光纤通信在电力通信中的应用最初是沿用电信部门传统的地埋、管道、架空等方法敷设普通光缆,构成电力光纤通信系统。众所周知,电力系统是由电能的生产、输送、分配和消费组成的一个整体。为实现跨区域、长距离电能的输送,电力系统建设了遍及各地的高压输电线路;为满足城乡广大民众生产生活用电需求,

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光纤复合架空地线(OPGW)简介及特征分析

2016-08-22 15:45 来源:北极星输配电网整理 

光纤通信在电力通信中的应用最初是沿用电信部门传统的地埋、管道、架空等方法敷设普通光缆,构成电力光纤通信系统。众所周知,电力系统是由电能的生产、输送、分配和消费组成的一个整体。为实现跨区域、长距离电能的输送,电力系统建设了遍及各地的高压输电线路;为满足城乡广大民众生产生活用电需求,又有纵横交错、密布街道村庄的输配电杆路和沟道。可以说,高、中、低压输配电线路是目前覆盖面最为广大的网络基础设施,而且它基础坚固,较之其它网络如电信、广电网络等有着更高的可靠性。因此,如何充分利用电力系统这一得天独厚的网络资源,是长期以来人们潜心研究的一个重要课题。

随着技术的进步,到了上世纪的七、八十年代,一些有别于传统光缆的附加于电力线和加挂于电力杆塔上的光电复合式光缆被开发出来,这些光缆被统称为电力特种光缆。电力系统光纤通信与其它光纤通信系统最大区别之一就是通信光缆的特别性。电力特种光缆受外力破坏的可能性小,可靠性高,虽然其本身造价相对较高,但施工建设成本较低。经过多年的发展,目前电力特殊光缆制造及工程设计已经成熟,特别是OPGW和ADSS技术,在国内电力特殊光缆已经开始大规模的应用,如三峡工程中的长距离主干OPGW光缆线路等。特种光纤依托于电力系统自己的线路资源,避免了在频率资源、路由协调、电磁兼容等方面与外界的矛盾和纠葛,有很大的主动权和灵活性。

OPGW的生产厂家由于生产工艺和制造设备的差异,其产品的参数各有偏重,因而即便各个厂家的OPGW的参数均分别满足要求,该产品的整体特性是否满足线路工程的要求还必须通过设计人员进行验算确认。

光纤复合架空地线行业定义

中文名称:光纤复合架空地线;英文名称:opticalfibercompositeoverheadgroundwire,OPGW;定义1:具有电力架空地线和光纤通信能力双重功能的金属。

它具有两种功能:一是作为输电线路的防雷线,对输电导线抗雷闪放电提供屏蔽保护;二是通过复合在地线中的光纤来传输信息。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。

OPGW光缆主要在500KV、220KV、110KV电压等级线路上使用,受线路停电、安全等因素影响,多在新建线路上应用。OPGW的适用特点是:

(1)高压超过110kv的线路,档距较大(一般都在250M以上);

(2)易于维护,对于线路跨越问题易解决,其机械特性可满足线路大跨越;

(3)OPGW外层为金属铠装,对高压电蚀及降解无影响;

(4)OPGW在施工时必须停电,停电损失较大,所以在新建110kv以上高压线路中应该使用OPGW;

(5)OPGW的性能指标中,短路电流越大,越需要用良导体做铠装,则相应降低了抗拉强度,而在抗拉强度一定的情况下,要提高短路电流容量,只有增大金属截面积,从而导致缆径和缆重增加,这样就对线路杆塔强度提出了安全问题。

光纤复合架空地线行业分类

常见的OPGW结构主要有三大类,分别是铝管型、铝骨架型和(不锈)钢管型。

OPGW分类

一般分松套合紧套两种类型。

松套:松套型是将光纤放入充满油膏的松套管内形成一定的余长,余长一般控制在光缆总长的0.7%左右,光纤以自身余长来满足整个地线初伸长和运行过程中所产生的变形,以保证光缆中光纤不受力,但结构松散。

紧套:紧套型是在其中的光纤可以受力的基础上,为满足光纤受力的要求,生产中对光纤施加约1%伸长对应的外力进行筛选,即对光纤施加了“预应力”。通过筛选的光纤,其抗拉强度比起外层绞线的抗拉强度还高,能在外层绞线之后破坏。

由于上述设计上的差异,当金属截面及破坏力相同时,松套结构的设计安全系数为紧套结构的70%~75%。由于结构特点,松套型价格低,适用于外界负荷条件较轻,地形变化不剧烈的线路;紧套型价格较贵,适用于外界负荷条件较恶劣,地形变化较大及地线受力较复杂的线路。因此在设计选择光缆型式时,不能简单地把两种不同结构的OPGW光缆相提并论,应根据其特定的长处和短处,结合具体条件和性能价格比来选定结构。

对于非重冰区的送电线路,宜采用松套不锈钢管层绞式结构的OPGW。重冰区送电线路OPGW的结构型式,应结合线路覆冰情况,通过技术经济比较确定。在松套型和紧套型均能满足要求的线路,以选择松套型为宜。重冰区线路以选用紧套型为宜。

OPGW的同一层绞线宜选用相同材质,且外层单丝应采用铝包钢单丝,直径不宜小于3.0mm。

OPGW参数及表示方法

OPGW主要由光单位(光纤、保护管)与地线单元(铝包钢线、铝合金线)构成,它其最重要的三个基本参数为光缆的直径、额定抗拉强度、短路电流容量。OPGW各参数的具体意义如下:

D--直径(mm),影响杆塔水平荷重

S--截面(mm2),影响光缆强度和热容量水平

G--单位重量(kg/km),取决于光缆的材质和铝钢比,影响杆塔的垂直荷重

RTS--额定抗拉强度(KN),影响光缆的力学性能和杆塔受力

R--直流电阻(Ω/km,20℃),取决于光缆的材质和铝钢比,影响分流性能

E--弹性模量(GPa),力学计算中的一个基本参数

α--线膨胀系数(/℃),力学计算中的一个基本参数

I2t--短路电流容量(kA2.s),取决于光缆的材质和截面

OPGW型号规格由四部分组成,各部分用代号或数字表示(参考于DL/T832-2003)

OPGW塑性伸长处理

OPGW架设后的塑性伸长按制造厂提供的数据或通过实验确定,塑性伸长对弧垂的影响宜采用降温法补偿,如无资料时,可参考线GB50545-2010第5.0.15条的规定执行,笔者一般降低15℃较多。

OPGW其他机械特性

OPGW力学计算与架空输电线路导地线计算是一致的,在这里不再详细参数,若有问题再留言给小编或加入72468968QQ群进行交流。

OPGW的配盘(长度)计算

OPGW的配盘是设计环节中的关键部分,决定了每盘OPGW的长度。配盘与光纤接头的安排有直接关系,还决定了OPGW的安装区间,必要时,甚至还应规定布放的方向。

OPGW配盘原则

配盘应服从线路的耐张段,为减少光纤接头,两个相邻的较小耐张段可以合并。应根据线路资料或现场勘察,尽量避免在水稻田、沼泽、水塘、山顶、深谷等不利地形处接头。应尽量选择交通便利、能方便地获取公用设施的地点安排接头。当线路中有二个及以上的90°转角或四个以上45°转角时,应尽量分盘,在这些转角塔上安排接头。

OPGW盘长

配盘应服从线路的耐张段,为减少光纤接头,两个相邻的较小耐张段可以合并。应根据线路资料或现场勘察,尽量避免在水稻田、沼泽、水塘、山顶、深谷等不利地形处接头。应尽量选择交通便利、能方便地获取公用设施的地点安排接头。当线路中有二个及以上的90°转角或四个以上45°转角时,应尽量分盘,在这些转角塔上安排接头。

在平原地区,单盘3~5km是较佳的选择,如在地形较复杂的山区,应尽量控制在3km盘长左右,以一个施工队可以在一天内放完为宜。OPGW单盘长度还取决于绞合单线的单丝直径,这是因为绞线机上的工作盘具上能容纳的单线长度是有限的。当遇有超长耐张段或最大单盘长度不能满足耐张段要求时,一种处理方法是在保持原有铝钢比、直径、截面的前提下,把单丝直径减小(为保证避雷性能,直径减小是有限度的)改为多层铠装。

OPGW配盘长度计算

根据相关制造商的经验和有关工程的实际检验表明,配盘长度可按一下公式计算:

DL=A×L+2(H+h)+2B

式中:

DL--配盘长度(m);

L--线路长度(m);

A--长度预留系数:平原:1.02~1.03;丘陵:1.03~1.04;山区:1.04~1.05;

H--光缆输入端施工滑轮离地高度(m);

h--光缆输出端施工滑轮离地高度(m);

B--牵引预留长度,通常取6~10m。

由于光缆架设的地区的地理条件不同,制造长度应根据具体情况确定。OPGW每盘长度受制造、运输、施工及沿线场地的限值,一般在5km以内。

OPGW光缆的预留长度

光缆在维修工程中,重新接头盒局部移动时需要伸长光缆。因此,在施工中应在适当地方进行预留,这个预留长度应在光缆设计长度中给予考虑。

在光缆工程中通常采用两种预留方式,一种是普通的预留方式(上图a),既在杆上作伸缩弯,在地形比较开阔的地区,多采用这种方式,预留长度在5m以内;另一种是盘式方式,当受地形限制或预留长度大于5m时,可采用这种方式。盘六的弯曲的半径R应不小于光缆的允许半径,光缆的最小弯曲半径应不小于光直径的20倍。一般架空架设与管道敷设的光缆预留长度在6~12m。

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