光纜技術(shù)
TECHNOLOGY
OPGW光纜在超高電壓線路中的設(shè)計(jì)和運(yùn)用
摘要： 隨著電力通信的不斷發(fā)展，特別是OPGW光纜在高電壓電力線路的運(yùn)用也日趨增加。電力線路從110kV到500kV、乃至750kV以及很高電壓等級(jí)的電力線路，都在規(guī)模地運(yùn)用OPGW光纜，使電力通信的可靠性、通信的技術(shù)水平等得到了很大的提高。本文就OPGW光纜在超高電壓線路上設(shè)計(jì)和運(yùn)用時(shí)，應(yīng)考慮的問(wèn)題簡(jiǎn)要闡述，以供與會(huì)代表共同探討。
關(guān)鍵詞： 超高電壓線路、OPGW光纜結(jié)構(gòu)、光纜外徑、導(dǎo)線直徑、耐腐蝕
一． 前言：
OPGW光纜的規(guī)模運(yùn)用主要是進(jìn)幾年的歷史，伴隨著電力建設(shè)的不斷發(fā)展，在不同電壓等級(jí)的電力線路中，OPGW光纜的運(yùn)用蓬蓬勃勃，尤其是進(jìn)二年全國(guó)電力缺乏，各地的電力建設(shè)將有一個(gè)新的高潮，OPGW光纜運(yùn)用的電壓等級(jí)也在不斷上升。從500kV到750kV的電壓線路，乃至更高的電壓線路也在研究采用OPGW光纜。然而，在超高電壓線路中對(duì)于輸電導(dǎo)線乃至OPGW光纜，從國(guó)內(nèi)外技術(shù)文獻(xiàn)以及實(shí)踐運(yùn)用都是空白點(diǎn)，因此如何在超高電壓線路中可靠地運(yùn)用OPGW光纜，將是用戶和生產(chǎn)雙方的設(shè)計(jì)部門共同研究的課題，本文就在超高電壓線路中采用OPGW光纜時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題，簡(jiǎn)要闡述個(gè)人的觀點(diǎn)，以供讀者共同探討。
二． 我國(guó)第一條實(shí)驗(yàn)性超高壓線路(750kV)OPGW光纜的采用：
設(shè)計(jì)部門根據(jù)750kV超高壓線路的綜合技術(shù)要求，提出了本線路的OPGW光纜的主要技術(shù)參數(shù)（表1）。
表1
名 稱 單位 技術(shù)要求
光纜中光纖芯數(shù) 芯 24（G.652）
光纜外徑 mm ≤ 12.6
光纜重量 kg/km 600
標(biāo)稱抗拉強(qiáng)度(RTS) kN 80.7
最大工作張力 kN ≥ 23.80
平均運(yùn)行張力 kN ≥ 14.562
短路電流容量( 0.3s, 400C~2000C ) kA2s ≥ 50.3
根據(jù)上述OPGW光纜的技術(shù)要求，所采用的OPGW光纜結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)（表2）。
表2
名 稱 單位 技術(shù)要求
光纜中光纖芯數(shù) 芯 24（G.652）
光纜外徑 mm 12.6
光纜重量 kg/km 527
標(biāo)稱抗拉強(qiáng)度(RTS) kN 80.7
最大工作張力 kN 33.89 (42%RTS)
平均運(yùn)行張力 kN 14.53~20.18 (18%~25%RTS)
短路電流容量( 0.3s, 400C~2000C ) kA2s 51.2
三． 國(guó)內(nèi)外OPGW光纜的技術(shù)水平比較：
縱橫國(guó)內(nèi)外OPGW光纜的技術(shù)發(fā)展，國(guó)外在OPGW光纜的研究和規(guī)模生產(chǎn)比我國(guó)早，在上世紀(jì)70年中期就起步了，并在生產(chǎn)工藝、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)上得到了較大的收獲。我國(guó)在OPGW光纜的理論研究也不晚，但產(chǎn)品的規(guī)模生產(chǎn)主要是在90年代未得到了迅速發(fā)展，引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)工藝技術(shù)的也得到了不斷地提高，從小批量生產(chǎn)走向了規(guī)?；a(chǎn)。就目前OPGW光纜的產(chǎn)品質(zhì)量、規(guī)?；a(chǎn)、技術(shù)服務(wù)等綜合因素的水平已經(jīng)超過(guò)了國(guó)外的水平。
從生產(chǎn)規(guī)模而言，年產(chǎn)超過(guò)7000kmOPGW光纜生產(chǎn)能力的已有二家，超過(guò)2000km的已有數(shù)家，因此規(guī)模的生產(chǎn)能力也不比國(guó)外差。從產(chǎn)品質(zhì)量而言，國(guó)內(nèi)廠家所提供的OPGW光纜，在實(shí)際運(yùn)用中出現(xiàn)的因產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題而造成事故的事故數(shù)也遠(yuǎn)比進(jìn)口產(chǎn)品少?？梢哉f(shuō)我國(guó)的OPGW光纜產(chǎn)品完全可以自給，其產(chǎn)品質(zhì)量也達(dá)到甚至超過(guò)國(guó)外的同類產(chǎn)品，這是我國(guó)民族工業(yè)的驕傲，也是我們光纜產(chǎn)業(yè)的驕傲。
從試驗(yàn)裝備而言，主要的規(guī)模生產(chǎn)的企業(yè)為了進(jìn)一步提高工藝技術(shù)水平、提高產(chǎn)品的質(zhì)量，都建立了自己的檢測(cè)中心，其檢測(cè)設(shè)備一流、檢測(cè)方法完全按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)國(guó)家電力行業(yè)也專門建立了OPGW光纜產(chǎn)品的檢測(cè)中心，如：北京良鄉(xiāng)的“電力建設(shè)研究所”，專門進(jìn)行OPGW光纜全機(jī)械性能和光學(xué)性能的檢測(cè)，北京的“電力科學(xué)研究院”，具有完整的OPGW光纜電氣性能的檢測(cè)、光學(xué)性能和部分機(jī)械性能的檢測(cè)。因此我國(guó)已完全具備了OPGW光纜產(chǎn)品型式試驗(yàn)的檢測(cè)手段，其檢測(cè)手段完全達(dá)到國(guó)際水平。
四． 超高電壓線路OPGW光纜結(jié)構(gòu)的探討：
由于超高壓線路所覆蓋的面較廣，用戶量也很多，因此要求線路的安全性、穩(wěn)定性、可靠性就技術(shù)層面而言，”三性”是必須保證的。因此對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)性能（包含產(chǎn)品質(zhì)量性能）就會(huì)提出新的要求。在輸電線路中，OPGW光纜被當(dāng)作一條架空地線和傳輸信息的雙功能線使用，就要求OPGW光纜必須具備架空地線的一切機(jī)械性能和電氣性能的要求，同時(shí)它又是一條光纜，也必須滿足傳輸信息的一切傳輸特性。因此對(duì)OPGW光纜結(jié)構(gòu)的合理性、產(chǎn)品質(zhì)量的高可靠性就顯得格外重要。
對(duì)于如750kV或更高電壓等級(jí)的超高電壓線路，其線路的短路電流容量也許比110kV~500kV線路要來(lái)得小，由于超高電壓線路的特殊性，在選擇OPGW光纜時(shí)，也許光纜的機(jī)械性能和耐雷擊性能是第一考慮因素，短路電流容量、光纜外徑、光纜重量等參數(shù)也許是第二考慮因素。基于這一考慮思路，在設(shè)計(jì)OPGW光纜結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問(wèn)題：
1） OPGW光纜結(jié)構(gòu)中最外層導(dǎo)線組成的考慮
在OPGW光纜的結(jié)構(gòu)中，最外層線材組合主要有三種類型：
在三種類型中，A結(jié)構(gòu)的最外層是以全鋁合金導(dǎo)線（AA線）為組成部分，B結(jié)構(gòu)的最外層是以鋁合金導(dǎo)線（AA線）和鋁包鋼線（AS線）混合方式為組成部分，C結(jié)構(gòu)的最外層是以全鋁包鋼線（AS線）為組成部分。這三種類型都在不同的地區(qū)得到了廣泛地應(yīng)用。
2） OPGW光纜外徑的考慮
OPGW光纜的外徑大小將直接關(guān)系到光纜機(jī)械性能和電氣性能。由于超高電壓線路的運(yùn)行，要求輸電系統(tǒng)必須具備高穩(wěn)定性和高可靠性，因此在設(shè)計(jì)OPGW光纜時(shí)對(duì)外徑的選擇不應(yīng)過(guò)小，適當(dāng)?shù)墓饫|外徑有助于提高光纜的機(jī)械性能、電氣性能和耐雷擊性能。
3） OPGW光纜耐雷擊性能的考慮
在考慮到光纜機(jī)械性能和電氣性能的同時(shí)，也應(yīng)考慮到光纜的耐雷擊性能。近年來(lái)光纜受到直接雷擊而造成斷股現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，人們?yōu)樘岣吖饫|的耐雷擊性能，往往僅對(duì)光纜外層導(dǎo)線直徑提出了要求，而又要求光纜的外徑比較小，結(jié)果產(chǎn)生了光纜的極為不合理的結(jié)構(gòu)，
光纜要求，光纖芯數(shù)24芯，光纜外徑不大于13.2mm，外層導(dǎo)線直徑不少于3.2mm (AS線)。
結(jié) 構(gòu) 參 數(shù)
中心層 1X￠2.4mm(AS線)
第一層 5X￠2.2mm(AS線)+￠2.2mm (SUS管)
第二層 9X￠3.2mm(AS線)
光纜外徑 13.2mm
要滿足上述的各項(xiàng)參數(shù)，就形成了圖4結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)參數(shù)。但該結(jié)構(gòu)嚴(yán)重存在著以下二個(gè)問(wèn)題：
（1） 光纜各層導(dǎo)線直徑比例的嚴(yán)重失調(diào)。由于光纜外徑和外層導(dǎo)線直徑的限制，造成結(jié)構(gòu)內(nèi)外層力學(xué)分布很不合理，同時(shí)結(jié)構(gòu)的緊密度存在嚴(yán)重問(wèn)題。
（2） 要滿足光纜的應(yīng)力特性，￠2.2mm的SUS管內(nèi)要容納24芯光纖是不可能的，必須是≥￠2.5mm的SUS管方能容納24芯光纖。
所以要提高光纜的耐雷擊性能，在滿足線路的技術(shù)條件下，適當(dāng)增大光纜的外徑、結(jié)構(gòu)中各層導(dǎo)線的直徑比較接近才是最有效的方法，從大量的電氣性能的試驗(yàn)中也證實(shí)了這一點(diǎn)。
4） 光纜耐腐蝕性能的考慮
設(shè)計(jì)部門為了考慮光纜的耐雷擊性能，往往考慮光纜外層導(dǎo)線采用鋁包鋼線（AS線），而且采用高導(dǎo)電率的AS線，然而欠缺考慮光纜的耐腐蝕性能。雖然光纜在生產(chǎn)中填充了防腐油膏，但光纜外層的AS線，在施工中由于存在不規(guī)范的施工因素或不可抗力的因素，AS線的表面鋁層很容易被刮傷，造成鋼線部分表面直接暴露在空氣中，由于我國(guó)空氣污染相對(duì)較為嚴(yán)重，從而形成鋼線部分表面集中腐蝕，最終將造成AS線腐蝕斷股現(xiàn)象，對(duì)光纜的安全運(yùn)行存在不穩(wěn)定因素。
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