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技术支持
电力系统光纤通信
一、概述
电力系统通信网是我国专用通信网中规模较大、发展较为完善的专网。随着通信网络光纤化趋势进程的加速，我国电力专用通信网在很多地区已经基本完成了从主干线到接入网向光纤过渡的过程。 目前，电力系统光纤通信承载的业务主要有语音、数据、宽带业务、 IP等常规电信业务；电力生产专业业务有保护、安全自动装置和电力市场化所需的宽带数据等。特别是保护和安全自动装置，对光缆的可靠性和安全性提出了更高的要求。可以说，光纤通信已经成为电力系统安全稳定运行以及电力系统生产生活中不可缺少的一个重要组成部分。 光纤通信在电力通信中的应用最初是沿用电信部门传统的地埋、管道、架空等方法敷设普通光缆，构成电力光纤通信系统。众所周知，电力系统是由电能的生产、输送、分配和消费组成的一个整体。为实现跨区域、长距离电能的输送，电力系统建设了遍及各地的高压输电线路；为满足城乡广大民众生产生活用电需求，又有纵横交错、密布街道村庄的输配电杆路和沟道。可以说，高、中、低压输配电线路是目前覆盖面最为广大的网络基础设施，而且它基础坚固，较之其它网络如电信、广电网络等有着更高的可靠性。因此，如何充分利用电力系统这一得天独厚的网络资源，是长期以来人们潜心研究的一个重要课题。
随着技术的进步，到了上世纪的七、八十年代，一些有别于传统光缆的附加于电力线和加挂于电力杆塔上的光电复合式光缆被开发出来，这些光缆被统称为电力 特种 光缆。电力系统光纤通信与其它光纤通信系统最大区别之一就是通信光缆的特别性。 电力特种光缆受外力破坏的可能性小，可靠性高，虽然其本身造价相对较高，但施工建设成本较低。经过多年的发展，目前电力特殊光缆制造及工程设计已经成熟，特别是 OPGW和ADSS技术，在国内电力特殊光缆已经开始大规模的应用，如三峡工程中的长距离主干OPGW光缆线路等。特种光纤依托于电力系统自己的线路资源，避免了在频率资源、路由协调、电磁兼容等方面与外界的矛盾和纠葛，有很大的主动权和灵活性。
二、 电力 特种 光缆的种类
电力特种光缆泛指 OPGW(光纤复合地线)、 OPPC(光纤复合相线)、MASS (金属自承光缆)、 ADSS(全介质自承光缆)、ADL(相/地捆绑光缆)和GWWOP(相/地线缠绕光缆)等几种。 目前，在我国应用较多的电力特种光缆主要有 ADSS和 OPGW。
1、光纤复合地线——OPGW(Optical Ground Wire) OPGW又称地线复合光缆、光纤架空地线等，是在电力传输线路的地线中含有供通信用的光纤单元。它具有两种功能：一是作为输电线路的防雷线，对输电导线抗雷闪放电提供屏蔽保护；二是通过复合在地线中的光纤来传输信息 。 OPGW是架空地线和光缆的复合体，但并不是它们之间的简单相加。
OPGW光缆主要在500KV 、220KV 、110KV电压等级线路上使用，受线路停电、安全等因素影响，多在新建线路上应用。 OPGW的适用特点是：（1）高压超过110kv的线路，档距较大（一般都在250M以上）；（2）易于维护，对于线路跨越问题易解决，其机械特性可满足线路大跨越；（3）OPGW外层为金属铠装，对高压电蚀及降解无影响；（4）OPGW在施工时必须停电，停电损失较大，所以在新建110kv以上高压线路中应该使用OPGW；（5）OPGW的性能指标中，短路电流越大，越需要用良导体做铠装，则相应降低了抗拉强度，而在抗拉强度一定的情况下，要提高短路电流容量，只有增大金属截面积，从而导致缆径和缆重增加，这样就对线路杆塔强度提出了安全问题。
常见的OPGW结构主要有三大类，分别是铝管型、铝骨架型和（不锈）钢管型。
2、光纤复合相线——OPPC(Optical Phase Conductor)
在电网中，有些线路可不设架空地线，但相线是必不可少的。为了满足光纤联网的要求，与 OPGW技术相类似，在传统的相线结构中以合适的方法加入光纤，就成为光纤复合相线(OPPC)。虽然它们的结构雷同，但从设计到安装和运行，OPPC与OPGW有原则的区别。
3、金属自承光缆——MASS(Metal Aerial Self Supporting)
从结构上看，MASS与中心管单层绞线的OPGW相一致，如没有特殊要求，金属绞线通常用镀锌钢线，因此结构简单，价格低廉。MASS是介于OPGW和ADSS之间的产品。MASS作为自承光缆应用时，主要考虑强度和弧垂以及与相邻导/地线和对地的安全间距。它不必像OPGW要考虑短路电流和热容量，也不需要像OPPC那样要考虑绝缘、载流量和阻抗，更不需要像ADSS要考虑安装点场强，其外层金属绞线的作用仅是容纳和保护光纤。在破断力相近的情况下，虽然MASS比ADSS重，但外直径比中心管ADSS约小1/4，比层绞ADSS 约小1/3。在直径相近情况下，ADSS的破断力和允许张力却要比MASS小得多。
4、全介质自承光缆——ADSS(All Dielectric Self Supporting)
ADSS光缆在220KV 、110KV 、35KV电压等级输电线路上广泛使用，特别是在已建线路上使用较多。 它能满足电力输电线跨度大、垂度大的要求。标准的 ADSS设计可达144芯。其特点是：（1）ADSS内光纤张力理论值为零；（2）ADSS光缆为全绝缘结构，安装及线路维护时可带电作业，这样可大大减少停电损失；（3）ADSS的伸缩率在温差很大的范围内可保持不变，而且其在极限温度下，具有稳定的光学特性；（4）耐电蚀ADSS光缆可减少高压感应电场对光缆的电腐蚀；（5）ADSS光缆直径小、质量轻，可以减少冰和风对光缆的影响，其对杆塔强度的影响也很小；（6）ADSS采用了新型材料及光滑外形设计，使其具有优越的空气动力特性。
ADSS光缆主要由缆芯、加强芳纶纱（或其它合适的材料）和外护套组成。各种各样的ADSS光缆结构可归纳为最主要的 中心管型和层绞型 2种 。
5、附加型光缆——OPAC
无金属捆绑式架空光缆 (AD-Lash)和无金属缠绕式光缆GWWOP（Ground Wire Wrapped Optical Fiber Cable） 光缆有时被统称为附加型光缆 ——OPAC， 是在电力线路上建设光纤通信网络的一种既经济又快捷的方式。
它们用自动捆绑机和缠绕机将光缆捆绑和缠绕在地线或相线上，其共同的优点是：光缆重量轻、造价低、安装迅速。在地线或 10 kV/35 kV相线上可不停电安装；共同的缺点是：由于都采用了有机合成材料做外护套，因此都不能承受线路短路时相线或地线上产生的高温，都有外护套材料老化问题，施工时都需要专用机械，在施工作业性、安全性等方面问题较多，而且其容易受到外界损害，如鸟害、枪击等，因此在电力系统中都未能得到广泛的应用。 但在国际上，这类技术并没有被淘汰或放弃，仍在相当的范围内应用。
三 、结束语
人类对客观事物的认识在发展，技术在不断进步， 材料也在日益更新 。作为电力系统通信中最富特色的 电力特种 光缆技术，也在不断发展和完善，新的光缆结构也不断出现在我们的面前；同时，人们对特种光缆的需求也趋向多元化、高标准。可以预见， 在未来相当长一段时间内，电力特种光缆将在电力通信网中大规模使用。 我们也完全可以相信，电力特种光缆会有着更加辉煌的明天，在电力通信系统中将继续发挥着不可替代的重要作用。
电力系统通信网是我国专用通信网中规模较大、发展较为完善的专网。随着通信网络光纤化趋势进程的加速，我国电力专用通信网在很多地区已经基本完成了从主干线到接入网向光纤过渡的过程。 目前，电力系统光纤通信承载的业务主要有语音、数据、宽带业务、 IP等常规电信业务；电力生产专业业务有保护、安全自动装置和电力市场化所需的宽带数据等。特别是保护和安全自动装置，对光缆的可靠性和安全性提出了更高的要求。可以说，光纤通信已经成为电力系统安全稳定运行以及电力系统生产生活中不可缺少的一个重要组成部分。 光纤通信在电力通信中的应用最初是沿用电信部门传统的地埋、管道、架空等方法敷设普通光缆，构成电力光纤通信系统。众所周知，电力系统是由电能的生产、输送、分配和消费组成的一个整体。为实现跨区域、长距离电能的输送，电力系统建设了遍及各地的高压输电线路；为满足城乡广大民众生产生活用电需求，又有纵横交错、密布街道村庄的输配电杆路和沟道。可以说，高、中、低压输配电线路是目前覆盖面最为广大的网络基础设施，而且它基础坚固，较之其它网络如电信、广电网络等有着更高的可靠性。因此，如何充分利用电力系统这一得天独厚的网络资源，是长期以来人们潜心研究的一个重要课题。
随着技术的进步，到了上世纪的七、八十年代，一些有别于传统光缆的附加于电力线和加挂于电力杆塔上的光电复合式光缆被开发出来，这些光缆被统称为电力 特种 光缆。电力系统光纤通信与其它光纤通信系统最大区别之一就是通信光缆的特别性。 电力特种光缆受外力破坏的可能性小，可靠性高，虽然其本身造价相对较高，但施工建设成本较低。经过多年的发展，目前电力特殊光缆制造及工程设计已经成熟，特别是 OPGW和ADSS技术，在国内电力特殊光缆已经开始大规模的应用，如三峡工程中的长距离主干OPGW光缆线路等。特种光纤依托于电力系统自己的线路资源，避免了在频率资源、路由协调、电磁兼容等方面与外界的矛盾和纠葛，有很大的主动权和灵活性。
二、 电力 特种 光缆的种类
电力特种光缆泛指 OPGW(光纤复合地线)、 OPPC(光纤复合相线)、MASS (金属自承光缆)、 ADSS(全介质自承光缆)、ADL(相/地捆绑光缆)和GWWOP(相/地线缠绕光缆)等几种。 目前，在我国应用较多的电力特种光缆主要有 ADSS和 OPGW。
1、光纤复合地线——OPGW(Optical Ground Wire) OPGW又称地线复合光缆、光纤架空地线等，是在电力传输线路的地线中含有供通信用的光纤单元。它具有两种功能：一是作为输电线路的防雷线，对输电导线抗雷闪放电提供屏蔽保护；二是通过复合在地线中的光纤来传输信息 。 OPGW是架空地线和光缆的复合体，但并不是它们之间的简单相加。
OPGW光缆主要在500KV 、220KV 、110KV电压等级线路上使用，受线路停电、安全等因素影响，多在新建线路上应用。 OPGW的适用特点是：（1）高压超过110kv的线路，档距较大（一般都在250M以上）；（2）易于维护，对于线路跨越问题易解决，其机械特性可满足线路大跨越；（3）OPGW外层为金属铠装，对高压电蚀及降解无影响；（4）OPGW在施工时必须停电，停电损失较大，所以在新建110kv以上高压线路中应该使用OPGW；（5）OPGW的性能指标中，短路电流越大，越需要用良导体做铠装，则相应降低了抗拉强度，而在抗拉强度一定的情况下，要提高短路电流容量，只有增大金属截面积，从而导致缆径和缆重增加，这样就对线路杆塔强度提出了安全问题。
常见的OPGW结构主要有三大类，分别是铝管型、铝骨架型和（不锈）钢管型。
2、光纤复合相线——OPPC(Optical Phase Conductor)
在电网中，有些线路可不设架空地线，但相线是必不可少的。为了满足光纤联网的要求，与 OPGW技术相类似，在传统的相线结构中以合适的方法加入光纤，就成为光纤复合相线(OPPC)。虽然它们的结构雷同，但从设计到安装和运行，OPPC与OPGW有原则的区别。
3、金属自承光缆——MASS(Metal Aerial Self Supporting)
从结构上看，MASS与中心管单层绞线的OPGW相一致，如没有特殊要求，金属绞线通常用镀锌钢线，因此结构简单，价格低廉。MASS是介于OPGW和ADSS之间的产品。MASS作为自承光缆应用时，主要考虑强度和弧垂以及与相邻导/地线和对地的安全间距。它不必像OPGW要考虑短路电流和热容量，也不需要像OPPC那样要考虑绝缘、载流量和阻抗，更不需要像ADSS要考虑安装点场强，其外层金属绞线的作用仅是容纳和保护光纤。在破断力相近的情况下，虽然MASS比ADSS重，但外直径比中心管ADSS约小1/4，比层绞ADSS 约小1/3。在直径相近情况下，ADSS的破断力和允许张力却要比MASS小得多。
4、全介质自承光缆——ADSS(All Dielectric Self Supporting)
ADSS光缆在220KV 、110KV 、35KV电压等级输电线路上广泛使用，特别是在已建线路上使用较多。 它能满足电力输电线跨度大、垂度大的要求。标准的 ADSS设计可达144芯。其特点是：（1）ADSS内光纤张力理论值为零；（2）ADSS光缆为全绝缘结构，安装及线路维护时可带电作业，这样可大大减少停电损失；（3）ADSS的伸缩率在温差很大的范围内可保持不变，而且其在极限温度下，具有稳定的光学特性；（4）耐电蚀ADSS光缆可减少高压感应电场对光缆的电腐蚀；（5）ADSS光缆直径小、质量轻，可以减少冰和风对光缆的影响，其对杆塔强度的影响也很小；（6）ADSS采用了新型材料及光滑外形设计，使其具有优越的空气动力特性。
ADSS光缆主要由缆芯、加强芳纶纱（或其它合适的材料）和外护套组成。各种各样的ADSS光缆结构可归纳为最主要的 中心管型和层绞型 2种 。
5、附加型光缆——OPAC
无金属捆绑式架空光缆 (AD-Lash)和无金属缠绕式光缆GWWOP（Ground Wire Wrapped Optical Fiber Cable） 光缆有时被统称为附加型光缆 ——OPAC， 是在电力线路上建设光纤通信网络的一种既经济又快捷的方式。
它们用自动捆绑机和缠绕机将光缆捆绑和缠绕在地线或相线上，其共同的优点是：光缆重量轻、造价低、安装迅速。在地线或 10 kV/35 kV相线上可不停电安装；共同的缺点是：由于都采用了有机合成材料做外护套，因此都不能承受线路短路时相线或地线上产生的高温，都有外护套材料老化问题，施工时都需要专用机械，在施工作业性、安全性等方面问题较多，而且其容易受到外界损害，如鸟害、枪击等，因此在电力系统中都未能得到广泛的应用。 但在国际上，这类技术并没有被淘汰或放弃，仍在相当的范围内应用。
三 、结束语
人类对客观事物的认识在发展，技术在不断进步， 材料也在日益更新 。作为电力系统通信中最富特色的 电力特种 光缆技术，也在不断发展和完善，新的光缆结构也不断出现在我们的面前；同时，人们对特种光缆的需求也趋向多元化、高标准。可以预见， 在未来相当长一段时间内，电力特种光缆将在电力通信网中大规模使用。 我们也完全可以相信，电力特种光缆会有着更加辉煌的明天，在电力通信系统中将继续发挥着不可替代的重要作用。
