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复合架空地线光缆的设计及施工运用

时间:2019-03-05 10:23:02

引言:对复合架空地线光缆OPGW的设计进行了探讨,并结合设计对OPGW施工中的运用和注意事项作了一些论述。

一、前言
目前在武汉主网新建架空输电线路其地线主要采用复合架空地线光缆(OPGW),一些设计人员由于对OPGW的特性和结构了解不深,往往将其等同于普通架空地线,使线路设计出现一些偏差和问题,所以需要对OPGW有更深入的探讨和学习。OPGW它不仅可起到架空地线的作用,同时也兼顾了光纤通信的功能。由于它的结构和性能不同于单独的地线,因此,在进行OPGW的线路设计时必须充分考虑其结构和性能的特殊性,通过技术经济比较,再结合设计规程进行设计选型加以运用。

二、OPGW简介
OPGW─是把光纤单元组装进架空地线里,使其具有架空地线及光纤通信双重功能。OPGW外层是一般的铝包钢线或铝合金线,其承受了OPGW大部分外力,包括拉力、压力、金具握力等,而内层的光纤单元是由直径为5~10mm的石英制造而成,一般情况下是不能受力的(紧套型光纤除外)。它们中间是由一些填充材料组成,起到散热、隔热、延长光纤寿命等作用。
OPGW的一般外型结构如图:

复空架图1.png

三、OPGW的选择
1、应满足光纤通信的要求
OPGW首先作为光纤通信上来讲,它必须先满足用户及通信系统所需的光纤(根)数量、类型、允许衰耗(db)数值、光端机的类型等。并考虑到光脉冲在OPGW传输过程中的工作波长、色散、带宽、衰减等特性,尽量选用传输效果好的OPGW。一般光纤从传输模式上可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤适合于长距离,大容量的传输, 多模光纤适合短距离、局域网的传输。另外色散也是光纤的一个重要指标,多模光纤存在较严重的模式色散,而单模光纤不存在模式色散。现今来说,复合光缆的发展趋势是单模光纤。
2、OPGW作为普通地线的要求
(1)防雷要求:S≥0.012L+1
L—档距; S—档距中央导、地线最小安全距离
按此公式可推算得到:
Pd、Pb—导、地线在验算条件下的应力(15℃、无风、 无冰时的应力 N/mm2)。
Gd、Gb—导、地线的自重比载(N/m.mm2)。
S、h —导、地线在塔上悬挂点的水平距离、垂直距离(m)。

计算出地线的应力,后解状态方程,可得最大使用应力、年平均应力(为20%瞬时破坏应力《电力系统光纤通信工程设计技术规定》、《110kV~750kV架空输电线路设计规范》),对照OPGW强度选择其型号,并可确定其安全系数。
(2)线长方面的考虑
1)塔型选用,从制造工艺方面来说OPGW过多接头对光的衰耗很大,设计时应尽量减少中间接头。现在的大多数OPGW的生产厂家交货长度可到(5km左右),但OPGW中间接头一般要在耐张塔上,过多增加耐张塔会使整个工程的投资加大,在经济上不合理。为了节省投资,减少投资规模,设计人员在新建线路设计中可增加一种地线为耐张断连,导线为直线接通的塔型。
2)余长考虑,OPGW接头不能采用压接管接续,要在专用的接头盒内接头,设计可考虑在铁塔离地5米~10米处安装接头盒。例如某塔型地线横担长为7米,上下导线高7.5m,导地线层高4米,则OPGW两端引下线长度分别可为:杆塔呼称高+7+4+7.5 。

(3) 从杆塔荷载及OPGW自身受力方面来考虑
1)OPGW的外部受力(垂直分量、水平分量、纵向分量)应与一般地线一样必需满足杆塔的荷载条件要求。
2)由于OPGW地线中间基本上不考虑抗拉强度。与普通地线相比,在相同的拉力下,选OPGW应比与它匹配的另一根地线的直径略大。OPGW有松套和紧套之分,松套型OPGW为了使光纤单元在70%额定拉断力下不受力,必需保证OPGW中光纤有一定的余长(一般余长控制在0.7%),并在光纤单元中填充油膏,由于油膏在低温和高温下的流动性的差异,使OPGW在不同温度条件下传递应力的能力受到了限制,同时,由于档距和高差过大,易造成松套型光缆的纤芯在弧垂低点的堆积,造成光纤的微弯,从而加大光衰耗。紧套结构的OPGW,由于厂家可通过生产工艺使光纤在一定的应力应变条件下能承受张力,光纤不存在余长,在大高差、大档距条件下不存在光纤的堆积,故在山区线路中设计选型,可采用紧套型OPGW;在地形起伏不大,高差不大的平原上,可采用松套型OPGW。在实际运用中,作者在新疆巴州设计的第一条220kV尉犁双回架空输电线路OPGW线路中,由于该线路在巴州220kV环网中较为重要,加之穿越格雷克塔格山区高差大,档距大,全线均采用紧套型OPGW。松套结构的OPGW由于截面变大,会引起铁塔荷载变化,导致铁塔重量及基础混凝土方量的增加,致使投资加大。
(4) 从金具方面考虑
OPGW的金具需区别一般电力金具。《OPGW国际规范IEEEP1138一般规定》明确规定:“金具的挤压不宜超过OPGW的设计挤压极限,金具一般不宜设计成适合于OPGW一个范围内的直径。”意思就是说,一种规格直径的OPGW必须有一套与之匹配的金具,大小与之一一对应。
1)悬垂线夹:OPGW要求保护光纤不能过度弯曲而产生较大的弯曲应力导致OPGW表面龟裂而失效,需采用大于10倍的OPGW允许弯曲半径或大于200倍OPGW直径,且具有减轻磨损和增大阻尼功能的大曲率悬垂线夹。大曲率悬垂线夹其曲率(本体线槽和压板)半径必须大于OPGW的直径的200倍,而预绞丝悬垂线夹由于具有安装方便,使用效果好,运行经验成熟等特点,大量地运用在OPGW地线复合光缆中。
2)耐张线夹:应用在OPGW上的耐张线夹主要有预绞丝耐张线夹和有限握力螺栓耐张线夹两大类。预绞丝耐张线夹的握力是由每一个节距集合而成,OPGW受力均匀,安装方便,刚性好,抗震性好,武汉市普遍采用,运行经验成熟。应用在OPGW中的还有不同结构的耐张线夹,如捆扎式及各种螺栓式,但不宜采用液压式耐张线夹,更不许采用爆压型耐张线夹。
3)防震锤:实际运行经验已证明“微风振动”是出现在OPGW中的最危险的有害性震动。常用的防震锤主要有:F型、DF型、FR型、YFR等型式。F型防振锤性能差已面临淘汰。DF型防振锤有较多的共振频率和较宽的频带。FR型防振环它在振动时产生扭矩,消耗振动能
量,提高消振效果。FD型、YFR型防振锤不仅具有FR型防振锤的优点,安装方便,是OPGW中当前较好的一种防振锤。性能最好。
4)接地金具、接续盒:OPGW的接地引下线、并沟线夹与常规地线没有大的区别。不同的是楔块与本体在装置好OPGW后,应在楔块与本体之间用平头柳钉钉住,以防防微风震动振动和OPGW蠕变导致线夹失效而产生事故。接续盒安装在塔上,须能防水,防风。

3、OPGW最大允许短路电流及热稳定方面的要求
应依据OPGW的制造厂家提供的最高允许短路电流(I许)或最高允许温度(T许),结合电网的实际情况,计算出实际最大短路电流(I实)或实际温度(T实),要求I许(T许)≥I实(T实)。
1)确定OPGW及分流线的短路电流:
送电线路的短路电流通常在线路出口处两端变电站最大。在长线路工程中,为节约投资,考虑在线路出口处采用大截面、低阻抗、载流容量大的OPGW。
2)为了减低OPGW的短路电流,可采取以下几种措施:
a)出口处采用截面大、载流量大OPGW及相应的较大截面分流线。
b)降低杆塔接地电阻。
c)靠近出口处的几档,杆塔接地体相互连接,并与变电站接地网相连。
d)在出口处的几档定位中,尽量不要出现大当距,档距控制在200—300米。

四、施工中的运用
OPGW在放线过程中,OPGW应与地面和其他障碍物保持一定距离,限制OPGW弯曲半径;OPGW紧线采用厂家配套提供的紧线器和牵引网套;OPGW在切割时其放置光纤的不锈钢管必须采用专用的不锈钢刀进行切割;除设计确定的接头位置以外,OPGW在线路中任何地方不允许接头。

五、结束语
OPGW作为一种特殊的通讯光缆与地线,必须具备该两者相同或相近的机械性能参数和电气性能参数,主要体现在以下几个方面:1、最大光纤芯数;2、光缆直径,光缆重量,承载截面;3、标称抗拉强度,最大工作应力,每日应力;4、杨式模量,热膨胀系数;5、短路电流,短路电流容量,直流电阻;6、最小弯曲半径;7、安装温度范围,运输和运行温度范围。因OPGW光缆在实际安装投运后,很难停电下来对其进行检修,故通讯光缆地线在前期设
计选型时尤为重要,必须充分考虑其运行的高可靠性。



  武汉华源电力有限公司设计院   龚敏鸣
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