武漢華源電力有限公司設(shè)計(jì)院 龔敏鳴

引言：對(duì)復(fù)合架空地線(xiàn)光纜OPGW的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，并結(jié)合設(shè)計(jì)對(duì)OPGW施工中的運(yùn)用和注意事項(xiàng)作了一些論述。

1.前言

目前在武漢主網(wǎng)新建架空輸電線(xiàn)路其地線(xiàn)主要采用復(fù)合架空地線(xiàn)光纜（OPGW），一些設(shè)計(jì)人員由于對(duì)OPGW的特性和結(jié)構(gòu)了解不深，往往將其等同于普通架空地線(xiàn)，使線(xiàn)路設(shè)計(jì)出現(xiàn)一些偏差和問(wèn)題，所以需要對(duì)OPGW有更深入的探討和學(xué)習(xí)。OPGW它不僅可起到架空地線(xiàn)的作用，同時(shí)也兼顧了光纖通信的功能。由于它的結(jié)構(gòu)和性能不同于單獨(dú)的地線(xiàn)，因此，在進(jìn)行OPGW的線(xiàn)路設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮其結(jié)構(gòu)和性能的特殊性，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，再結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)程進(jìn)行設(shè)計(jì)選型加以運(yùn)用。

2.OPGW簡(jiǎn)介

OPGW—是把光纖單元組裝進(jìn)架空地線(xiàn)里,使其具有架空地線(xiàn)及光纖通信雙重功能。OPGW外層是一般的鋁包鋼線(xiàn)或鋁合金線(xiàn)，其承受了OPGW大部分外力，包括拉力、壓力、金具握力等，而內(nèi)層的光纖單元是由直徑為5～10mm的石英制造而成，一般情況下是不能受力的（緊套型光纖除外）。它們中間是由一些填充材料組成，起到散熱、隔熱、延長(zhǎng)光纖壽命等作用。

OPGW的一般外型結(jié)構(gòu)如圖：

3.OPGW的選擇

3.1 應(yīng)滿(mǎn)足光纖通信的要求

OPGW首先作為光纖通信上來(lái)講，它必須先滿(mǎn)足用戶(hù)及通信系統(tǒng)所需的光纖（根）數(shù)量、類(lèi)型、允許衰耗（db）數(shù)值、光端機(jī)的類(lèi)型等。并考慮到光脈沖在OPGW傳輸過(guò)程中的工作波長(zhǎng)、色散、帶寬、衰減等特性，盡量選用傳輸效果好的OPGW。一般光纖從傳輸模式上可分為單模光纖和多模光纖。單模光纖適合于長(zhǎng)距離,大容量的傳輸, 多模光纖適合短距離、局域網(wǎng)的傳輸。另外色散也是光纖的一個(gè)重要指標(biāo)，多模光纖存在較嚴(yán)重的模式色散，而單模光纖不存在模式色散?，F(xiàn)今來(lái)說(shuō)，復(fù)合光纜的發(fā)展趨勢(shì)是單模光纖。

3.2 OPGW作為普通地線(xiàn)的要求

3.2.1 防雷要求:S≥0.012L+1

L—檔距； S—檔距中央導(dǎo)、地線(xiàn)最小安全距離

按此公式可推算得到:

Pd、Pb—導(dǎo)、地線(xiàn)在驗(yàn)算條件下的應(yīng)力（15℃、無(wú)風(fēng)、 無(wú)冰時(shí)的應(yīng)力 N/mm2）。

Gd、Gb—導(dǎo)、地線(xiàn)的自重比載（N/m.mm2）。

S、h —導(dǎo)、地線(xiàn)在塔上懸掛點(diǎn)的水平距離、垂直距離（m）。

計(jì)算出地線(xiàn)的應(yīng)力，后解狀態(tài)方程，可得最大使用應(yīng)力、年平均應(yīng)力（為20%瞬時(shí)破壞應(yīng)力《電力系統(tǒng)光纖通信工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》、《110kV～750kV架空輸電線(xiàn)路設(shè)計(jì)規(guī)范》），對(duì)照OPGW強(qiáng)度選擇其型號(hào)，并可確定其安全系數(shù)。

3.2.2 線(xiàn)長(zhǎng)方面的考慮

1)塔型選用，從制造工藝方面來(lái)說(shuō)OPGW過(guò)多接頭對(duì)光的衰耗很大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少中間接頭?，F(xiàn)在的大多數(shù)OPGW的生產(chǎn)廠(chǎng)家交貨長(zhǎng)度可到（5km左右），但OPGW中間接頭一般要在耐張塔上，過(guò)多增加耐張塔會(huì)使整個(gè)工程的投資加大，在經(jīng)濟(jì)上不合理。為了節(jié)省投資，減少投資規(guī)模，設(shè)計(jì)人員在新建線(xiàn)路設(shè)計(jì)中可增加一種地線(xiàn)為耐張斷連，導(dǎo)線(xiàn)為直線(xiàn)接通的塔型。

2)余長(zhǎng)考慮，OPGW接頭不能采用壓接管接續(xù)，要在專(zhuān)用的接頭盒內(nèi)接頭，設(shè)計(jì)可考慮在鐵塔離地5米～10米處安裝接頭盒。例如某塔型地線(xiàn)橫擔(dān)長(zhǎng)為7米，上下導(dǎo)線(xiàn)高7.5m，導(dǎo)地線(xiàn)層高4米，則OPGW兩端引下線(xiàn)長(zhǎng)度分別可為：桿塔呼稱(chēng)高+7+4+7.5 。

3.2.3 從桿塔荷載及OPGW自身受力方面來(lái)考慮

1)OPGW的外部受力（垂直分量、水平分量、縱向分量）應(yīng)與一般地線(xiàn)一樣必需滿(mǎn)足桿塔的荷載條件要求。

2)由于OPGW地線(xiàn)中間基本上不考慮抗拉強(qiáng)度。與普通地線(xiàn)相比，在相同的拉力下，選OPGW應(yīng)比與它匹配的另一根地線(xiàn)的直徑略大。OPGW有松套和緊套之分，松套型OPGW為了使光纖單元在70%額定拉斷力下不受力，必需保證OPGW中光纖有一定的余長(zhǎng)（一般余長(zhǎng)控制在0.7%），并在光纖單元中填充油膏，由于油膏在低溫和高溫下的流動(dòng)性的差異，使OPGW在不同溫度條件下傳遞應(yīng)力的能力受到了限制，同時(shí)，由于檔距和高差過(guò)大，易造成松套型光纜的纖芯在弧垂低點(diǎn)的堆積，造成光纖的微彎，從而加大光衰耗。緊套結(jié)構(gòu)的OPGW，由于廠(chǎng)家可通過(guò)生產(chǎn)工藝使光纖在一定的應(yīng)力應(yīng)變條件下能承受張力，光纖不存在余長(zhǎng)，在大高差、大檔距條件下不存在光纖的堆積，故在山區(qū)線(xiàn)路中設(shè)計(jì)選型，可采用緊套型OPGW；在地形起伏不大，高差不大的平原上，可采用松套型OPGW。在實(shí)際運(yùn)用中，作者在新疆巴州設(shè)計(jì)的第一條220kV尉犁雙回架空輸電線(xiàn)路OPGW線(xiàn)路中，由于該線(xiàn)路在巴州220kV環(huán)網(wǎng)中較為重要，加之穿越格雷克塔格山區(qū)高差大，檔距大，全線(xiàn)均采用緊套型OPGW。松套結(jié)構(gòu)的OPGW由于截面變大，會(huì)引起鐵塔荷載變化，導(dǎo)致鐵塔重量及基礎(chǔ)混凝土方量的增加，致使投資加大。

3.2.4 從金具方面考慮

OPGW的金具需區(qū)別一般電力金具?！禣PGW國(guó)際規(guī)范IEEEP1138一般規(guī)定》明確規(guī)定：“金具的擠壓不宜超過(guò)OPGW的設(shè)計(jì)擠壓極限，金具一般不宜設(shè)計(jì)成適合于OPGW一個(gè)范圍內(nèi)的直徑?！币馑季褪钦f(shuō)，一種規(guī)格直徑的OPGW必須有一套與之匹配的金具，大小與之一一對(duì)應(yīng)。

1)懸垂線(xiàn)夾：OPGW要求保護(hù)光纖不能過(guò)度彎曲而產(chǎn)生較大的彎曲應(yīng)力導(dǎo)致OPGW表面龜裂而失效，需采用大于10倍的OPGW允許彎曲半徑或大于200倍OPGW直徑，且具有減輕磨損和增大阻尼功能的大曲率懸垂線(xiàn)夾。大曲率懸垂線(xiàn)夾其曲率（本體線(xiàn)槽和壓板）半徑必須大于OPGW的直徑的200倍，而預(yù)絞絲懸垂線(xiàn)夾由于具有安裝方便，使用效果好，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)成熟等特點(diǎn)，大量地運(yùn)用在OPGW地線(xiàn)復(fù)合光纜中。

2)耐張線(xiàn)夾：應(yīng)用在OPGW上的耐張線(xiàn)夾主要有預(yù)絞絲耐張線(xiàn)夾和有限握力螺栓耐張線(xiàn)夾兩大類(lèi)。預(yù)絞絲耐張線(xiàn)夾的握力是由每一個(gè)節(jié)距集合而成，OPGW受力均勻，安裝方便，剛性好，抗震性好，武漢市普遍采用，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)成熟。應(yīng)用在OPGW中的還有不同結(jié)構(gòu)的耐張線(xiàn)夾，如捆扎式及各種螺栓式，但不宜采用液壓式耐張線(xiàn)夾，更不許采用爆壓型耐張線(xiàn)夾。

3)防震錘：實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)已證明“微風(fēng)振動(dòng)”是出現(xiàn)在OPGW中的最危險(xiǎn)的有害性震動(dòng)。常用的防震錘主要有：F型、DF型、FR型、YFR等型式。F型防振錘性能差已面臨淘汰。DF型防振錘有較多的共振頻率和較寬的頻帶。FR型防振環(huán)它在振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生扭矩，消耗振動(dòng)能量，提高消振效果。FD型、YFR型防振錘不僅具有FR型防振錘的優(yōu)點(diǎn)，安裝方便，是OPGW中當(dāng)前較好的一種防振錘。性能最好。

4)接地金具、接續(xù)盒：OPGW的接地引下線(xiàn)、并溝線(xiàn)夾與常規(guī)地線(xiàn)沒(méi)有大的區(qū)別。不同的是楔塊與本體在裝置好OPGW后，應(yīng)在楔塊與本體之間用平頭柳釘釘住，以防防微風(fēng)震動(dòng)振動(dòng)和OPGW蠕變導(dǎo)致線(xiàn)夾失效而產(chǎn)生事故。接續(xù)盒安裝在塔上，須能防水，防風(fēng)。

3.3 OPGW最大允許短路電流及熱穩(wěn)定方面的要求

應(yīng)依據(jù)OPGW的制造廠(chǎng)家提供的最高允許短路電流（I許）或最高允許溫度（T許），結(jié)合電網(wǎng)的實(shí)際情況，計(jì)算出實(shí)際最大短路電流（I實(shí)）或?qū)嶋H溫度（T實(shí)），要求I許（T許）≥I實(shí)（T實(shí)）。

1）確定OPGW及分流線(xiàn)的短路電流：

送電線(xiàn)路的短路電流通常在線(xiàn)路出口處兩端變電站最大。在長(zhǎng)線(xiàn)路工程中，為節(jié)約投資，考慮在線(xiàn)路出口處采用大截面、低阻抗、載流容量大的OPGW。

2）為了減低OPGW的短路電流，可采取以下幾種措施：

a)出口處采用截面大、載流量大OPGW及相應(yīng)的較大截面分流線(xiàn)。

b)降低桿塔接地電阻。

c)靠近出口處的幾檔，桿塔接地體相互連接，并與變電站接地網(wǎng)相連。

d)在出口處的幾檔定位中，盡量不要出現(xiàn)大當(dāng)距，檔距控制在200—300米。

4.施工中的運(yùn)用

OPGW在放線(xiàn)過(guò)程中，OPGW應(yīng)與地面和其他障礙物保持一定距離，限制OPGW彎曲半徑；OPGW緊線(xiàn)采用廠(chǎng)家配套提供的緊線(xiàn)器和牽引網(wǎng)套；OPGW在切割時(shí)其放置光纖的不銹鋼管必須采用專(zhuān)用的不銹鋼刀進(jìn)行切割；除設(shè)計(jì)確定的接頭位置以外，OPGW在線(xiàn)路中任何地方不允許接頭。

5.結(jié)束語(yǔ)

OPGW作為一種特殊的通訊光纜與地線(xiàn)，必須具備該兩者相同或相近的機(jī)械性能參數(shù)和電氣性能參數(shù)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1、最大光纖芯數(shù)；2、光纜直徑，光纜重量，承載截面；3、標(biāo)稱(chēng)抗拉強(qiáng)度，最大工作應(yīng)力，每日應(yīng)力；4、楊式模量，熱膨脹系數(shù)；5、短路電流，短路電流容量，直流電阻；6、最小彎曲半徑；7、安裝溫度范圍，運(yùn)輸和運(yùn)行溫度范圍。因OPGW光纜在實(shí)際安裝投運(yùn)后，很難停電下來(lái)對(duì)其進(jìn)行檢修，故通訊光纜地線(xiàn)在前期設(shè)計(jì)選型時(shí)尤為重要，必須充分考慮其運(yùn)行的高可靠性。