通光集團有限公司副總經理 黃俊華
為保障電力能源的發、變、輸、配系統的正常運行,電力的調度通信必不可少。在早期,電力調度通信一般采用電力線載波、微波或租用電信部門的通信線等多重方式。
光纖最初是沿用電信部門傳統的埋地、管道、架空等光纜敷設方法來構成光纖通信系統。到了上世紀的八十年代中期,一些有別于傳統光纜的光電復合式、附加于電力線和加掛于電力桿塔上的光纜被開發出來,這些光纜被統稱為電力光纜。以架空形式安裝和運行的光纜統稱為電力架空光纜。
電力架空光纜泛指OPGW(光纖復合地線)、 OPPC(光纖復合相線)、MASS (金屬自承光纜)、 ADSS(全介質自承光纜)、ADL(相/地捆綁光纜)和GWWOP(相/地線纏繞光纜)等幾種特種光纜。
光纖復合地線——— OPGW(Optical Ground Wire)
OPGW首先是架空(避雷)地線,必須滿足傳統地線的一切功能和性能,然后才是一條光纜,所以電力業內人士更愿意稱它為“地線復合光纜”。OPGW是架空地線和光纜的復合體,但并不是它們之間的簡單相加。
常見的OPGW結構主要有三大類,它們分別是鋁管型、鋁骨架型和不銹鋼管型。
在滿足地線要求的前提下,OPGW的結構應對相對脆弱的光纖提供有效保護,以期保證在長期運行中光纖的傳輸性能保持穩定,還希望與傳統地線盡量相似(包括直徑、重量、機械性能、電氣性參等參數),以便在雙地線系統中與對側地線匹配。
OPGW的技術關鍵之一是光纖必須有合適的余長,但是過大的光纖余長不但無必要甚至是有害的,應該根據工程具體情況而定,一般要求綜合余長為0.6%左右。
另一個技術關鍵是短路電流引起的溫升為OPGW的最高使用溫度。計算和試驗結果均表明:限止OPGW最高使用溫度的因素并不主要是光纖而是在結構中承載的鋁材料,對成熟的、結構合理的 OPGW而言,300℃左右的瞬時高溫對受到緩沖和保護的光纖并不構成嚴重威脅,但若結構中含有鋁材,在超過200℃以后,首先是鋁材料產生不可逆的塑性形變,在結構受到破壞(如發生“烏籠”) 的同時,OPGW的弧垂將降低到不能保持與導線的安全間距甚至與導線相碰的程度。若是不含鋁材的全鋼結構或鋁材料不承載的全鋁包鋼結構,則完全能應用到300℃。
光纖復合相線———OPPC(Optical Phase Conductor)
在電網中,有些線路可不架設空地線,但相線是必不可少的。為了滿足光纖聯網的要求,與 OPGW技術相類似,在傳統的相線結構中以合適的方法加入光纖,就成為光纖復合相線(OPPC)。雖然它們的結構雷同,但從設計到安裝和運行,OPPC與OPGW有原則的區別。
金屬自承光纜———MASS(Metal Aerial Self Supporing)
從結構上看,MASS與中心管單層絞線的OPGW相一致,如沒有特殊要求,金屬絞線通常用鍍鋅鋼線,因此結構簡單,價格低廉。MASS介于OPGW和ADSS之間的產品。例如,在合適的條件下,包括光纖余長、弧垂張力、跨距和短路電流等。
MASS作為自承光纜應用時,主要考慮強度和弧垂以及與相鄰導/地線和對地的安全間距。它不必像OPGW要考慮短路電流和熱容量,也不需要像OPPC那樣要考慮絕緣、載流量和阻抗,更不需要像ADSS要考慮安裝點場強,其外層金屬絞線的作用僅是容納和保護光纖。
在破斷力相近的情況下,雖然MASS比ADSS重,但外直徑比中心管ADSS約小1/4,比層絞ADSS 約小1/3。在直徑相近情況下,ADSS的破斷力和允許張力卻要比MASS小得多。
也許更具優勢的是:MASS與相鄰的導/地線具有一致的弧垂變化卻是與相鄰/地是相反的且蠕變較大。
介質自承光纜———ADSS(All Dielectric Self Supporting)
常見的ADSS光纜有兩種典型。中心管式結構易獲得小直徑,風荷和冰載的影響較小,但若光纖芯數多則光纖余長難保證。構套層絞型結構光纜易獲得安全的光纖余長,雖然相結直徑稍大,在中大跨距應用時較有優勢。
ADSS光纜一般使用紡綸紗作為加強元件,外護套則應根據線路的電壓等級和安裝點場強選擇合適的材料。ADSS光纜對桿塔是一種添加物,不合適的安裝點場強會破壞光纜的外護套直至斷裂。該安裝點還必須同時兼顧桿塔強度、弧垂、線間距離,對地距離等限制。
應該強調指出,在現有的材料科學水平和桿塔條件下,并不是所有的桿塔都適宜于安裝ADSS 光纜的。例如,在考慮了一些“動態”條件后,在有些桿塔上可能會找不到理想的安裝位置;或者選好了位置,卻無法施工安裝。
通光集團設計生產的這兩種結構的ADSS光纜,已廣泛應用在220KV及以下的線路中,并提供懸點設計、張力弧垂計算和督導等。
捆綁光纜———ADL和地線纏繞光纜——— GWWOP這兩類光纜有時被統稱為附加型光纜——— OPAC。
該技術經過改進,已經相當完美。首先,光纜盤隨捆綁機一起吊在空中,不受地形地貌的影響;其次,改用被覆紡綸線代替鋼絲,它的允許拉伸形變比鋼絲大得多,不再會發生“倒掛”現象;再則,被覆紡綸線的外徑仍為1.0-1.2mm ,并且是雙線并繞,提高了可靠性。
國內ADL和 GWWOP 光纜早于ADSS之間就開始工作,由于各種原因,沒有較大面積應用。但在國際上,這類技術并沒有被淘汰或放棄,仍在較大的范圍內應用。
通光集團可以設計生產這兩類光纜,相應的機具尚在開發中。