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技术文章
OPGW在电力通信网中的应用 |
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OPGW在电力通信网中的应用
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摘要：OPGW是集通信及避雷线功能于一体的特种光缆，作为一种传输载体，具有抗电磁干扰、自重轻、安全系数高等优越性能，有较长的使用寿命和较高的运行可靠性。由于它既是地线又是通信线路，可节约大量的施工费用及运行费用，在电力通信网中得到广泛应用。该文从OPGW的定义出发，对OPGW的基本特点进行了分析，总结了在施工中应注意的问题。 关键词：OPGW；电力通信网；光纤 光纤复合架空地线（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire-OPGW）是集通信及避雷线功能于一体的特种光缆，利用电力系统特有的架空线路资源发展通信网络，成为各国通信线路专家研究的新课题。由于光缆媒介具有抗电磁干扰、自重轻等优越性能，使其适合于在输电线路上建设光纤通信网，被安装在电力架空线路杆塔顶部，无需考虑最佳挂点、电磁腐蚀、人为破坏等不利因素，从20世纪80年代初，OPGW以其优越的机械、电气性能及良好的经济性和实用性在全球得到广泛的运用。 在我国，从“九五”期间电力部门就将其作为电力通信的主要传输媒介之一加以推广，“十五”期间，我国电力光纤通信进入发展的黄金时期，随着国家三峡工程、西电东送工程和城网、农网改造建设的投入，对新一代通信传输技术提出了更高的要求。随着电力系统对安全稳定和自动化的要求越来越高，以OPGW为骨干传输媒介组成SDH环网为行政调度、远动自动化、继电保护通道、电网安全自动控制系统等数字信号传输提供主要通道将得到推广和发展，OPGW将得到广泛应用。 1 OPGW的定义 OPGW是光纤复合架空地线，是具有普通架空地线和光纤通信能力双重功能的复合线。这只是一个概括的定义，它还包括以下表述。 光单元（optical unit）：由光纤及其保护材料构成的OPGW部件。保护材料可以是金属或非金属，它可构成OPGW的承力部分和传输电流部分。 额定拉断力（rated tensile strength-RTS）：OPGW结构的计算拉断负荷。 最大允许张力（maximum allowable tension-MAT）：在预期最恶劣运行条件下的最大张力，一般推荐为RTS的40%。 年平均运行应力（everyday stress-EDS）：OPGW在无风无冰年平均气温的气象条件下所承受的应力。一般推荐为RTS的15%～25%。 应变限量（strain margin）：在光纤无纵向应变时OPGW能承受的最大应变量。一般推荐这时OPGW所承受的拉力不小于RTS的60%。 2 产品型号 OPGW的型号由型式和规格组成，两者之间用短横线隔开。型式由英文名称缩写“OPGW”表示。规格由光单元中光纤规格、金属导体的标称截面积、额定拉断力和短路电流容量组成。光纤类型的表示应符合YD/T 908的规定，当OPGW同时采用两种或两种以上的不同类型的光纤时应分别表明光纤根数和类型并用“+”连接；金属导体的标称截面积以“mm3”为单位，截面积的值修约到以修约间隔为5的整数；额定拉断力以“kN”表示，修约到整数；短路电流的容量以“kA2s”为单位，修约到小数点后1位。额定拉断力和短路电流容量列在中括号内并用分号隔开。 3 OPGW的结构 OPGW应由一根或多根光单元和一层或多层绞合单线组成。 光纤：光单元中的单模光纤应符合GB/T 9771的规定，多模光纤应符合GB/T 12357的规定。为了便于区别，光纤和光纤单元应着色或采用其它方式识别。 光单元是能容纳光纤的金属管、塑料管或骨架槽，保护光纤免受环境影响，免受纵向收缩、冲击、扭转、拉伸等机械力和长期热效应及潮气引起的损坏，光单元可以包含合适的阻水材料以保护光纤受潮气和振动的影响。 绞合单线可以是符合GB/T 1179-1999规定的圆形线，也可以是扇形、管形和Z形等异形线，可以是以下材料的一种或几种混合：符合GB/T 8134-1997规定的铝镁硅系合金圆线。符合GB/T 3428-2002规定的镀锌钢线。符合GB/T17048-1997规定的硬铝线。符合GB/T 17937-1999规定的铝包钢线。 外层绞合单线和所有的铝包钢线、镀锌钢线均不允许有接头。 防腐油膏为了减少腐蚀，OPGW的绞合线上可以涂覆防腐油膏，油膏的性能应符合IEC 61394：1997的规定。 阻水材料在许多环境下，OPGW中应使用合适的阻水材料来防止水或潮气渗入光单元，阻水材料的性能应符合YD/T 839.3-2000的规定。 4 性能特性 OPGW的一般特性参数都与杆塔距离、弧垂要求、冰荷、风荷和悬挂点的允许张力有关。 OPGW的机械性能包括额定拉断力（RTS）、最大允许张力（MAT）、年平均运行应力（EDS）、热膨胀系数及负荷条件下的架线适用性。 按照以上参数试验后，OPGW应达到以下标准： 进行抗拉试验时，当OPGW承受的拉力不大于RTS的95%时应无任何单线破断。 进行其它试验后，OPGW应无明显机械损伤，如松股、呈鸟龙状或断线，光纤衰减应无明显变化。 OPGW的环境适应性包括最大允许温度范围和渗水性能。最大允许温度范围为-40～65℃；进行渗水试验后，光纤衰减应无明显变化。 OPGW的电气性能包括线性直流电阻、短路电流容量和耐雷击性。进行电气试验后，应达到以下标准： 试验期间，单模光纤在1550 nm波长下和多模光纤在1330 nm波长下衰减变化应不大于1.0 dB/km。 试验后，OPGW中的非金属元件应无损伤；OPGW的任何组成部分（铠装层或光单元）达到的最高温度应是短路期间承载导体最大允许温度；若有线断裂，OPGW的残余强度应用余下的未断线股计算，残余强度应不小于RTS的75%。 5 OPGW施工方法 虽然OPGW与地线在施工方法及施工要求方面无大的区别，但OPGW还同时承载整段长度的光纤，所以在压折、弯曲和安装上都有特殊的要求。目前国内外施工方法使用较多的是张力放线法。 新建线路：利用导线、地线安装时的准备装置，如张力牵引机具、跨越架、牵引绳、导引滑轮等，达到资源利用最大化的效能。传统的安装方法是通过张力机及牵引机的主牵引与助牵引的作用力。在控制系统的监控及导动下OPGW平稳放线，以10～20 m/s的速度较稳定的架设到各基杆塔上。安装技术人员先进行耐张段的紧线，在观察档看尺度。验证了弧垂张力表的数据后开始安装耐张线夹，然后安装悬垂线夹。接续测试后，OPGW的安装工作至此告一段落。值得注意的是在紧线时，尤其是高差角较大的情况，为保护光缆上扬时不与滑车碰撞，需要打拉线紧固等。 老线路改造：需要准备所有的安装工作所需的施工器具。主要是在设计阶段对老线路的承载情况，包括原有地线的规格等的考虑非常关键。在施工中，比较方便的是可以利用原有地线作为牵引线，也通过张力机及牵引机的主牵引力与助牵引力的作用力，在控制系统的监控及驱动下使OPGW平稳放线。直升机施工法：有不少电力线路建设在崇山峻岭之中，线路施工非常复杂及困难，需要先前开道、架设跨越架等施工费用水涨船高，现在又随着直升机技术稳定性及可靠性的进步，电力系统也把目光投向了直升机OPGW施工。直升机施工不需要耗费大量人力在线路上，直接把人力运输到各转角塔，而后通过牵引绳牵引OPGW光缆，效率非常高。 活线施工法：国外有部分著名线缆公司目前有一种最新的施工方法（简称活线施工法），即在不切断铁塔上原有线路的情况下，在铁塔顶端架设OPGW线路的特殊施工法。这种OPGW光缆施工法也可称为不停电施工法。这种施工法通过在线路上悬挂上下双滑轮，基本上有10～20 m的间隔，滑轮中间穿接地导绳，牵引绳与OPGW在下滑轮中通过。待OPGW安装后，再通过上下双滑轮，导引换下原地线。 6 OPGW光缆接续 光缆接续是OPGW光缆施工中一道重要工序，其质量好坏将直接影响线路传输质量，在已发生的OPGW故障中，接头部位的故障发生率很高。故障的发生不仅取决于光缆连接护套的方式、质量，也包括内部光纤接头增强保护方式、材料的质量，同时也与光缆接续工艺、接续人的责任心有关。OPGW光缆的接续方法基本同于普通光缆的接续，但也有不同之处，并且要求更加严格。 接续材料的质量要求：OPGW光缆因其与高电压等级线路同杆架设，因光缆本身采用了耐电腐蚀材料，所以其接续护套也必须是经过鉴定的产品，除了应具备良好的防水防潮性及一定的机械性能外，同时也需具备一定的抗电腐蚀能力。接头盒的寿命应该要大于OPGW的使用寿命。 安装要求：为防止人为破坏，光缆接头盒必须安装在离地面6 m以上的位置，同时由于OPGW光缆的特殊性，需预留较多的余缆，余缆及接头盒尽量选择在易于盘放的地方如铁塔的横格面。接头盒应具有在杆塔上不打孔安装和紧固的功能，固定必须美观牢靠。 接续损耗要求：光纤接头的连接损耗，应低于内控指标，且尽量做到边接续边测试，以确保每条光纤通道连接损耗达到设计要求。为有效控制光缆接头的接续质量，熔接机提示的接续衰耗只能作为参考值，应采用光时域反射仪OTDR从两个方向监测，接头衰耗取其平均值。 7 结束语 OPGW光缆一般架设在高压输电线路的铁塔上，线路档距要比普通通信线路的档距大10倍以上，而且经常处于高温、大风、覆冰等恶劣环境中，因此对OPGW光缆的电气特性、机械特性和光纤特性等均有特殊要求。所以在电力通信网中应用OPGW时，用户应与制造商紧密配合，根据实际情况，选择合适的结构和材料。使OPGW的重量、外径、承载截面、额定抗拉强度、最大允许使用张力、年平均张力等机械性能完全满足要求。为现代化的电网提供高速、可靠的通信通道。随着光纤通信的发展，相信作为特种光缆之一的OPGW，将会越来越多地应用于电力系统通信。 |
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