電力特種光纜的實(shí)際應(yīng)用說明

電力通信系統(tǒng)的健壯和優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的必備條件之一，作為電力通信系統(tǒng)基石的光纖傳輸網(wǎng)取得高速發(fā)展。為適應(yīng)電力系統(tǒng)通信的特殊需要，電力特種光纜應(yīng)運(yùn)而生，經(jīng)過近三十年的發(fā)展，電力特種光纜不但日趨成熟而且前景看好。

1、各種電力特種光纜的特性

電力特種光纜是通過電力系統(tǒng)獨(dú)有的線路桿塔資源架設(shè)，附加于電力線和加掛于電力桿塔上的光電復(fù)合式光纜，充分利用架空電力線路走廊。電力特種光纜受外力破壞的可能性小，可靠性高，雖然其本身造價相對較高，但施工建設(shè)成本較低。特種光纜依托于電力系統(tǒng)自己的線路資源，避免了在頻率資源、路由協(xié)調(diào)、電磁兼容等方面與外界的矛盾和糾葛，有很大的主動權(quán)和靈活性。

電力特種光纜按照敷設(shè)布防的方式分為光纖復(fù)合架空地線OPGW、光纖復(fù)合架空相線OPPC、全金屬自承式光纜MASS、全介質(zhì)自承式光纜ADSS、地線捆綁光纜ADL和地線纏繞光纜GWWOP等幾種。

2、OPGW與ADSS比較

這里對OPGW光纜及ADSS光纜就特性、適用特點(diǎn)、常見故障及解決方法等方面進(jìn)行分析比較。

A.特性區(qū)別

架空地線復(fù)合光纜OPGW的突出特點(diǎn)是將通信光纜和高壓輸電線上的架空地線結(jié)合成一個整體，將光纜技術(shù)和輸電線技術(shù)相融合，成為多功能的架空地線，既是避雷線，又是架空光纜，同時還是屏蔽線，在完成高壓輸電線路施工的同時，也完成了通信線路的建設(shè)，非常適用于新建的輸電線路。常見的OPGW結(jié)構(gòu)主要有三大類，分別是鋁管型、鋁骨架型和(不銹)鋼管型。

全介質(zhì)自承式光纜ADSS在制造中采用了具有高彈性模量的高強(qiáng)度芳綸紗作為抗張元件，同時光纜幾何尺寸小，纜重僅為普通光纜的三分之一，可直接架掛在電力桿塔的適當(dāng)位置上，對桿塔增加的額外負(fù)荷很小，最大檔距可達(dá)1500m。它的外護(hù)套經(jīng)過中性離子化浸漬處理，使光纜具有極強(qiáng)的抗電腐蝕能力，能保證光纜在強(qiáng)電場中的壽命;光纜采用非金屬材料，絕緣性能好，能避免雷擊，電力線出故障時，不會影響光纜的正常運(yùn)行;利用現(xiàn)有電力桿塔，可以不停電施工，與電力線同桿架設(shè)，可降低工程造價。各種各樣的ADSS光纜結(jié)構(gòu)可歸納為最主要的中心管型和層絞型2種。

B.適用特點(diǎn)

OPGW光纜主要在500kV、220kV、110kV電壓等級線路上使用，受線路停電、安全等因素影響，多在新建線路上應(yīng)用。OPGW的適用特點(diǎn)是【4】：(1)高壓超過110kV的線路，檔距較大(一般都在250M以上);(2)易于維護(hù)，對于線路跨越問題易解決，其機(jī)械特性可滿足線路大跨越;(3)OPGW外層為金屬鎧裝，對高壓電蝕及降解無影響;(4)OPGW在施工時必須停電，停電損失較大，所以在新建110kV以上高壓線路中應(yīng)該使用OPGW;(5)OPGW的性能指標(biāo)中，短路電流越大，越需要用良導(dǎo)體做鎧裝，則相應(yīng)降低了抗拉強(qiáng)度，而在抗拉強(qiáng)度一定的情況下，要提高短路電流容量，只有增大金屬截面積，從而導(dǎo)致纜徑和纜重增加，這樣就對線路桿塔強(qiáng)度提出了安全問題。

ADSS光纜在220kV、110kV、35kV電壓等級輸電線路上廣泛使用，特別是在已建線路上使用較多。它能滿足電力輸電線跨度大、垂度大的要求。標(biāo)準(zhǔn)的ADSS設(shè)計可達(dá)144芯。其特點(diǎn)是【4】：(1)ADSS內(nèi)光纖張力理論值為零;(2)ADSS光纜為全絕緣結(jié)構(gòu)，安裝及線路維護(hù)時可帶電作業(yè)，這樣可大大減少停電損失;(3)ADSS的伸縮率在溫差很大的范圍內(nèi)可保持不變，而且其在極限溫度下，具有穩(wěn)定的光學(xué)特性;(4)耐電蝕ADSS光纜可減少高壓感應(yīng)電場對光纜的電腐蝕;(5)ADSS光纜直徑小、質(zhì)量輕，可以減少冰和風(fēng)對光纜的影響，其對桿塔強(qiáng)度的影響也很小;(6)ADSS采用了新型材料及光滑外形設(shè)計，使其具有優(yōu)越的空氣動力特性。

C.常見故障及解決方法

OPGW受到短路故障的影響，當(dāng)線路故障短路電流沖擊OPGW光纜時，不銹鋼單元瞬時高溫，必須提高光纜的短路電流容量，以降低對短路故障對光纜的影響。根據(jù)Q=I2t，也可以通過限制實(shí)際短路電流的大小及持續(xù)時間來提高OPGW的耐熱性能。

除了短路故障之外，雷擊是造成OPGW光纜瞬時高溫的另一個因素。與短路故障相比，雷擊的瞬間電流強(qiáng)度更大，但持續(xù)時間很短，因此雷擊導(dǎo)致溫升的熱容量要小于短路產(chǎn)生的熱容量，但短路電流作用于OPGW光纜的整個金屬截面，而雷擊電流只局限于一根或數(shù)根金屬單絲的某一小段上，能量的集中導(dǎo)致這一小段金屬絲上的高溫足以將其局部或完全融化。這就是雷擊造成OPGW光纜斷股的主要原因。

OPGW光纜應(yīng)用中的主要故障是雷擊導(dǎo)致的斷股，目前的解決方法有：

1)發(fā)展耐雷的外層股線材料。2000年巴西發(fā)展的高耐雷OPGW，外層股線使用一種高級鍍鋅鋼線和保護(hù)光纖的鋁管構(gòu)成，高級鍍鋅鋼需要較多的能量才能在雷擊下熔化。

2)外層股線盡量采用鋁包鋼線，并加厚鋁包鋼線的鋁包厚度。

3)盡量增加外層股線和內(nèi)層股線之間的設(shè)計空氣間隙，避免熱量內(nèi)傳。

4)相同材料下，采用更大的外層股線直徑。

OPGW光纜的使用材料和結(jié)構(gòu)確定后，其抗雷特性也就決定了。

由于ADSS光纜運(yùn)行于高壓導(dǎo)線附近，周圍存在強(qiáng)電場，極有可能出現(xiàn)電腐蝕現(xiàn)象導(dǎo)致的光纜損壞。

5)不同電壓等級的線路中優(yōu)先選用耐電痕外套，110kV及以上的線路務(wù)必選用耐電痕材料。

6)110kV及以上線路，可以考慮使用防電暈線圈以有效降低金具與光纜表面的電場，減少漏電流。

7)220kV及以上線路和掛點(diǎn)場強(qiáng)大的桿塔，防震錘對光纜外表皮的爬電腐蝕較防震鞭要安全得多。

8)控制電纜懸掛點(diǎn)的空間電位，110kV不超過15kV，220kV不超過20kV。

可以利用分布式光纖溫度傳感器監(jiān)測電腐蝕故障。

3、特性相似的電力特種光纜

不同的電力特種光纜各具特點(diǎn)，滿足不同的使用要求，應(yīng)用于不同的場合。下面對特性相似的特種光纜在實(shí)際應(yīng)用特點(diǎn)上進(jìn)行比對。

3.1光纖復(fù)合架空地線OPGW與光纖復(fù)合架空相線OPPC在電網(wǎng)中，有些線路可不設(shè)架空地線，但相線是必不可少的。為了滿足光纖聯(lián)網(wǎng)的要求，與OPGW技術(shù)相類似，在傳統(tǒng)的相線結(jié)構(gòu)中以合適的方法加入光纖，就成為光纖復(fù)合相線(OPPC)。

我國目前在110kV至500kV線路主干網(wǎng)廣泛采用OPGW、ADSS進(jìn)行通信，對于一些難以選用OPGW、ADSS光纜的線路，OPPC就是OPGW、ADSS光纜的補(bǔ)充產(chǎn)品。

3.2全介質(zhì)自承式光纜ADSS與金屬自承式光纜MASS考慮MASS光纜同ADSS光纜一樣與現(xiàn)有桿塔進(jìn)行同桿架設(shè)，為減少對桿塔的額外負(fù)載，要求MASS光纜結(jié)構(gòu)小、重量輕。因此MASS光纜結(jié)構(gòu)采用中心管式，即不銹鋼光纖單元外面絞合一層鍍鋅鋼絲或鋁包鋼絲，通常從成本考慮，以鍍鋅鋼絲為主。因為MASS光纜是金屬結(jié)構(gòu)，通過良好的接地處理和選擇弱電場安裝點(diǎn)，可以方便的解決電腐蝕問題。

3.3無金屬捆綁式架空光纜(AD-Lash)和無金屬纏繞式光纜GWWOP它們用自動捆綁機(jī)和纏繞機(jī)將光纜捆綁和纏繞在地線或相線上，其共同的優(yōu)點(diǎn)是：光纜重量輕、造價低、安裝迅速。在地線或10kV/35kV相線上可不停電安裝;共同的缺點(diǎn)是：由于都采用了有機(jī)合成材料做外護(hù)套，因此都不能承受線路短路時相線或地線上產(chǎn)生的高溫，都有外護(hù)套材料老化問題，施工時都需要專用機(jī)械，在施工作業(yè)性、安全性等方面問題較多，而且其容易受到外界損害，如鳥害、槍擊等，因此在電力系統(tǒng)中都未能得到廣泛的應(yīng)用。但在國際上，這類技術(shù)并沒有被淘汰或放棄，仍在相當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)應(yīng)用。

審核編輯：符乾江