趙洪遠(yuǎn)1,范士鋒2
（1 濰坊電力咨詢設(shè)計有限公司，山東省 濰坊市 261061； 2. 山東電力集團(tuán)生產(chǎn)技術(shù)部，山東省 濟(jì)南市 250001 ）
摘要： 文章針對架空地線復(fù)合光纜(OPGW)設(shè)計中的幾個問題，詳細(xì)介紹了OPGW選型時應(yīng)注意氣象、溫度、短路電流及耐雷水平等多方面因素，并需考慮地線匹配，光纜分盤和預(yù)留長度、初伸長處理以及防振等問題，提出了相應(yīng)的解決辦法和建議。
關(guān)鍵詞： OPGW；選型匹配；力學(xué)計算；防振接地
架空地線復(fù)合光纜（Composite Fiber Optic Overhead Ground Wire，OPGW）是將光纖媒體復(fù)合在輸電線路的架空地線里，地線和通信功能合二為一。OPGW是20世紀(jì)70年代末到80年代初興起的一種高科技產(chǎn)品，運(yùn)行20多年來已發(fā)展成為比較成熟的技術(shù)產(chǎn)品。它在保持了地線的功能和各項性能不變的基礎(chǔ)上，開辟了高速度、寬頻帶、低耗能的傳輸通道。這使傳統(tǒng)的地線又增加了高質(zhì)量的通信功能，有效地提高了架空地線的使用效率。它具有安全可靠、不易受外力破壞、不需另設(shè)空間走廊等優(yōu)點［1］。
1 OPGW的選型
OPGW的光纖布置型式分為松套和緊套2種型式。松套型式是指OPGW中光纖在光纜套管中以彎曲形態(tài)布置，套管中充滿油膏；緊套型式是指光纖在光纜套管中以直線形態(tài)布置，生產(chǎn)過程中對光纖施加約1%伸長對應(yīng)的外力進(jìn)行篩選，即對光纖施加了“預(yù)應(yīng)力”。由于結(jié)構(gòu)特點，松套型價格較低，適用于外界負(fù)荷條件較輕，地形變化不劇烈的線路；緊套型價格較貴，適用于外界負(fù)荷條件較惡劣，地形變化較大及地線受力較復(fù)雜的線路。現(xiàn)在一般采用的是松套型式。
OPGW的選用原則一般從以下幾個方面加以考慮和驗算:
(1) 需要滿足氣象條件的要求、本身抗拉強(qiáng)度的要求以及鐵塔允許設(shè)計荷載的要求。
(2) 在OPGW的設(shè)計中要考慮的主要技術(shù)數(shù)據(jù)是：光纖類型、光纖芯數(shù)、光纜直徑、光纜截面積、光纜單位質(zhì)量、極限張力強(qiáng)度、短路電流、直流電阻、彈性模量、熱膨脹系數(shù)、年平均運(yùn)行應(yīng)力、最小彎曲直徑、最大盤長等。
(3) 在環(huán)境溫度為+15℃、無冰、無風(fēng)情況下，且與另一根地線的弧垂保持一致的條件下，可選擇OPGW光纜。
(4) OPGW允許短路電流的確定。先確定短路電流等效時間，一般220kV線路在短路電流很大時，故障電流等效時間可按0.3s考慮。根據(jù)系統(tǒng)提供的短路電流，計算線路入地總短路電流，通過OPGW與另一根地線的短路電流分配計算，在變電站出口處驗算OPGW和另一根地線的短路熱穩(wěn)定值。當(dāng)線路上發(fā)生單項短路時，架空地線上出現(xiàn)短暫的大電流，電流產(chǎn)生的熱量使光纜和分流線的溫度升高。因為電流持續(xù)時間很短，熱量不會散發(fā)到周圍環(huán)境中，致使電線溫度升高。當(dāng)電線溫度超過其允許溫度時，將會嚴(yán)重影響安全運(yùn)行。所以滿足熱穩(wěn)定要求是確定OPGW和分流線的重要條件。對于OPGW而言，一般采用廠家提供的允許短路電流及允許溫度，我們僅對它進(jìn)行校對，OPGW可以按照線路各處的短路電流情況分段選型。
(5) OPGW要有良好的耐雷水平，雷擊OPGW時，通信質(zhì)量不應(yīng)受影響，金屬部分不應(yīng)發(fā)生斷股。
2 與OPGW匹配的另一根地線的選擇
為了滿足短路電流的要求，單純地加大OPGW截面，不僅不經(jīng)濟(jì)，而且還與另外一根地線極不協(xié)調(diào)和匹配。解決的辦法是另一根地線采用導(dǎo)電性能較好的良導(dǎo)體地線，由于其電阻和自阻抗較低，有更多的電流分配到該地線中，使通過OPGW的電流減少，起到了良好的分流作用。
雖然分流線的電阻可以降得很低，但是其感抗下降的很慢，因此分流線的作用有一定的局限。分流線和OPGW一樣，可以按照線路各處的短路電流情況分段選型。需要特別注意的是，在分流線改變型號的地方因分流線變細(xì)，更多的電流分配給了OPGW，故OPGW的電流會突然升高很多，因此分流線的選型要進(jìn)行反復(fù)計算。
3 幾個關(guān)鍵問題
3.1 分盤和預(yù)留長度
由于光纖信號每經(jīng)過一個接頭，產(chǎn)生一定的衰耗，在實際工程設(shè)計中，OPGW一般采用定長生產(chǎn)，中間不能接續(xù)，接頭必須借助專門的接續(xù)盒。因此OPGW的分段應(yīng)結(jié)合本體線路的路徑條件、施工場地、塔型及制造運(yùn)輸條件等因素綜合考慮。
設(shè)計時，應(yīng)在OPGW施工明細(xì)表中注明光纜配盤數(shù)量、型號和長度。每盤光纜的長度需考慮光纜弧垂的影響，以及接續(xù)盒、進(jìn)站預(yù)留長度。一般凡有接續(xù)盒的桿位考慮增長60m，而進(jìn)入變電站內(nèi)則考慮預(yù)留長度為150m。
OPGW在維修過程中，重新接頭和局部移動時需要伸長光纜，所以在接頭處、復(fù)雜地段和重要跨越處，都應(yīng)在OPGW設(shè)計長度中做適當(dāng)?shù)念A(yù)留長度。
3.2 力學(xué)計算
按照實際工程的氣象條件，OPGW光纜必須滿足電氣和機(jī)械使用條件的要求：①OPGW的設(shè)計安全系數(shù)大于導(dǎo)線的安全系數(shù)；②檔距中央導(dǎo)線和OPGW的距離在15℃氣溫、無風(fēng)條件下，滿足規(guī)程中S≥0.012L+1的要求；③適當(dāng)考慮在上述條件下和另一根地線的弧垂盡量保持同一水平。基于以上要求，進(jìn)行OPGW光纜特性曲線和安裝曲線的計算［2，3］。
3.3 初伸長處理
OPGW光纜承受拉力后會產(chǎn)生塑性伸長，從而引起檔內(nèi)弧垂加大，使OPGW光纜對導(dǎo)線的安全距離縮小，所以在施工過程中必須考慮補(bǔ)償。
OPGW光纜的塑性伸長對弧垂的影響可參照《110～500kV架空送電線路設(shè)計技術(shù)規(guī)程》第7.0.6條提供的數(shù)據(jù)，并按照廠家的要求進(jìn)行降溫補(bǔ)償處理。
3.4 防振
微風(fēng)振動是一種經(jīng)常發(fā)生在架空導(dǎo)線、地線和架空光纜的渦流回流現(xiàn)象。微風(fēng)振動的機(jī)械原理是穩(wěn)定分層的風(fēng)通過圓柱形物體(如光纜)時發(fā)生的。當(dāng)風(fēng)吹圓柱形物體時，在它的后面分層交錯的渦流行成一定的壓力差，這樣就使圓柱形物體在與風(fēng)吹動方向相垂直的方向產(chǎn)生移動的趨勢。如果渦流的頻率與光纜的自然頻率一致時，導(dǎo)線將發(fā)生微風(fēng)振動。這種微風(fēng)振動對光纜是有疲勞危害的。
常用的OPGW防振器有防振錘、防振鞭、阻尼線防振球和防振環(huán)。從現(xiàn)有資料來看，國內(nèi)外用于光纜的防振器主要是防振錘和防振鞭。防振錘是一種調(diào)頻率減振器，對于大直徑線纜，具有非常有效的防振效果，其原理是動態(tài)吸收能量。防振鞭是目前常用的一種沖擊型減振器，防振鞭對小直徑的線纜線路的高頻率振動的減振非常有效。防振鞭通過與線纜的撞擊來消散振動能量進(jìn)而到達(dá)減弱線路微風(fēng)振動的效果。目前在OPGW光纜上，使用防振錘和防振鞭的均有。
3.5 金具及附件
OPGW的主要配套金具包括懸垂線夾、耐張線夾、專用接地線、防振錘、引下線夾、抱箍、接續(xù)盒、熱塑套管等，一般由光纜廠家或供貨商提供。為了保證OPGW光纜在桿塔上的可靠掛線，一般根據(jù)桿塔掛線孔的實際情況，設(shè)計與其對應(yīng)的金具組裝串。
3.6 接地
OPGW的接地屬于很小但非常重要的一部分，很多設(shè)計人員往往容易遺漏這個問題。OPGW通過專用接地線在每基桿塔上做可靠接地。金具串通過并溝線夾與專用接地線連接，接地線的另一端用螺栓固定在桿塔地線架預(yù)留的孔上。一般懸垂金具串配置1根接地線，耐張直通式和需斷開接續(xù)的配置2根接地線。
4 結(jié)論
通過以上對OPGW線路設(shè)計的闡述，可以使設(shè)計人員大體掌握OPGW線路設(shè)計的關(guān)鍵問題，建立起一個關(guān)于OPGW線路設(shè)計流程的概念，從選型著手，一步一步完成整個工程的設(shè)計。由于有關(guān)OPGW的更多問題，如雷擊斷線的原因研究等尚在探索階段，因此還有待于今后進(jìn)一步探索解決。
參考文獻(xiàn)：
［1］ 云南省電力設(shè)計院.電力系統(tǒng)光纖通信線路設(shè)計.北京：中國電力出版社，2003.
［2］ 張殿生.電力工程高壓送電線路設(shè)計手冊.北京：中國電力出版社，1999.
［3］ DL/T 5092—1999.110～500kV架空送電線路設(shè)計技術(shù)規(guī)定.北京：中國電力出版社，1999.
