OPPC 光纖復合相線的應用探討
OPPC 光纖復合相線的應用探討
1 引言
本文通過采用OPPC 光纖復合導線新型材料，充分利用電力系統(tǒng)自身的線路資源，將電能輸送與光纖通信合為一體，既具備光纖通信的功能，還不影響電能輸送，同時也為解決線路不架設地線段敷設光纜提供了方便可行的方案。
2 OPPC 光纖復合相線的定義
光纖復合相線OPPC（Optical Phase Conductor）是將光纖單元復合在相線中的光纜，具有相線輸送電能和光纖通信的雙重功能。
3 電力系統(tǒng)中光纖類型與性能分析
目前輸電線路同塔架設的通信光纖通常有：ADSS（全介質(zhì)自承式光纜）、OPGW（光纖復合地線）、GWWOP（地線纏繞式光纜）、AD-LASH（全介質(zhì)捆綁式光纜）、MASS（金屬架空自承式光纜）、OPPC（光纖復合相線）6 種，其性能特點如下。
（1）ADSS 光纜在220kV 及以下線路架設方便快捷，不涉及到防雷的問題。但其與導線彈性模量及熱膨脹系數(shù)的差異，導致ADSS 光纜與導線弧垂應力曲線的不一致，且存在電腐蝕現(xiàn)象。在運行期間，遇大風在單回路線路上有可能與導線摩擦。
（2）OPGW 光纜在施工時必須停電，多用于新建110kv 及以上高壓線路中，機械特性可滿足線路大跨越，不存在電腐蝕的問題。但預留纜和接頭盒易被盜，且存在雷擊斷股隱患。
（3）GWWOP 需將光纜捆綁在地線（高壓線路）上，光纜重量輕、造價低、安裝迅速，但需要承受線路短路時地線上產(chǎn)生的高溫。
（4）AD-Lash 與GWWOP 性能特點接近。
（5）MASS 結(jié)構(gòu)與中心管式OPGW 性能特點類似。
（6）OPPC 光纖復合相線是將光纖單元復合在相線（導線）中的光纖，可以充分利用電力系統(tǒng)自身的線路資源，既具備光纖通信的功能，還不影響電能輸送，同時也為解決35kV 線路不架設地線段敷設光纜提供了方便可行的方案。尤其在不需要安裝架空地線且有通信要求的地區(qū)，可節(jié)省架空地線。
4 OPPC 光纖復合相線與同規(guī)格導線性能比較
4.1 機械性能比較
（1）根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的OPPC 光纖復合相線機械性能試驗報告數(shù)據(jù)來看，其極限抗拉強度UTS（或稱破斷力）、標稱（額定）抗拉強度RTS、平均運行張力EDS、最大運行張力（MAT）均與相同規(guī)格的導線機械性能參數(shù)相近，在平均張力長期運行試驗和抗疲勞老化、振動試驗后，纜內(nèi)光纖無應變和無附加損耗、無損傷。
（2）根據(jù)OPPC 相關技術參數(shù)來看，其外徑、比重、彈性（楊氏）模量、熱膨脹系數(shù)等均與相同規(guī)格導線接近。
4.2 電氣性能比較
通過對OPPC 線材結(jié)構(gòu)分析，從理論計算和現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)來看，其各線材的電阻率、線性直流電阻、各層的絞入率均與相同規(guī)格的導線接近。允許的最高溫度，由于OPPC 傳導的是三相系統(tǒng)中的永久性的持續(xù)電流，平時工作溫度比不發(fā)生短路或雷擊時的OPGW 或架空地線要高，且是持續(xù)溫度。對普通不銹鋼管光纖單元來說，其光纖油膏的油分離指標一般按80 ℃ 控制，而OPPC 采用的是耐高溫的防腐油膏，其溫度參數(shù)一般控制在100~120℃。
以新建66kV何家變電所送電工程OPPC光纖為例；
OPPC技術參數(shù)
新建66kV何家變電所送電工程使用的OPPC技術參數(shù)詳見下表：
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材 料 |
根數(shù) |
材 料 |
根數(shù) |
原材料直徑 |
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光纖 |
G.652 |
24 |
G.655 |
0 |
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中 心 |
20.3%AS線 |
1 |
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線直徑 |
2.70 |
mm |
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結(jié)構(gòu)參數(shù) |
第1層 |
20.3%AS線 |
5 |
AL線 |
0 |
線直徑 |
2.70 |
mm |
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不銹鋼管 |
1 |
光纖芯數(shù) |
24 |
管直徑 |
2.70 |
mm |
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第2層 |
20.3%AS線 |
0 |
AL線 |
10 |
線直徑 |
3.40 |
mm |
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|
第3層 |
20.3%AS線 |
0 |
AL線 |
16 |
線直徑 |
3.40 |
mm |
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參照 GB/T 1179、GB/T 7424.4、DL/T 832、IEC 61089、IEC 60794-4、 IEEE 1138 標準 |
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絞合：中心線與各層之間填充防蝕油膏 |
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最外層絞合方向為“右”向（Z-stranding） |
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鋼芯直徑： |
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8.10 |
mm |
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光纜直徑： |
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21.70 |
mm |
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光纜重量： |
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899 |
kg/km |
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承載截面積 |
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270.41 |
mm2 |
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AS面積 |
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34.35 |
mm2 |
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AL面積 |
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236.06 |
mm2 |
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標稱抗張強度（RTS） |
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76.2 |
kN |
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技術參數(shù) |
楊氏模量（E-Modulus) |
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69.5 |
kN/mm2 |
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熱膨脹系數(shù) |
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20.0 |
×10-6/℃ |
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最大允許工作應力 (MAT) ( 40% RTS) |
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112.7 |
N/mm2 |
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每日應力（EDS) (16%~25% RTS) |
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45.1 |
~70.4 |
N/mm2 |
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極限特殊應力 (70% RTS) |
|
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197.2 |
N/mm2 |
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20℃直流電阻 |
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0.1163 |
Ω/km |
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短路電流 |
(1s, 40℃~200℃) |
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26.9 |
kA |
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短路電流容量 I2t |
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726.1 |
kA2S |
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最小彎曲半徑： |
施工： |
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434 |
mm |
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運行： |
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325 |
mm |
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載流量 |
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|
(40℃~70℃) |
459 |
A |
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(風速0.5m/s,導體表面吸收系數(shù)0.9 1/k) |
|
|
|
(40℃~80℃) |
569 |
A |
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(日照強度0.1 w/cm2,導體輻射系數(shù)0.9 1/k) |
(40℃~90℃) |
659 |
A |
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拉重比 |
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|
8.6 |
km |
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溫度范圍 |
安裝溫度 |
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-10℃ ~ +50 |
℃ |
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運輸和運行溫度 |
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-40℃ ~ +80 |
℃ |
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與JL/G1A-240/30鋼芯鋁絞線技術參數(shù)比較
本工程擬采用的OPPC機械參數(shù)與JL/G1A-240/30鋼芯鋁絞線機械參數(shù)基本一致。
4.3 費用比較
通過對OPPC 光纖復合相線所需材料和施工方法進行費用分析來看，OPPC 施工方法與相同規(guī)格導線相同，但由于OPPC 接頭要解決光、電分離的問題，同時還需要滿足相應電壓等級的絕緣要求，其每公里造價比相同導線價格大約增加1 萬元左右。
5 OPPC 光纖復合相線的應用范圍
（1）在66kV 及以下的農(nóng)網(wǎng)和配網(wǎng)新建或改建線路，不考慮架設地線, 可考慮采用光纖復合相線，以滿足電力監(jiān)控或光纖聯(lián)網(wǎng)的要求。
（2）在35—110kV 輸電線路上架設ADSS 或OPGW 架空光纜時，原有桿塔加固困難，或部分35kV 線路本身就沒有架空地線無法架設OPGW 光纜時，可考慮采用光纖復合相線。
6 OPPC 光纖復合相線的設計原則
（1）OPPC 需要傳送三相電力系統(tǒng)中的永久性電流，因此要考慮傳送過程中產(chǎn)生的持續(xù)高溫對光纖傳輸性能和光纖壽命的影響。
（2）要保證OPPC 在直徑、重量、截面以及機械和電氣特性等參數(shù)與相鄰導線的參數(shù)相近似。
（3）OPPC 的直流電阻和/或阻抗也應與相鄰導線相似，以避免遠端電壓變化并保持三相平衡。
（4）架設中需要采用特殊的絕緣金具和特殊的接頭盒。
（5）重點應用在10—110kV 的線路上（國外在360kV 線路已采用）。
7 OPPC 光纖復合相線的應用與效果
（1）OPPC 光纖復合相線的實際應用根據(jù)我公司東郊變至代莊變光纖保護通信需求，需沿35kV 東代線架設一條通信光纖，由于原線路沒有架空地線，如考慮架設OPGW 或ADSS 都需要對原桿塔進行加固，而35kV東代線建造于1984年9 月，線路主要由門型拉線砼桿、上字型砼桿和部分角鋼塔組成，桿塔加固都比較困難。為了解決上述問題，采取了將35kV 東代線其中一根導線改為OPPC 光纖復合相線（LGJ-185），并于2008 年5月建成投運。
（2）OPPC 光纖復合相線的實際效果觀察自2008 年5 月份35kV 東代線光纖復合相線架設投以來，光纖復合相線最大運行電流為507A（相同規(guī)格導線額定安全值：515A），光纖通信正常、線路運行正常，導線、光纖設備接頭無異常發(fā)熱現(xiàn)象，三相導線弧垂隨環(huán)境溫度變化基本相同。
8 OPPC 光纖復合相線的施工與維護
（1）光纖復合架空相線(OPPC)集電力架空相線與光纖通信功能于一體，其結(jié)構(gòu)型式與常規(guī)導線相似，由鋁包鋼線(AS)、硬鋁線(AL)和包含著光纖的不銹鋼管光纖單元絞合構(gòu)成。OPPC架設方式原則上與傳統(tǒng)的架空電力線施工安裝方式基本一致，但OPPC的接續(xù)涉及到光纖接續(xù)和光電分離技術，對接續(xù)的技術、高壓絕緣有嚴格要求
（2）OPPC 光纖復合相線光纖具有與導線相接近的機械性能和電氣性能，可按常規(guī)導線架設施工方法進行，但由于OPPC 光纖復合相線在放線、過滑輪、緊線造成的結(jié)構(gòu)伸長及運行過程中的溫度升高產(chǎn)生的膨脹伸長及塑性變形產(chǎn)生的蠕變伸長，因此對光纖余長要求很嚴格。
（3）為了保證纜線中的光纖質(zhì)量，在施工過程中要保證光纖不受擠壓。
（4）為防止潮氣侵入光纖密閉管內(nèi)影響光纖的使用壽命，在施工后光纖端頭應置于特殊的接頭盒中。
（5）對運行中的OPPC 光纖復合相線應加強負責監(jiān)測和設備接頭紅外測溫，防止局部發(fā)熱。
9 結(jié)論
在110kV 及以下較低傳輸電壓的電力線路中，在不考慮架設地線或架設通信光纖桿塔加固比較困難時，可以采用OPPC 光纖復合相線，充分利用電力系統(tǒng)自身的線路資源，將電能輸送與光纖通信合為一體，避免在路徑協(xié)調(diào)、電磁兼容等方面與外界的矛盾，同時還具備光纖通信的功能。我是參與此項工程的施工單位，對OPPC的技術特性、性能等相關數(shù)據(jù)分析有不當之處，請專家、同仁多多批評指導。
