對一種特種光纜的工程設計方法的分析

穆乃剛

（中油遼河工程有限公司（原遼河油田設計院），遼寧 盤錦 124010）

前言

為實現電力系統安全可靠的供電，電調自動化已成為不可缺少的技術手段，但若沒有一個高質量的通信信道，電調自動化系統就無法發揮其應有的功能。光纖通信技術具有傳輸誤碼率低、信道帶寬大、防電磁干擾等優點，能夠可靠的承載電力通信網各種業務，我們在電力通信網的改造中采用了與原電力線路同塔架設一種特種光纜—全介質自承式光纜的方案，下面詳細介紹其工程設計的具體方法。

一、安裝金具選配

光纜固定在電力塔上須由光纜專用安裝金具來完成，不同鐵塔、不同跨距、不同外徑的光纜所用金具各不相同，如果金具選擇不當，則會出現光纜松滑或者斷纖等嚴重事故。光纜的安裝金具包括緊固夾具、耐張線夾、懸垂線夾，分別詳述如下：

緊固夾具用于耐張線夾、懸垂線夾、余纜架和光纜接續盒與鐵塔的連接，其主要技術參數為破壞荷載（kN）和光纜掛點位置電力塔主材的尺寸，其配置與耐張線夾、懸垂線夾、余纜架和光纜接續盒一一對應使用。

耐張線夾用于終端鐵塔和線路中間耐張鐵塔上，它能均勻分配徑向壓力，并傳遞軸向拉力，在保證不損傷光纜的前提下提供安全可靠的握緊力，其主要技術參數為線夾破斷力（kN）和纜徑范圍（mm），基本配置為終端鐵塔上1套，線路中間耐張鐵塔上2套。

懸垂線夾主要用于直線鐵塔上，是將光纜懸掛在鐵塔上的連接金具，用來保障光纜在架設和運行過程中不受損傷，其主要技術參數為線夾破斷力（kN）和纜徑（mm），基本配置為每基直線鐵塔上1套。

二、光纜配盤

光纜盤長的配制依據已建的電力線路明細表，光纜的接續點選在交通便利的耐張塔上，同時考慮到自然坡度、接頭預留、設備預留、牽引頭、弧垂等因素，光纜盤長等于每盤光纜的標稱長度乘以預留系數，再加上光纜接頭長度，用公式表示如下：

L=L1(1+f)+L2+L3+30(m)，式中

L為光纜的盤長（m）

L1為光纜的標稱長度（m），即線路平面圖中的水平距離

L2為始端鐵塔的呼稱高（m）

L3為終端鐵塔的呼稱高 (m)

f預留系數,我們取0.04

為了運輸和施工的方便，結合光纜的生產工藝，光纜的盤長應該控制在2~4km。

三、光纜主要機械參數

由于光纜架設方式為自承式，其承力元件為光纜中的芳綸紗束，架設的檔距一般為200m，不同于以往普通光纜的吊線掛鉤架線方式，必須對光纜的機械參數做準確的計算，以保證其安全、可靠的運行，光纜的機械參數主要為光纜年平均運行張力（EDS）、最大允許使用張力（MAT）、額定拉斷力（RTS）和極限運行張力（UOS），其定義和計算分別詳述如下：

年平均運行張力（EDS）是在無風、無冰和年平均氣溫的氣象條件下，耐張段內光纜所受的張力。在給定的EDS下，按規范進行振動試驗，光纜外護套應無損傷，光纖衰耗的變化應在控制指標內。

當S為光纜的承力元件截面（mm2），G為在無風、無冰和年平均氣溫的氣象條件下光纜的自重比載（N/m·mm2），L為光纜耐張段的代表檔距（m），F為光纜耐張段的代表弧垂（m），由公式EDS=SGL2/（8F）可得光纜的年平均運行張力（N/mm2）。

最大允許使用張力（MAT）是在滿足光纜中光纖應變和附加衰減的條件下，光纜所能承受的最大張力。當光纜在被拉伸到MAT值時，纜內的光纖開始伸長（光纖不受力纜型）或光纖開始達到預定受力限度值（光纖受力纜型）。

當S為光纜的承力元件截面（mm2），G為光纜的最大綜合比載（N/m·mm2），L為光纜耐張段的代表檔距（m），F為光纜耐張段的代表弧垂（m），由公式MAT=SGL2/（8F）可得光纜的最大允許使用張力（N/mm2）。

額定拉斷力（RTS）是光纜的保證抗拉指標，即拉伸試驗時必須達到或超過該標稱值，其值為承力元件截面與其最小抗拉強度的乘積乘以系數q，q值由制造商提供。

由公式RTS＝k×MAT可得光纜的額定拉斷力，k為光纜的安全系數，一般取值為2.5。極限運行張力（UOS）是在運行中光纜所能承受的極限張力，即當光纖的余長釋放完，張力超過MAT后的一定范圍內，光纖開始受力，附加衰減開始增加，但在張力解除后，光纜仍可恢復到初始狀態，該范圍的最大控制值就是UOS，它意味著光纜可短時過載使用，如當偶然遭遇超過設計條件的大風或覆冰以后，光纜仍可恢復正常運行且不影響使用壽命，一般UOS應大于60%RTS。

四、纜芯結構選型

全介質自承式光纜從纜芯結構上主要分為中心管式結構和層絞式結構，中心管式結構的光纖以一定的余長置于松套管內，松套管一般采用高聚物，然后根據所需要的抗拉強度繞包合適的芳綸紗束，再擠制PE或AT材料作為外護套；層絞式結構的光纖同樣以一定的余長置于松套管內，光纖松套管以一定的節距繞制在非金屬加強件上，再擠制內墊層，然后根據所需要的抗拉強度繞包合適的芳綸紗束，再擠制PE或AT材料作為外護套。

中心管式光纜具有外徑小、重量輕的優點，但光纖余長較小，同時光纜的彎曲性能稍差，而層絞式光纜除了在光纖套塑時可輸入余長外，由于松套管層絞著中心加強件，因此在光纜伸長時還可產生二次余長，因此盡管層絞式光纜稍貴于中心管式光纜，我們仍采用了層絞式光纜。

五、光纜外護套選用

由于帶電導線和大地之間的電容耦合使光纜處于一個不均勻電場中，光纜表面的污層在不均勻電場中會產生泄漏電流，在電流密度最大且污層最薄的地方，水分迅速蒸發、變干，電阻增大，大部分電壓降落在該部分，結果這部分將出現放電電弧，使光纜外護套燒傷、炭化，進而損壞光纖。

在光纜靠近電力塔的連接處，電場強度分布變化最大，又由于重力和弧垂的作用，使該處污層分布最不均勻，因此是最容易發生電腐蝕的部位，實驗證明若光纜所處空間電位不大于12kV，可選用黑色聚乙烯（PE）護套料，若空間電位大于12kV，則須用耐電痕（AT）黑色聚烯烴護套料，因此合理的光纜掛點可以避免光纜受更強的電腐蝕。

我們通過計算可知，在每根相線處電場強度較強，在相線的對稱中心處電場強度較低，一般離開相線1.5m，電場強度即有較大的衰減。本次工程中光纜所處的空間電位不大于12kV，所以選用黑色聚乙烯（PE）護套料。

結束語

遼河油田電力通信網正經歷著由載波通信向光纖通信的升級改造，光纜線路部分的安全可靠意義重大，目前新建的全介質自承式光纜線路均運行良好，為遼河油田電力通信網的現代化發揮了重要作用。

[1]GB/T 18899-2002.全介質自承式光纜[S].

[2]YD 5102-2010.通信線路工程設計規范[S]