通光集团有限公司副总经理 黄俊华
为保障电力能源的发、变、输、配系统的正常运行,电力的调度通信必不可少。在早期,电力调度通信一般采用电力线载波、微波或租用电信部门的通信线等多重方式。
光纤最初是沿用电信部门传统的埋地、管道、架空等光缆敷设方法来构成光纤通信系统。到了上世纪的八十年代中期,一些有别于传统光缆的光电复合式、附加于电力线和加挂于电力杆塔上的光缆被开发出来,这些光缆被统称为电力光缆。以架空形式安装和运行的光缆统称为电力架空光缆。
电力架空光缆泛指OPGW(光纤复合地线)、 OPPC(光纤复合相线)、MASS (金属自承光缆)、 ADSS(全介质自承光缆)、ADL(相/地捆绑光缆)和GWWOP(相/地线缠绕光缆)等几种特种光缆。
光纤复合地线——— OPGW(Optical Ground Wire)
OPGW首先是架空(避雷)地线,必须满足传统地线的一切功能和性能,然后才是一条光缆,所以电力业内人士更愿意称它为“地线复合光缆”。OPGW是架空地线和光缆的复合体,但并不是它们之间的简单相加。
常见的OPGW结构主要有三大类,它们分别是铝管型、铝骨架型和不锈钢管型。
在满足地线要求的前提下,OPGW的结构应对相对脆弱的光纤提供有效保护,以期保证在长期运行中光纤的传输性能保持稳定,还希望与传统地线尽量相似(包括直径、重量、机械性能、电气性参等参数),以便在双地线系统中与对侧地线匹配。
OPGW的技术关键之一是光纤必须有合适的余长,但是过大的光纤余长不但无必要甚至是有害的,应该根据工程具体情况而定,一般要求综合余长为0.6%左右。
另一个技术关键是短路电流引起的温升为OPGW的最高使用温度。计算和试验结果均表明:限止OPGW最高使用温度的因素并不主要是光纤而是在结构中承载的铝材料,对成熟的、结构合理的 OPGW而言,300℃左右的瞬时高温对受到缓冲和保护的光纤并不构成严重威胁,但若结构中含有铝材,在超过200℃以后,首先是铝材料产生不可逆的塑性形变,在结构受到破坏(如发生“乌笼”) 的同时,OPGW的弧垂将降低到不能保持与导线的安全间距甚至与导线相碰的程度。若是不含铝材的全钢结构或铝材料不承载的全铝包钢结构,则完全能应用到300℃。
光纤复合相线———OPPC(Optical Phase Conductor)
在电网中,有些线路可不架设空地线,但相线是必不可少的。为了满足光纤联网的要求,与 OPGW技术相类似,在传统的相线结构中以合适的方法加入光纤,就成为光纤复合相线(OPPC)。虽然它们的结构雷同,但从设计到安装和运行,OPPC与OPGW有原则的区别。
金属自承光缆———MASS(Metal Aerial Self Supporing)
从结构上看,MASS与中心管单层绞线的OPGW相一致,如没有特殊要求,金属绞线通常用镀锌钢线,因此结构简单,价格低廉。MASS介于OPGW和ADSS之间的产品。例如,在合适的条件下,包括光纤余长、弧垂张力、跨距和短路电流等。
MASS作为自承光缆应用时,主要考虑强度和弧垂以及与相邻导/地线和对地的安全间距。它不必像OPGW要考虑短路电流和热容量,也不需要像OPPC那样要考虑绝缘、载流量和阻抗,更不需要像ADSS要考虑安装点场强,其外层金属绞线的作用仅是容纳和保护光纤。
在破断力相近的情况下,虽然MASS比ADSS重,但外直径比中心管ADSS约小1/4,比层绞ADSS 约小1/3。在直径相近情况下,ADSS的破断力和允许张力却要比MASS小得多。
也许更具优势的是:MASS与相邻的导/地线具有一致的弧垂变化却是与相邻/地是相反的且蠕变较大。
介质自承光缆———ADSS(All Dielectric Self Supporting)
常见的ADSS光缆有两种典型。中心管式结构易获得小直径,风荷和冰载的影响较小,但若光纤芯数多则光纤余长难保证。构套层绞型结构光缆易获得安全的光纤余长,虽然相结直径稍大,在中大跨距应用时较有优势。
ADSS光缆一般使用纺纶纱作为加强元件,外护套则应根据线路的电压等级和安装点场强选择合适的材料。ADSS光缆对杆塔是一种添加物,不合适的安装点场强会破坏光缆的外护套直至断裂。该安装点还必须同时兼顾杆塔强度、弧垂、线间距离,对地距离等限制。
应该强调指出,在现有的材料科学水平和杆塔条件下,并不是所有的杆塔都适宜于安装ADSS 光缆的。例如,在考虑了一些“动态”条件后,在有些杆塔上可能会找不到理想的安装位置;或者选好了位置,却无法施工安装。
通光集团设计生产的这两种结构的ADSS光缆,已广泛应用在220KV及以下的线路中,并提供悬点设计、张力弧垂计算和督导等。
捆绑光缆———ADL和地线缠绕光缆——— GWWOP这两类光缆有时被统称为附加型光缆——— OPAC。
该技术经过改进,已经相当完美。首先,光缆盘随捆绑机一起吊在空中,不受地形地貌的影响;其次,改用被覆纺纶线代替钢丝,它的允许拉伸形变比钢丝大得多,不再会发生“倒挂”现象;再则,被覆纺纶线的外径仍为1.0-1.2mm ,并且是双线并绕,提高了可靠性。
国内ADL和 GWWOP 光缆早于ADSS之间就开始工作,由于各种原因,没有较大面积应用。但在国际上,这类技术并没有被淘汰或放弃,仍在较大的范围内应用。
通光集团可以设计生产这两类光缆,相应的机具尚在开发中。