光纖通信中OPGW光纜的選型

劉蓉

摘 要對OPGW光纜目前常用的結構進行一般性介紹，分析具體設計過程中OPGW光纜的選型設計。

【關鍵詞】輸電線路 OPGW 結構選型設計

1 前言

目前，我國國內架空輸電線路上普遍使用了一種電力光纜-OPGW光纜，OPGW（光纖復合架空地線）具有傳統的架空地線的功能，也具備通信的功能。它既要滿足光纖通信的技術需求，也要滿足作為地線所必備的一切特性的要求，包括機械強度和電氣性能。

鑒于OPGW的普遍應用和它的重要性，本文對輸電線路中OPGW的選型設計作簡單分析。

2 OPGW結構

OPGW是由一個或多個光單元和一層或多層絞合單線組成，目前最常用的光纜結構有中心束管式和層絞式兩種。

中心束管式是將光單元置于OPGW中間，層絞式是將光單元外徑同絞線外徑一致，光纖套管采用不銹鋼管。

3 OPGW選型設計

3.1 OPGW選型原則

光纖復合架空地線（OPGW）既要滿足本工程光纖通信的技術要求（如光纖類型、光纖芯數、光纖衰耗、色散等），又要滿足作為地線所必備的力學特性和電氣性能的需要（如力學特性高、耐振、耐腐蝕，并具有一定的導電性和充足的熱容量等）。

OPGW的選擇應遵循以下原則：

（1）具有足夠的破斷力，且直徑不宜過大，單位長度重量不宜過大。在環境溫度為 + 10/+15℃時，OPGW的弧垂與為其分流的地線線的弧垂應基本一致。

（2）為了保證正常的安全運行，在最大設計外荷載確定的條件下，OPGW的安全系數應大于或等于3.0，通信質量要保證。

（3）具有較好的抗疲勞和耐振的特性，允許平均運行張力應高于或等于 20% UTS。

（4）雷電擊中OPGW時，通信質量不能受到影響，金屬部分不能發生斷股。

（5）具有足夠的光纖余長，承受的力在達到 極限抗拉強度的70%的時候，光纖不應該承受到拉力，光信號沒有明顯的衰減。

（6）當環境的溫度是+40℃的時候，電力線路發生單相線路接地短路，OPGW應能承受瞬間較大的短路電流的沖擊，機械特性不能收到影響，處于光纖金屬套管內的化合物不能變質。

（7）允許最大的短路電流。當線路上發生電力線路單相線路接地短路時，架空地線上出現短暫的較大的短路電流，此電流會產生很大的熱量使OPGW和分流線的溫度驟然升高。

（8）OPGW光纜作為輸電線路的一根地線，OPGW除了應該滿足輸電線路設計規程對地線的要求，還應該滿足桿塔使用條件及本工程特定地形條件的要求。

3.2 光單元結構

目前最常用的中心束管式和層絞絲各有利弊，均能達到性能要求。根據工程條件不同，側重點有所不同。

通常中心束管式適用于110kV及以下輸電線路，層絞式適用于220kV以上輸電線路。

3.3 絞層結構

國內通用的外層絞絲為右絞向，且外層單絲不得小于3.0mm，考慮OPGW的防雷性能，一般外絲采用鋁包鋼結構。

從方便線路設計角度出發，OPGW的重量以及外徑與分流地線應盡量保持差不多，在鐵塔條件允許的條件下，OPGW的重量與外徑可以留有一定的裕度。

3.4 OPGW電氣性能

在中性點接地的電力系統中，當架空電力線路發生單相接地短路故障時，有很大的短路電流將通過地線，故障電流產生的熱效應會在OPGW和分流線上產生很大的熱量，以致損壞光纖通，為確保通信安全、可靠，必須保證OPGW的溫度升高不得超過OPGW正常工作的允許值。

OPGW工程設計中應根據短路電流變化的特點進行熱穩定性計算。分流地線多采用導電率較大的鋁包鋼絞線，以便更好為OPGW分流。OPGW的短路電流熱容量計算應兼顧工程投產后五至十年內電力系統的發展，并按最大運行方式確定。短路電流持續時間應視系統的電壓等級和系統保護的配置情況等情況再確定。流經OPGW的系統短路電流容量不能大于其允許短路電流容量。

目前解決熱穩定性問題的主要方法有：OPGW在每基塔上逐基接地、分流的地線在每基塔上也逐基接地、加大為其分流的地線的截面、分段選擇為其分流的地線型號、分段選擇OPGW型號等。

3.5 機械性能

OPGW的機械特性主要包括額定抗拉強度（RTS）、年平均運行應力、最大使用應力。RTS是由產品的結構所決定，后面兩個是設計取值的范圍。在稀有風速或稀有覆冰驗算氣象條件下，OPGW在懸掛點的最大張力不宜超過額定破斷力的66%。OPGW的平均運行張力不宜大于額定破斷力的20%。

相同截面OPGW的額定抗拉強度同鋁和鋼的比成反比，與它的短路電流熱容量也成反比。因此，在外徑一定的情況下，提高額定抗拉強度就必須犧牲短路電流熱容量。在具體工程設計中，要中和兩者的矛盾，力求額定抗拉強度和短路電流熱容量均能滿足要求。

為使OPGW弧垂與分流地線保持一致，OPGW的弧垂特性應與分流地線相匹配。

OPGW設計時，它的安全系數應不小于2.5，而且要大于導線的安全系數。

3.6 光纖性能與數量

新建SDH長途光纜傳輸過程中常用的單模光纖有G.652和G.655兩種，G.652主要適用于傳輸速率不大于10Gb/s的傳輸系統，G.655主要適用于傳輸速率不小于10Gb/s的傳輸系統。在工程設計時，可結合工程實際情況選用。

OPGW纖芯數量應根據業務量需求確定，目前國內110kV及以下線路常用24芯，220kV及以上線路常用的是36芯/48芯/72芯，隨著業務量需求的增加，OPGW的芯數要求也是越來越大。

3.7 大跨越設計

大跨越工程具有檔距大，鐵塔比較高，施工比較困難等特點，除了上述因素外，還需考慮以下幾點：

（1）防振方案必須單獨設計；

（2） 機械強度要比普通線路高。

4 結論

在實際的設計過程中，應嚴格遵循規程規范，選擇適合的光纜的結構，在設計時盡量調和額定抗拉強度與短路電流熱容量之間的矛盾，根據實際中業務量的需求情況確定所需光纖的數量和類型，選擇有效的分流地線。最終設計出適合本工程的OPGW，為電力數據的傳輸提供安全、穩定的傳輸通道。

參考文獻

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[2]Q/GDW 166.4-2010 國家電網公司輸變電工程初步設計內容深度規定第4部分：電力系統光纖通信.

[3]Q/GDW381.3-2010 國家電網公司輸變電工程施工圖設計內容深度規定第3部分：電力系統光纖通信.

作者單位

福建宇洋電子技術有限公司 福建省福州市350000