張 進，張 瑋

(華北電力設(shè)計院工程有限公司，北京 100120)

風機通信可分為內(nèi)部通信和外部通信，內(nèi)部通信指的是機艙控制柜到底部控制柜的通信，這之間的數(shù)據(jù)通過五類屏蔽雙絞線來傳輸。外部通信指的是風力機到中央監(jiān)控中心的通信，這部分的數(shù)據(jù)通過光纜來傳輸。

目前，在華北地區(qū)風電場風機外部通信中，被大量使用的電力架空光纜主要為ADSS(All-dielectric Self-supporting Optical Cable簡稱ADSS)全介質(zhì)自承式光纜，為有效利用現(xiàn)有風電場35kV集電線路資源，降低通信線路投資成本，OPPC(Optical Phase Conductor簡稱OPPC)光纖復合架空相線作為更安全、高效、節(jié)能、環(huán)保的新型特種架空光纜，可使風電場35kV集電線路具有傳輸電能和通信的雙重功能。

1 風機外部通信

1.1 風機外部通信系統(tǒng)

近年，隨著國家低碳經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)政策和可再生能源法的頒布實施，風力發(fā)電作為新能源發(fā)電的主力項目進入了飛速發(fā)展的時代。風力發(fā)電機組的單機容量也從600～750MW，發(fā)展到了以1.5～2MW等MW級主流機型，并開始發(fā)展3～5MW級大型陸上風力發(fā)電機組。但單機容量的增大并未對風力發(fā)電場的整體布局帶來本質(zhì)變化，單臺風力發(fā)電機組仍需就地升壓后通過10kV、35kV等電壓等級的集電線路匯集后送入升壓管理站。風力發(fā)電機組通過光纜與風電場中央監(jiān)控中心控制管理平臺實現(xiàn)通信和遠傳管理，這部分的通信被稱為風機外部通信系統(tǒng)。

1.2 集電線路通信現(xiàn)狀

風電場集電線路電壓等級多為35kV等級，接線方式多為架空線、直埋電纜或架空線與電纜相結(jié)合的方式。內(nèi)陸風電場集電線路普通情況多為后者,即風力發(fā)電機與升壓箱變之間、升壓箱變與輸電主干線之間選用電纜方式,輸電主干線多以架空線方式為主。

目前，大多數(shù)的風機外部通信都采用的是ADSS光纜沿架空集電線路桿塔架設(shè)或與地埋電纜同溝敷設(shè)的方式至風電場升壓管理站中央監(jiān)控中心。但是在某些情況下，特別是對于山脊型風電場，由于地形起伏多變，很難全程滿足光纜對地距離要求，會給線路運行帶來潛在隱患。

此外，由于我國內(nèi)陸型風電場地理位置多為海拔較高，氣候條件惡劣的山脊上，架空集電線路因遭雷擊或大風發(fā)生單相接地故障或倒桿的事故時有發(fā)生。此類事故中多伴有通信中斷的現(xiàn)象發(fā)生，為風電場實現(xiàn)快速檢修、恢復生產(chǎn)運行帶來障礙。同時，由于線路地處荒山野嶺，難于實施全面監(jiān)控和職守，光纜及接頭盒被盜的事件也時有發(fā)生。

隨著風電場規(guī)模的不斷的發(fā)展，風電場自身自動化水平在不斷發(fā)展完善，電網(wǎng)對風電場監(jiān)控、調(diào)度力度不斷加大，加之風電機組就地的箱式變壓器也需通過風機通信光纜上傳信號，電力線路通道日趨緊張。傳統(tǒng)電力特種光纜可能無法滿足對光纜芯數(shù)的需求，需要考慮其他解決方案。

2 OPPC結(jié)構(gòu)

OPPC是將光纖單元復合在相線中的光纜，它由光纜單元和絞合導線單元組成。其結(jié)構(gòu)是在傳統(tǒng)導線的基礎(chǔ)上， 用1 個或幾個光單元替換原來的導線材料，再同心絞合而成，具有相線和通信的雙重功能。導線單元是傳輸電能的關(guān)鍵部件，一般有鋁包鋼芯絞線和鋁線，要求導線截面選擇合理，以保證線路有良好的電壓傳輸質(zhì)量和發(fā)熱條件，還要具備足夠的機械強度。OPPC光纖復合架空相線科技含量較高，將其應用于架空送配電線路中，可節(jié)約專用通信走廊，減少對環(huán)境的破壞。

OPPC 光纜具有中心管式與層絞式2 種，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 OPPC光纜的典型結(jié)構(gòu)

3 OPPC應用在風電場集電線路中的優(yōu)勢

在風電場集電線路施工中，OPPC光纜的機械及電氣特性方面與其他相線相似，因此，避免了在使用ADSS光纜需考慮線路桿塔承載負荷的問題。同時也解決了35kV集電線路不架設(shè)地線，無法架設(shè)OPGW的問題。且OPPC光纜的光單元放于相線內(nèi)，避免了ADSS因場強的作用而導致光纜電腐蝕或引發(fā)的燒毀斷纜事故，解決了在跨越、交叉的情況下無法滿足光纜對地距離要求的問題。此外，OPCC光纜接頭盒位置較高且?guī)Ц唠妷海脖苊饬吮槐I的可能性。

4 集電線路OPPC選擇

4.1 主干集電線路的敷設(shè)方式

華北地區(qū)風電場多地采用一機一變的接線形式, 由每臺風機出口端690V 電壓升壓為35kV后采用“T”接方式接入主干集電線路送至風電場升壓站，一個風電場的集電線路一般由多個回路組成。

風電場主干集電線路敷設(shè)方式一般有兩種，即：架空方式和電纜敷設(shè)方式。而根據(jù)電力市場的現(xiàn)狀, 一般電力電纜線路的投資遠遠高于架空線路, 較之能達到倍數(shù)級的關(guān)系。同時電纜線路多采用直埋方式埋設(shè)于地下，容易發(fā)生盜竊事件，且不利于檢修維護。故除個別地區(qū)的風電場, 由于土地資源和環(huán)境等因素制約下場內(nèi)只能采用直埋敷設(shè)電纜方式外, 大部分的風電場由于地處偏遠地區(qū), 人煙稀少, 同時對環(huán)境影響較小的前提下, 較多的形式是場內(nèi)集電線路采用架空線路與電纜相結(jié)合的方式，即：集電線路輸電主干線以架空方式為主，風力發(fā)電機與升壓箱變之間、升壓箱變與輸電主干線之間選用電纜方式。

4.2 OPPC光纜的應用

OPPC光纜在工程中應用時，僅需將三相導線中的一相或1根更換為OPPC光纜即可，其既滿足了線路輸電的要求，又滿足了系統(tǒng)對通信信號的要求。OPPC結(jié)構(gòu)選型是按照導線的結(jié)構(gòu)，用相同尺寸的不銹鋼管光纖單元代替其中1股或幾股的鋁包鋼線，這樣的OPPC結(jié)構(gòu)選型就可能十分接近另外2條導線的電氣特性。由于OPPC外層鋁合金材料強度遠大于傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線外層硬鋁線的強度，在相同的運行溫度下弧垂變化更小，可以更好地與傳統(tǒng)導線進行選型配合。

4.3 金具的選擇及安裝

OPPC光纜的安裝金具不能采用傳統(tǒng)的壓接卡式金具，因其雖為全金屬結(jié)構(gòu)，但纜線內(nèi)復合有松套光單元，傳統(tǒng)金具會因受力面積小導致光單元受壓變形，影響光纖通信穩(wěn)定性。而應參考OPGW光纜選配金具情況，采用雙層預絞式耐張、懸垂金具，以減輕對OPPC 光纜的局部壓力，并使OPPC縱向張力可以分散到較長的區(qū)域。光纜應力分布均勻，無應力集中點，這樣不僅能很好地保護光纖，同時又有較大的握力及動態(tài)承受力。

4.4 OPPC 的接續(xù)與光電隔離

與OPGW不同的是OPPC直接安裝在高壓系統(tǒng)中，其安裝的金具和附件(如耐張線夾，懸垂線夾和終端接頭盒)需絕緣，線夾可用于相應的絕緣耐張串或絕緣懸垂串，光電絕緣(分離)和連接則需要特殊的技術(shù)，對施工的要求也比較高。

4.4.1 OPPC 光纜的中間接續(xù)

OPPC 作為特種自承式光纜，在使用中不可避免的需要進行盤長配置與中間熔接。在線路中間進行光纜接續(xù)時，因光通信信號不受電磁干擾，OPPC光纜的中間接續(xù)無需考慮光電隔離，所以對中間接頭盒等設(shè)備的要求也相對較低一些， 中間接頭盒通常采用導電式非絕緣接線盒。除了滿足特種光纜接頭盒需要具備的強度、抗沖擊性能、密封性能等，還需具有不低于與所配套使用的線路絕緣等級。光纜接續(xù)時在接頭盒盒體內(nèi)部完成光纖的熔接與存放，在外部利用并溝線夾與同截面的導線或相同的OPPC作為引流線，進行跳線接續(xù)。接頭盒盒體部分為鋁合金材料制作，其較大的體積與表面積使得接頭盒內(nèi)部溫度遠低于導線的運行溫度，保證存纖盤等附件的安全運行。

OPPC支柱式中間接頭盒，在桿塔安裝時要搭設(shè)安裝平臺，在平臺上進行安裝，安裝時需注意與塔間的安全距離。懸掛式中間接頭盒安裝在耐張塔的跳線懸垂位置，安裝時需注意引流跳線對地(塔間)的安全距離，有時需考慮懸掛重錘。

圖2 OPPC 光纜的中間接頭盒

4.4.2 OPPC 光纜的終端接續(xù)與光電隔離

OPPC 光纜的終端接續(xù)，因需將OPPC 光纜引入通信機房，在終端時需將同纜傳輸?shù)墓庑盘柵c高壓電流進行分離，這就需要使用OPPC 終端接頭盒，如圖3 所示。OPPC 光纜在進行光電分離時， 一般采用上、下2 次熔接的方式，上、下接頭盒與支柱式復合絕緣子之間采用預埋光纖的方式，完成光信號的貫通，高壓電流采用并溝線夾接跳線的形式引入變電站變壓器內(nèi)。

5 技術(shù)經(jīng)濟分析

5.1 安全性

OPPC光纜作為相線與光纜的復合體， 在風電場集電線路架設(shè)時被安裝在相線位置，全金屬的纜線結(jié)構(gòu)，完全避免了ADSS 光纜中常見的電腐蝕問題和交叉跨越，對地距離的問題，且運行應力按照導線進行設(shè)計，提高纜線耐振水平。

圖3 OPPC光纜的終端接頭盒

5.2 經(jīng)濟性

OPPC光纜作為相線與光纜的復合體，在線路架設(shè)時可以一次完成，線路架設(shè)完畢無需重新架設(shè)通信光纜線路通道，其通信容量完全滿足風電場的通信需要，且較ADSS光纜投資總額將大大減少，綜合經(jīng)濟性比較明顯。目前，新建ADSS 光纜線路，其材料采購費用在12000～15000元/km，施工費用在8000～10000元/km。而采用OPPC光纜，根據(jù)已有工程實踐數(shù)據(jù)，約可節(jié)省三分之一的費用，可見OPPC光纜用于風電場外部通信是一種既經(jīng)濟又安全可靠的通信方式。

6 結(jié)語

OPPC作為電力特種光纜，近幾年在35kV及以下輸電線路中得到了廣泛應用，運行時間最長的線路已近7年，最高運行電壓110 kV。它的運用不但可以充分利用風電場自身的集電線路資源，實現(xiàn)風電場風機外部通信，還可以解決ADSS 光纜在風電場風機外部通信無法解決的技術(shù)和管理問題，并且減少環(huán)境的破壞，符合資源節(jié)約、保護環(huán)境的要求。

隨著我國OPPC 光纜制造技術(shù)日趨成熟，以及OPPC光纜的研究與應用所取得的良好效果，相信未來OPPC 光纜在中國的風電場將有很好的發(fā)展前景。

[1]陳廣生，周殿臣，張建.OPPC光纜在工程應用中的探討[J]，電力系統(tǒng)通信，2009.

[2]孫瑞華，等.OPPC光纜在35 kV線路的應用[J].電力系統(tǒng)通信，2009.

[3]彭建安.OPPC光纖復合架空相線的應用[J].江西電力，2009.