OPGW光纜接頭盒故障分析及改進(jìn)措施

貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心 劉 旭 湯 瑋 張光輝 尹志帆 潘 禎 彭琳鈺 葉衛(wèi)清

隨著輸電線路對(duì)光通訊需求的不斷提升，光纖復(fù)合架空地線（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，OPGW）應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它具有普通地線避雷和光通信雙重功能，承載了電網(wǎng)生產(chǎn)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)通信通道、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)通信通道等重要業(yè)務(wù)，是保障電網(wǎng)安全運(yùn)行與電力可靠供應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施。由于制造、運(yùn)輸、施工等條件制約，OPGW單盤盤長(zhǎng)一般在3～5km[1]，OPGW接頭盒將光纖進(jìn)行接續(xù)以延長(zhǎng)OPGW光纖傳輸通道。光纖接頭盒在OPGW光纜的運(yùn)行中起到非常重要的作用，也是光纜運(yùn)行中最易產(chǎn)生的故障點(diǎn)。系統(tǒng)內(nèi)最常見的是接頭盒密封、光學(xué)和機(jī)械方面的故障，這些故障導(dǎo)致OPGW光纖衰減過(guò)大，最終影響電網(wǎng)信息傳輸。

1 故障原因分析

某500kV線路OPGW光纜接頭盒內(nèi)出現(xiàn)通訊故障，打開接頭盒光纜保護(hù)管表面有大量防腐油膏溢出，光纜外層鋁包鋼與接線盒固定處有冰渣等情況，根據(jù)記錄該光纜接頭盒一年前已經(jīng)出現(xiàn)故障并進(jìn)行了更換。通過(guò)對(duì)故障接頭盒進(jìn)行分析，接頭盒故障原因可能為：接頭盒密封失效，導(dǎo)致水或水氣進(jìn)入接頭盒內(nèi)，對(duì)光纖衰減造成影響；OPGW接頭盒施工工藝問題，接頭盒或OPGW光纜受損，影響接頭盒或OPGW的性能；當(dāng)?shù)貧夂驐l件等方面原因，導(dǎo)致OPGW光纜固定處結(jié)冰擠壓受損。

1.1 接頭盒密封失效

在運(yùn)行過(guò)程中，密封失效是接頭盒最常見的問題，密封失效會(huì)導(dǎo)致水氣進(jìn)入接頭盒內(nèi)，從而導(dǎo)致光纖故障，接頭盒密封失效一般與其材料的老化和密封結(jié)構(gòu)有關(guān)。

材料老化問題。OPGW接頭盒一般采用帽式結(jié)構(gòu)，分為外殼體、內(nèi)部構(gòu)件、密封件和光纖接頭保護(hù)件4部分，其中外殼體由盒體、底座以及兩者之間的連接件組成，接頭盒外殼體采用鋁合金或不銹鋼材料，材料性能相對(duì)穩(wěn)定。接頭盒外殼體之間密封一般采用乙丙橡膠或硅橡膠等材料，在10～15年均會(huì)發(fā)生老化變形，導(dǎo)致接頭盒密封性受損、漏氣[2]。此外各廠家的接頭盒結(jié)構(gòu)有所區(qū)別，如密封圈外露會(huì)加速老化，縮短接頭盒的使用壽命。

密封結(jié)構(gòu)問題。接頭盒底座與罩子的連接結(jié)構(gòu)是接頭盒密封的關(guān)鍵，一般通過(guò)擠壓橡膠變形進(jìn)行密封，這種密封結(jié)構(gòu)應(yīng)使密封面受力均勻，接觸面應(yīng)平整光滑，擠壓力要合適，如果擠壓力過(guò)大使橡膠永久變形損傷，壓力過(guò)小會(huì)造成密封不良、影響接頭盒的密封性能。此外，盒體與接頭盒底座采用不銹鋼帶固定，盒體密封時(shí)，由于緊固鋼帶易扭曲、轉(zhuǎn)動(dòng)，所以現(xiàn)場(chǎng)緊固過(guò)程難以控制，會(huì)直接影響接頭盒的密封質(zhì)量。

1.2 施工工藝問題

在接頭盒的施工過(guò)程中沒有嚴(yán)格按照施工規(guī)范或者產(chǎn)品安裝說(shuō)明書進(jìn)行操作，現(xiàn)場(chǎng)施工前，施工項(xiàng)目部未能對(duì)施工操作人員進(jìn)行充分的操作培訓(xùn)。有些對(duì)產(chǎn)品安裝說(shuō)明理解有偏差，造成施工步驟錯(cuò)誤，或者為了施工安裝方便，省略操作流程和少安裝一些零部件，施工工藝不到位都會(huì)造成接頭盒的性能不良，隨著長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，接頭盒的問題就逐漸暴露出來(lái)[2]。本次故障接頭盒配套的OPGW光纜為中心鋁管結(jié)構(gòu)，直徑較粗，所以易被誤認(rèn)為光單元鋁管在接頭盒外部開剖，另外在開剝時(shí)容易損壞光纖單元鋁管，這樣會(huì)導(dǎo)致鋁管與纜芯之間進(jìn)入雨水，從而對(duì)光纖產(chǎn)生影響。

1.3 氣候條件原因

接頭盒故障當(dāng)?shù)氐目諝獬睗?，特別是在冬季濕度較大時(shí)易在光纜固定處的外層鋁包鋼縫隙之間淤積潮濕空氣（通俗稱呼露珠），當(dāng)氣溫驟降達(dá)到0℃時(shí)露珠開始結(jié)成冰，造成OPGW光纜固定處光纜體積增大，由此產(chǎn)生一個(gè)向纜芯內(nèi)部方向的擠壓力，再加上光纖保護(hù)管材質(zhì)為塑膠軟管極易受擠壓，從而導(dǎo)致光纜纖芯衰耗增大或中斷。本次故障接頭盒內(nèi)光纖保護(hù)管有大量防腐油膏溢出，說(shuō)明光纖保護(hù)管受到了擠壓，正是由于當(dāng)?shù)爻睗竦臍夂驐l件，水氣進(jìn)入光纖單元內(nèi)凝結(jié)，在低溫時(shí)水氣在鋁管光纖單元結(jié)冰，造成對(duì)光纖保護(hù)管的擠壓。

2 改進(jìn)措施

2.1 設(shè)計(jì)改進(jìn)

我單位對(duì)OPGW接頭盒出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，提出了接頭盒設(shè)計(jì)改進(jìn)方案：

更換密封件材料，提高耐老化性。接頭盒的密封件一般采用乙丙橡膠，改進(jìn)后采用耐老化硅橡膠材料，其具有更好的耐老化和抗低溫性能，保證OPGW接頭盒的密封持久，使其在整個(gè)線路運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)因橡膠部件老化而失效；光單元處錐型密封代替密封膠密封。接頭盒光纜入纜口處一般通過(guò)人工涂抹膠水進(jìn)行密封，存在人為操作的不確定性，有密封不良的隱患，改進(jìn)后使用橡膠密封錐密封代替常規(guī)的密封膠，橡膠錐孔的大小根據(jù)OPGW光纖單元的直徑尺寸定制，密封螺帽通過(guò)螺紋收緊的過(guò)程中對(duì)密封錐的楔形斜面產(chǎn)生法向作用力，從而擠壓橡膠變形，填補(bǔ)光單元與橡膠錐孔間的縫隙，達(dá)到對(duì)光單元的密封效果。

改進(jìn)盒體與底座的連接方式。盒體與接頭盒底座原設(shè)計(jì)采用不銹鋼帶固定，盒體受不銹鋼帶向下的正壓力，有可能會(huì)由于安裝時(shí)盒體放置不豎直、盒體與密封圈受力不均勻而造成密封效果不良，通過(guò)改進(jìn)接頭盒結(jié)構(gòu)，采用法蘭結(jié)構(gòu)將接頭盒盒體用6個(gè)螺栓與底座連接，提高密封的可靠性與穩(wěn)定性。

改進(jìn)光纜夾具。本次故障接頭盒接續(xù)的OPGW光纜為中心鋁管式光纜，由于鋁管強(qiáng)度低，在固定OPGW光纜時(shí)，夾具夾得太緊可能會(huì)損傷鋁管，或者由于光纜外層鋁包鋼縫隙之間淤積雨水結(jié)冰后體積增大而擠壓光纖單元鋁管，因此在接頭盒光纜夾具內(nèi)表面集成一層軟質(zhì)的橡膠墊，使之在固定OPGW時(shí)能很好的保護(hù)光纜，不會(huì)對(duì)光纜擠壓造成損傷，當(dāng)OPGW光纜鋁包鋼絲內(nèi)的水結(jié)冰體積增大時(shí)，橡膠墊能有一定的緩沖作用。

2.2 施工改進(jìn)

施工是控制接頭盒故障的重中之重的環(huán)節(jié)，要全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督，由于目前一般線路還沒有專業(yè)的通信工程監(jiān)理，很大程度上造成了對(duì)光纜接續(xù)工藝監(jiān)督的缺少。所以，運(yùn)行單位或管理部門應(yīng)加強(qiáng)工程的中間驗(yàn)收環(huán)節(jié)，在光纜接續(xù)過(guò)程中，派專人到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)督[3]。主要檢查以下幾個(gè)方面：光纜開剝是否損傷光纖，如果損傷光纖需重新開剝一段光纜；盤繞光纖是否存在跳纖用膠帶紙粘貼的情況，這會(huì)對(duì)對(duì)接頭盒后期運(yùn)行存在風(fēng)險(xiǎn)；接頭盒是否按照要求進(jìn)行密封處理，施工工藝需要滿足要求。

2.3 運(yùn)行防范

目前工程中使用的OPGW接頭盒絕大部分不具備試氣條件，在OPGW線路運(yùn)行期間很難做到對(duì)接頭盒密封性能進(jìn)行檢查，一般通過(guò)檢查接頭盒的外觀如光纜夾具處OPGW是否松動(dòng)、緊固螺栓是否松動(dòng)脫落、接頭盒外殼體是否變形等異常情況進(jìn)行確認(rèn)。在線路停電檢修時(shí)，可對(duì)接頭盒進(jìn)行抽檢，對(duì)于運(yùn)行10年以上的OPGW需進(jìn)行重點(diǎn)抽檢，檢查接頭盒內(nèi)部是否有水氣、橡膠圈是否老化，如發(fā)現(xiàn)接頭盒出現(xiàn)密封問題應(yīng)立即上報(bào)更換計(jì)劃。

實(shí)際應(yīng)用：將改進(jìn)后的OPGW接頭盒按照標(biāo)準(zhǔn)DL/T1899.1-2018《電力架空光纜接頭盒第1部分：光纖復(fù)合架空地線接頭盒》、YD/T814.2-2005《光纜接頭盒第二部分：光纖復(fù)合架空地線接頭盒》進(jìn)行全套試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，采用改進(jìn)后的接頭盒對(duì)故障段接頭盒進(jìn)行更換，對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督檢查，滿足施工工藝要求，經(jīng)過(guò)6個(gè)月的運(yùn)行，目前OPGW線路通訊正常。