融冰溫升對(duì)光纖復(fù)合架空地線影響試驗(yàn)

趙凌，孫鵬

(1.云南電網(wǎng)公司信息中心，昆明 650217;2.云南電網(wǎng)公司電力研究院，昆明 650217)

0 前言

近年來，隨著直流融冰技術(shù)在架空地線的推廣，光纖復(fù)合架空地線(OPGW)融冰過程中發(fā)生了融冰溫度過高導(dǎo)致光纜燒斷、光纖衰耗增大不可恢復(fù)等問題。本文針對(duì)OPGW 融冰溫升對(duì)光纜影響這一關(guān)鍵性問題，通過開展OPGW 模擬融冰情況下的通流試驗(yàn)，分析OPGW 溫度特性及隨溫度變化引起的光纖衰耗變化等情況，提出保障光纜安全的融冰要求。

1 OPGW 融冰通流試驗(yàn)

1 通過模擬線路融冰通流對(duì)OPGW 影響的試驗(yàn)，測(cè)試了OPGW 通流時(shí)的溫度特性，包括大電流情況下OPGW 溫升與電流的關(guān)系、OPGW 內(nèi)部溫度與表面溫度的差別、融冰時(shí)以及融冰后光纖衰減的變化、融冰后光纖是否還能進(jìn)行再次熔接等。

1.1 試驗(yàn)總體情況

試驗(yàn)方法:將OPGW 樣品26 芯中的18 芯G652 光纖串聯(lián)成3.1km 的光學(xué)測(cè)試回路，接入OTDR 用于監(jiān)測(cè)光學(xué)衰減變化，同時(shí)將兩根多模光纖串聯(lián)成一個(gè)回路接入DTS，用于監(jiān)測(cè)光纖環(huán)境溫度的變化。試樣段是指兩個(gè)塔距之間的OPGW 長(zhǎng)度，本次試驗(yàn)中試驗(yàn)段長(zhǎng)度約100 米，測(cè)試長(zhǎng)度為3100 米，其中受熱長(zhǎng)度約18×95 米=1710 米。將OPGW 樣品其中的100 米段長(zhǎng)加裝耐張線夾，利用金具懸掛與兩個(gè)塔之間，且從耐張線夾兩端出口處用引流并溝將OPGW 試樣接入大電流加熱系統(tǒng)中。在100 米試樣外層選擇6 個(gè)測(cè)試點(diǎn)加裝溫度監(jiān)測(cè)傳感器，在OPGW 內(nèi)層加裝1個(gè)熱電偶傳感器監(jiān)測(cè)OPGW 內(nèi)層溫度。在OPGW上加載電流后，光纜溫度上升趨于穩(wěn)定后，使用熱敏點(diǎn)偶和DTS 測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度變化情況，同時(shí)使用OTDR 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光纖衰減變化。

1.2 未覆冰通流試驗(yàn)

圖1 溫度、衰減隨時(shí)間、電流的變化曲線

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，電流在150 A 以下時(shí)，OPGW 表面溫度低于54℃，內(nèi)層溫度低于56℃，光纖環(huán)境溫度低于63℃，光纖衰減為0.575 dB/km 左右不變，與常溫20℃時(shí)的衰減基本一樣。當(dāng)電流由150 A 逐步加大至250 A，此時(shí)OPGW表面溫度由54 升至115℃，內(nèi)層溫度由56 升至135℃，光纖溫度由63℃升至152℃。在這一過程中，光纖衰減稍微增大，由0.575 dB/km 增加至0.592 dB/km，增加0.017 dB/km。

1.3 局部覆冰通流試驗(yàn)

完成OPGW 未覆冰通流試驗(yàn)后，在OPGW 表面離耐張線夾30 m～35 m 處覆蓋等值為80 mm 的覆冰，將熱電偶傳感器置于覆冰中心位置的OPGW 表面。

通流300 A 持續(xù)60 分鐘，每5 分鐘測(cè)量試樣段上各溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)變化情況，同時(shí)實(shí)時(shí)記錄光纖衰減變化，試驗(yàn)結(jié)果見圖2;通流結(jié)束恢復(fù)常溫后，將OPGW 從中間剪斷，觀察鋼管內(nèi)部光纖和纖膏的變化，同時(shí)對(duì)剪斷處的光纖進(jìn)行熔接。觀察光纖外表變化并記錄熔接機(jī)估算的光纖接續(xù)損耗。

1)OPGW 通流后，鋼管內(nèi)部光纖溫度高于OPGW 表面溫度，表面溫度越高，這個(gè)溫差越大。

2)通流1 小時(shí)OPGW 溫度穩(wěn)定以后光纖衰減增加0.029 dB/km;OPGW 外層實(shí)際溫度167℃和理論計(jì)算值169.3℃相差2.3℃。

3)通流結(jié)束后對(duì)OPGW 進(jìn)行降溫，降到室溫時(shí)對(duì)光纖進(jìn)行衰減測(cè)試，衰減達(dá)到0.627 dB/km，比試驗(yàn)前常溫時(shí)增加了0.042 dB/km 的附加衰減。

4)光纜通流恢復(fù)常溫后剪斷OPGW 光纜，剝開不銹鋼管可聞到輕微焦糊味;對(duì)里面的光纖進(jìn)行熔接。光纖可正常熔接(接續(xù)衰減在0.01～0.05 dB/km 之間)。

圖2 通300A 電流時(shí)溫度、衰減隨時(shí)間電流的變化曲線

1.4 光纖衰減的影響

結(jié)合OPGW 未覆冰通流試驗(yàn)和局部覆冰通流試驗(yàn)，能得到以下光衰減曲線圖如圖3、圖4。

1)內(nèi)部光纖溫度在152℃以下時(shí)，光衰減無明顯變化，符合國(guó)標(biāo)及企標(biāo)的要求。

2)OPGW 表面溫度升至167°C，內(nèi)部光纖溫度升至216°C，再恢復(fù)到室溫后，光纖衰減相對(duì)于20°C 出現(xiàn)了0.042 dB/km 的永久附加衰減。當(dāng)從OPGW 中間剪斷打開光纖鋼管后，可聞到輕微的焦糊味，纖膏顏色較常態(tài)下明顯變黑。

從光纖熔接正常可說明光纖最內(nèi)層纖芯不受影響。出現(xiàn)光纖衰減永久增加的原因可能有兩個(gè):

a.光纖涂層性能劣化，可能的情形有光纖內(nèi)層涂料延伸率降低、模量增加，涂覆層“變硬”。當(dāng)光纖降到到室溫恢復(fù)彎曲狀態(tài)時(shí)，涂層不能對(duì)光纖受到的彎曲力起到緩沖保護(hù)作用，因此光纖在此彎曲力的作用下產(chǎn)生“微彎損耗”;

b.阻水膏性能劣化，粘度增加，觸變性降低，光纖在油膏里不能處于“自由狀態(tài)”，這種阻力使光纖產(chǎn)生微彎損耗，引起衰減增大。OPGW 通300 A 電流待溫度穩(wěn)定后光纖衰減增加，但衰減范圍符合國(guó)標(biāo)要求。這主要是受油膏和涂層受高溫而劣化的影響。

圖3 通流100 A～300 A 穩(wěn)定時(shí)不同內(nèi)部光纖溫度對(duì)應(yīng)的光衰減曲線圖

圖4 通流300 A1 小時(shí)過程中不同內(nèi)部光纖溫度對(duì)應(yīng)的光衰減曲線圖

由于一般情況下光纖涂覆層的長(zhǎng)期工作溫度只有80°C，雖然在上述光單元溫度特性試驗(yàn)中內(nèi)部光纖溫度在140℃以下時(shí)，涂覆層未見性能變化;但對(duì)于216°C 高溫，超出了纖膏滴點(diǎn)，也遠(yuǎn)超過光纖涂覆層長(zhǎng)期工作溫度，因此應(yīng)是兩個(gè)因素同時(shí)起作用造成的。

2 結(jié)束語(yǔ)

1)OPGW 融冰通流時(shí)，隨著電流及溫度的升高，光纖的衰減稍微增大，但內(nèi)部光纖溫度低于150℃時(shí)，衰減范圍符合國(guó)標(biāo)及運(yùn)行要求。

2)OPGW 中的內(nèi)部光纖溫度超過200℃時(shí)，出現(xiàn)不可恢復(fù)的附加衰減。初步分析是油膏和光纖涂覆層受損，影響了光纖的性能。

3)為保證現(xiàn)有在運(yùn)行OPGW 融冰時(shí)的安全，光單元的最高溫度為保險(xiǎn)起見，建議內(nèi)部溫度控制在130℃以下。

［1］云南電網(wǎng)公司.輸電線路架空地線直流融冰關(guān)鍵技術(shù)研究及工程實(shí)踐技術(shù)報(bào)告［Z］.昆明:云南電網(wǎng)公司，2012.

［2］Debra A.Simoff，Andrei A.Stolov，and Catherine R.Ciardiello.New Optical Fiber Coating Designed for High－Temperature Applications ［J］.Proceedings of the 58th IWCS/IICIT.，83－89.

［3］Andrei A.Stolov，Debra A.Simoff and Jie Li.Thermal Stability of Specialty Optical Fibers ［J］.Journal of Lightwave Technology，2008.Vol.26，No.20，October 15，3443－3451.