OPGW外層單絲間隙問題初探

何文棟，邱順利，徐常志，陳成杰

（1. 深圳市特發(fā)信息股份有限公司，廣東深圳，518057；2. 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司信息通信分公司，遼寧沈陽，110006）

OPGW外層單絲間隙問題初探

何文棟1，邱順利2，徐常志1，陳成杰1

（1. 深圳市特發(fā)信息股份有限公司，廣東深圳，518057；2. 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司信息通信分公司，遼寧沈陽，110006）

OPGW光纜因復(fù)合了不銹鋼管光單元，生產(chǎn)中不能簡單采用單絲替換的方式。為此，本文分析了OPGW外層間隙的產(chǎn)生原因，提供了外層間隙的理論計算方法；在實踐中，通過工藝試驗進行驗證，并提出針對性的工藝改進措施。結(jié)果表明，理論測算與實際生產(chǎn)結(jié)果相互吻合。

OPGW；絞合工藝；絞合節(jié)距；單絲間距

引言

OPGW光纜既有光纖通信的優(yōu)點，又承擔(dān)了輸電線路地線的作用，已廣泛應(yīng)用于輸配電線路中。目前電力運營商對OPGW的采購方式有兩種：1）集中采購，指定光纜具體結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)，要求生產(chǎn)商滿足其要求；2）零散訂購，提供光纜敷設(shè)和運行條件，由生產(chǎn)商自行設(shè)計結(jié)構(gòu)及其性能指標(biāo)。

相較于傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線或鋁包鋼絞線而言，OPGW光纜因復(fù)合了不銹鋼管光單元，造成部分結(jié)構(gòu)不能簡單采用單絲替換方式，而需重新設(shè)計成“內(nèi)小外大”的非標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)（如1+5+11結(jié)構(gòu)），生產(chǎn)工藝需要個性化定制。

1 成纜單絲間隙過大原因分析

如果生產(chǎn)絞合過程工藝控制不到位，很容易造成單絲間縫隙明顯、外層單絲包覆率低等問題，而且縫隙集中在某兩根單絲之間。OPGW光纜外層單絲縫隙過大，造成的危害主要有：1）光纜外觀不良，影響產(chǎn)品交付；2）外層單絲受力狀態(tài)不一致，易出現(xiàn)單絲斷股；3）施工過程中易出現(xiàn)單絲散股或內(nèi)層光單元受壓，造成光纖損耗增加、斷纖等事故；4）雷擊時易產(chǎn)生電弧或電阻熱，造成單絲熔斷［1］。

下面討論OPGW光纜在絞合成纜的過程中，會導(dǎo)致光纜外層單絲間隙過大的因素。

1.1單絲絞合節(jié)距

成纜節(jié)距越大，光纜彎曲時的變形越大，光纜柔軟性越差，反之亦然。應(yīng)選擇合適的成纜節(jié)距，使光纜有良好結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和彎曲性，減少變形和皺褶，提高生產(chǎn)效率；在電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 832-2003《光纖復(fù)合架空地線》第5.3.2條款中規(guī)定，“單線最外層的節(jié)徑比既不小于10，也不大于14”［2］，各生產(chǎn)廠家會根據(jù)光纜結(jié)構(gòu)進行微調(diào)，但一般采用固定值。對于少數(shù)特殊結(jié)構(gòu)的纜型，需要進行針對性調(diào)整。

1.2單絲放線張力

目前，OPGW成纜設(shè)備有籠式絞線機、叉式絞線機、框式絞線機、管式絞線機等幾種，不同設(shè)備的放線張力控制方式不同，對成纜絞合形變的影響不同。放線張力太大可能使成纜太過緊密，單絲扭轉(zhuǎn)內(nèi)應(yīng)力得不到釋放，生產(chǎn)過程中易出現(xiàn)單絲斷裂，造成質(zhì)量事故［3］；放線張力太小可能使成纜松散，易形成層間縫隙或單絲鼓起。此外，主動放線各搖籃放線張力不一致、浮動值偏大等也會影響成纜的間隙分布及單絲起鼓。

1.3單絲成型高度

OPGW相鄰兩層絞合方向相反，受力時各層產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩相互抵消，防止各層單線向一個方向轉(zhuǎn)動而松股，同時也能使絞線產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩的分力，避免絞線在未拉緊時打卷［4］。對于OPGW而言，各層鋁包鋼線絞合在纜芯上，就像一螺旋線繞在軛鐵外。當(dāng)電流通過鋁線時會產(chǎn)生磁力線，絞線各層絞向相反，磁力線方向相反，各層磁力線互相抵消，減少交流阻抗。單絲的成型高度不一致使單絲相互作用力集中，進而導(dǎo)致成型單絲間隙集中，易造成單絲鼓起，層間縫隙增大，光纜受力不均，更嚴(yán)重者造成光纜阻抗增大，抗雷擊性能下降。

2 外層單絲間隙理論計算方法

在OPGW絞合過程中，外層單絲呈螺旋線繞在纜芯上，從絞線的截面看，單絲截面呈橢圓形，因此合理的絞合間隙設(shè)計更有利于生產(chǎn)。為了防止光纜結(jié)構(gòu)過于松散造成成纜工藝控制難度大、外觀質(zhì)量不合格，應(yīng)在設(shè)計環(huán)節(jié)就對外層單絲間隙進行計算和合理控制。通過查閱相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)，結(jié)合《電線電纜手冊》第1冊中絞合工藝中的內(nèi)容，推演計算OPGW光纜外層單絲間隙的公式。

光纜結(jié)合過程中，外層單絲緊密圍繞在纜芯旋轉(zhuǎn)，單絲與徑向的夾角為絞合螺旋升角，絞合螺旋升角α的推演方法如圖1所示，其計算公式為［5］：其中，H為絞合節(jié)距；D'為外層單絲圓心圓直徑。

假設(shè)光纜外層單絲都緊密相連，那么光纜外層間隙將集中于一處，如圖2所示。其間隙計算公式為：其中，N為外層單絲股數(shù)；d為外層單絲直徑；D'為外層單絲圓心圓直徑；α為絞合螺旋升角。

圖1　螺旋升角計算方法示意圖

圖2　外層間隙計算方法示意圖

從式（2）可以看出，光纜外層單絲間隙與絞合節(jié)徑比、外層單絲直徑、光纜直徑均正相關(guān)。通過計算標(biāo)準(zhǔn)等徑結(jié)構(gòu)纜型，可以得知：外層單絲縫隙在0.4 mm～0.7 mm時，絞合線外觀均勻良好。因此在設(shè)計光纜時，通過該計算方法可以判斷設(shè)計結(jié)構(gòu)的外層縫隙是否合理。對于松散結(jié)構(gòu)光纜，生產(chǎn)時可通過減小節(jié)徑比實現(xiàn)間隙有效控制；對于緊湊結(jié)構(gòu)光纜，生產(chǎn)時增大節(jié)徑比可避免外層間隙不足而造成的單絲鼓起現(xiàn)象。

3 外層單絲間隙影響因素工藝試驗

針對光纜成纜生產(chǎn)過程中，因生產(chǎn)設(shè)備放線張力、工藝調(diào)試成型等主觀原因造成的光纜單絲間隙不均或過大問題進行研究驗證。為了達(dá)到試驗驗證效果，選取光纜結(jié)構(gòu)為OPGW-24B1-100（126.6；53.1），具體規(guī)格參數(shù)如表1所示。通過式（1）和式（2）計算，得出當(dāng)絞合節(jié)徑比為12時，該光纜該結(jié)構(gòu)纜外層單絲理論間隙為1.52 mm。

表1　OPGW-24B1-100（126.6； 53.1）光纜結(jié)構(gòu)參數(shù)表

3.1絞合設(shè)備放線張力

OPGW成纜設(shè)備對成纜絞合形變影響的主要區(qū)別在于主動放線和被動放線的張力控制差別。

試驗方法：通過新、舊兩條籠絞生產(chǎn)線，試制表1所示光纜，具體成型工藝參數(shù)如表2所示。按絞合節(jié)徑比為10、11、12、13，各生產(chǎn)調(diào)試50 m。成型調(diào)節(jié)及操作為同一組人員，截取樣品進行對比。

表2　放線張力對成纜間隙的影響試驗工藝參數(shù)設(shè)置

試驗結(jié)果如圖3所示。

結(jié)果分析：單從放線張力控制角度分析，穩(wěn)定的主動放線方式相比被動放線，在成纜間隙上影響較小，而對成纜的單絲鼓起、層間間隙影響明顯。

3.2單絲絞合節(jié)距

在DL/T 832-2016 OPGW標(biāo)準(zhǔn)中，要求單線最外層的節(jié)徑比既不小于10也不大于14，且最外層的節(jié)徑比不能大于次外層的節(jié)徑比。

圖3　兩條生產(chǎn)線成型效果對比

試驗方法：生產(chǎn)設(shè)備采取主動放線方式。在生產(chǎn)中，按照絞合節(jié)距為10、11、12、13分別制取樣品5 m。生產(chǎn)時驗證并記錄實際節(jié)距，用色彩筆標(biāo)記留樣。

試驗結(jié)果如圖4、5所示。

圖4　LJ-6各節(jié)徑比成型效果對比

圖5　LJ-7各節(jié)徑比成型效果對比

表3　絞合節(jié)距對成纜間隙的影響試驗結(jié)果記錄表

結(jié)果分析：單從成纜絞合節(jié)徑比分析，光纜外層單絲間隙與絞合節(jié)距關(guān)系較大，可以通過調(diào)節(jié)絞合節(jié)距來實現(xiàn)間隙調(diào)節(jié)，合適的絞合節(jié)距可以通過理論計算的方式來確定。

3.3單絲成型調(diào)節(jié)高度

當(dāng)前在絞纜生產(chǎn)時，成型調(diào)節(jié)高度主要由車間工段長和生產(chǎn)班長根據(jù)經(jīng)驗調(diào)試，沒有明確的操作指南或參考依據(jù)，僅是查看調(diào)節(jié)時光纜絞合外觀。

試驗方法：通過盲測進行工藝比試，對OPWG車間兩名工段長的調(diào)節(jié)效果進行采樣比對，絞合節(jié)

距統(tǒng)一為10、11，每人每節(jié)距生產(chǎn)50 m。試驗結(jié)果如圖6、7所示。

圖6　節(jié)徑比為10時兩位工段長成型效果對比

圖7　節(jié)徑比為11時兩位工段長成型效果對比

表4　絞合節(jié)距對成纜間隙的影響試驗結(jié)果記錄表

結(jié)果分析：單從不同人員成型高度調(diào)節(jié)分析，不同人員調(diào)節(jié)確實存在一些差異，工段長1調(diào)節(jié)優(yōu)于工段長2；從現(xiàn)場跟蹤情況看，操作人員的責(zé)任意識和質(zhì)量意識對成纜調(diào)節(jié)高度操作影響明顯。

4 控制改進措施

通過對OPGW光纜絞合工藝中絞合節(jié)距、放線張力、成型調(diào)節(jié)高度等方面的試驗結(jié)果，針對成纜過程中外層單絲間隙過大或者不均等問題，可采取以下措施進行質(zhì)量控制和工藝調(diào)節(jié)：

1）在結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)，應(yīng)通過間隙計算公式對非等徑絞合結(jié)構(gòu)驗算外層單絲間隙是否在合理可控范圍，建議外層單絲間隙（累積）應(yīng)不大于2.0 mm；

2）在生產(chǎn)管理環(huán)節(jié)，工藝人員應(yīng)通過間隙計算公式確定光纜適合的絞合節(jié)徑比；光纜結(jié)構(gòu)松散時，絞合節(jié)徑比應(yīng)小于或等于11；等徑標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)（1+6+12）中，絞合節(jié)徑比建議為12；光纜結(jié)構(gòu)緊密時，絞合節(jié)徑比應(yīng)大于或等于13；

3）在排產(chǎn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，應(yīng)定期巡檢生產(chǎn)設(shè)備放線張力穩(wěn)定性，對于個別結(jié)構(gòu)松散纜型，應(yīng)優(yōu)先選擇在放線張力控制穩(wěn)定的籠絞生產(chǎn)線生產(chǎn)，生產(chǎn)線前對放線張力進行巡檢和校準(zhǔn)；生產(chǎn)時應(yīng)指定操作素質(zhì)高、技能強的員工進行成型高度調(diào)節(jié)。

5 結(jié)束語

通過對OPGW外層單絲產(chǎn)生間隙的工藝層面原因進行分析，總結(jié)了一種計算光纜外層單絲間隙的方法。針對生產(chǎn)工藝過程中三個影響因素進行試驗和分析，提出了工藝控制措施和解決辦法，以供同行參考借鑒。

［1］門磊磊， 戴富梁. OPGW外層絞合縫隙的合理設(shè)計及正確計算［J］. 電力信息與通信技術(shù)， 2013， 11（11）: 125-128.

［2］DL/T 832-2003. 光纖復(fù)合架空地線［S］. 2003.

［3］沈慈來， 何鐘鹍. 層絞式OPGW絞合工藝問題及改進方法［J］.光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù)， 2008（3）: 30-32.

［4］張光武， 王國忠， 龔欣明. 架空導(dǎo)線的絞合節(jié)距和彎曲半徑探討［J］. 電線電纜， 2011（3）: 15-17.

［5］王春江. 電線電纜手冊: 第1冊［M］. 北京: 機械工業(yè)出版社，2001.

Exploration on Outer Conductor Monofilament Clearance of OPGW Cable

Wendong He1， Shunli Qiu2， Changzhi Xu1， Chengjie Chen1（1. Shenzhen SDG Information Co.， Ltd.， Shenzhen， Guangdong， 518057， China；2. State Grid Liaoning Electric Power Company Information Communications Branch， Shenyang， Liaoning， 110006， China）

Due to the conjunction of OPGW cable and stainless steel tube light unit， monofilament replacement cannot be directly adopted during production. In this paper， we analysis cause of outer clearance of OPGW， and provide theoretical computing methods of outer clearance. In practical， through validation of processing technique， we put forward measures with pertinency. The results show that，theoretical computing and actual production are consistent with each other.

OPGW； Stranding Process； Stranding Pitch； Monofilament Clearance

TN-9；TN913.7

A

2095-8412 （2016） 04-760-04

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.048

何文棟（1987-），男，陜西商洛人，助理工程師，從事光纜技術(shù)研究、智能電網(wǎng)監(jiān)測研發(fā)工作。

E-mail: hewd@sdgi.com.cn

邱順利（1961-），男，遼寧沈陽人，高級工程師，從事電力系統(tǒng)通信規(guī)劃、計劃與工程管理工作。

徐常志（1989-），男，江西萍鄉(xiāng)人，助理工程師，從事光纜技術(shù)研究、智能電網(wǎng)監(jiān)測研發(fā)工作。

陳成杰（1989-），男，浙江金華人，助理工程師，從事光纜技術(shù)研究、光纜質(zhì)量控制研究工作。