìn)水的問題，先在光纜接頭盒內(nèi)加上適量的干燥劑，然后在光纜接頭盒的位置提前安放角材，將光纜接頭盒垂直安裝在角材上，使OPGW光纖內(nèi)的水分自流回光纜接頭盒內(nèi)，通過更換干燥劑的方式控制OPGW光纖內(nèi)的水分，直到水分全部排出。

5 結(jié)束語

目前、OPGW在電力系統(tǒng)中運(yùn)用越來越廣泛，但是光纖衰減的問題也越來越突出。為了減少光纖衰減情況的出現(xiàn)，必須注重OPGW的維護(hù)及監(jiān)測，通過維護(hù)與監(jiān)測的并用，將光纖衰減超標(biāo)問題及早控制，使OPGW更好的為我們服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王輝，王平，于虹.光纖通信[ M ].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[2]中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DL /T832 - 2003. 光纖復(fù)合架空地線[S].2003.

[3]IEC 60794-4-1（1999，第1版）.光纜第4部分高壓電力線架空光纜（OPGW）[S].1999.